TD-SCDMA直放站同步方式分析

1、背景技术
　　
TD-SCDMA是国际电信联盟ITU正式发布的第三代移动通信空中接口技术规范之一，其关键技术有可调整上下行切换点的时分双工技术、智能天线技术、联合检测技术。TD-SCDMA的优势突出表现在系统抗干扰和系统容量之间得到了很好的均衡、对混合业务的高效支持、系统自身有良好的持续发展和技术演进性。
　　
TD-SCDMA的多址接入方案属于DS-SCDMA，码片速率为1.28Mc/s，扩频带宽约为1.6MHz，采用不需配对频率的TDD工作方式。它的下行和上行的信息是在同一载频的不同时隙上进行传送的。TD-SCDMA的物理信道采用四层结构：系统帧、无线帧、子帧和时隙/码。图1是TD -SCDMA的物理信道信号格式。

图1　TD-SCDMA的物理信道信号格式

　　其帧结构将10ms的无线帧分成两个5ms的子帧，每个子帧中有7个常规时隙和3个特殊时隙。三个特殊时隙分别为下行导频时隙DwPTS、主保护时隙GP和上行导频时隙UpP

TS。在7个常规时隙中TSO总是分配给下行链路，而TS1总是分配给上行链路。通过灵活配置上下行时隙的个数，使TD- SCDMA适用于上下行对称及非对称业务模式。上行时隙和下行时隙之间由转换点分开。在TD-SCDMA系统中，每个5ms的子帧有两个转换点：第一个转换点是从下行链路转到上行链路，位置在DwPTS和UpPTS之间的GP；第二个转换点是从上行链路转到下行链路，位置在每个子帧中最后一个上行时隙和第二个下行时隙之间，TSO是第一个下行时隙。其中，第一个转换点相对于每个子帧的开始时间是固定的；第二个转换点随着分配给上下行的时隙数不同而变化。
　　
无论何种无线通信的覆盖区域都将产生弱信号区和盲区，而对一些偏远地区和用户数不多的盲区，要架设基站成本太高，基础设施也较复杂，为此提供一种成本低、架设简单，却具有小型基站功能、经济有效的设备——直放站是很有必要的。因此，TD-SCDMA直放站在TD-SCDMA网络中扮演着重要角色。
　　
2、同步方式介绍
　　
在TD-SCDMA系统中，上行链路信号和下行链路信号处于同一频率，通过时分复用的方式区分上行和下行。因此TD-SCDMA直放站需要获取两个转换点位置信息，完成对射频信道的上下行切换。
　　
现有能实现与基站同步的方法有：功率检测法、特征窗搜寻法、GPS同步法以及下行同步码相关检测同步法。功率检测法主要是通过对射频信号的功率进行快速检测，然后对检测值快速做出响应；特征窗搜寻法的基础是：SYNC-DL前有48个码片的保护间隔，SYNC-DL后有96码片的保护间隔，且 SYNC-DL信号的功率很大。现有特征窗搜寻法仅仅按照一定的匹配准则去查找SYNC-DL。但现有的特征窗搜寻法容易受用户终端或临近基站的干扰出现误判。下行同步码相关法不容易受干扰，但其技术复杂度高，会相应提高设备成本。GPS同步方式则通过设备接收GPS信号作为时间参考，同时调整直放站的开关时间与基站同步，这种方式，工程开通比较复杂需要携带额外的仪表。下面对这三种同步方式进行详细的比较和分析。
　　
3、三种同步方式的分析比较
　　
3.1　功率检测法
　　
功率检测法主要用于有线耦合方式的场合，它首先对射频功率进行快速的检测，响应时间一般在ns级，然后将检测值与门限值进行比较，当高于门限值则说明有信号通过，立即打开下行链路，低于门限值则打开上行链路。这种方法虽然实现简单，但是由于根据单纯的功率检测值不能分辨出上下行，所以这种方式不能在无线耦合方式中用，比如用于室外覆盖的无线直放站。另外，功率响应时间再快，开关使能信号也不可避免的会落后于信号，这样会损伤源信号，导致EVM等指标下降，严重的甚至会使终端接入不了。
　　
3.2　特征窗搜寻法
　　
设备采用下行功率检测的方式实现上下行同步切换控制。针对TD-SCDMA帧结构的特征，采用特征窗匹配的方法，通过检测下行链路信号的功率来确定TD-SCDMA系统的2个上下行转换点的位置，从而达到实现同步切换。
　　
首先介绍一下TD时隙的特征，如图2所示：

图2　Td时隙示意

　　
TSO的有数据长度为848码片长度（662.5us），而TSO和DwPTS之间的间隔宽度为48码片长度（37.5us），DwPTS的宽度为64码片（50us），根据这个特征，我们可以通过快速功率检测的方式在时域上面需要该特征窗的位置，并确认DwPTS在时域上的具体位置。如图3所示，直放站通过内部的射频功率耦合链路将一部分输入的射频信号提取，进行高速射频对数放大器的检波，将射频的功率信号转换为电压信号，该电压信号通过高速运放放大后经AD转换为数字信号，进而通过CPU（如DSP等）对采样值进行分析处理，通过上述的时隙窗的特征，判断DwPTS的准确位置，设定一个时间基准点，最后根据该基准点控制射频链路进行上下行切换。