一種提高TD-SCDMA弱信號檢測精度的新方法

王慶華，鄒永慶，王 爍

（中國電子科技集團公司第38研究所，安徽 合肥 230088）

0 引言

時分同步碼分多址（TD-SCDMA，Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access）系統中，在一個時隙里，基站接收的是多個用戶發送的信息，由于不同用戶之間的功率并不一定相同，有時差別還很大，致使接收到的弱功率用戶的信號被淹沒在強功率用戶信號和噪聲中，強功率用戶對弱功率小區和弱功率用戶產生很大的干擾[1]。尤其是當用戶數目變多時，這種干擾更加嚴重，導致弱功率小區測量以及用戶的業務性能均無法保障。因此，弱信號的檢測是TD-SCDMA系統必不可少的環節。

現有常規的弱信號檢測方法是將本地訓練序列（midamble碼）與接收到的數據直接進行相關[2]。但是由于擴頻碼序列很難實現完全的正交，有時甚至是不可能達到正交，尤其當存在多徑干擾或者時延的影響時，同時當用戶數目變多時，同一個時隙（下行同步時隙或者業務時隙）里的不同導頻序列的正交性能變得更差，此時采用常規檢測方法檢測的弱信號存在很大誤差，從而使得弱信號的同步，信道估計和測量性能急劇惡化[3]。

針對現有TD-SCDMA弱信號檢測方法的缺點和不足，提出了一種新的弱信號檢測方法。該方法首先采用常規方法檢測出強信號，然后消除該強信號的干擾，再檢測出弱信號。與常規方法相比，該方法檢測的結果更加準確可信，進而提高弱信號的同步、信道估計和測量的性能，具有很強的實際應用價值。

1 TD-SCDMA系統簡介

在通信發展歷史上，移動通信的發展速度非常迅猛，特別是近20年來，在經歷了第一代和第二代通信系統的發展，目前，第三代移動通信系統已在在全世界范圍內廣泛應用起來[4]。TD-SCDMA系統是時分多址接入（TDMA，Time Division Multiple Access），頻分多址接入（FDMA，Frequency Division Multiple Access）和碼分多址接入（CDMA，Code Division Multiple Access）多種傳輸模式的靈活結合，是由中國無線通信標準化組織提出并得到國際電信聯盟通過的 3G無線通信標準，能滿足城市和偏遠地區各種用戶密度，支持高速移動環境，提供持話音、數據和多媒體等多種業務（最高速率可達2 Mb/s[5-6]，目前正在快速發展建設中，并得到迅速推廣和應用。

由于這里所提弱信號檢測方法與TD-SCDMA的下行同步碼和訓練序列緊密相關，現對TD-SCDMA的物理層幀結構、下行同步碼和訓練序列做個簡單介紹。

1.1 TD-SCDMA系統物理層幀結構

一個TD-SCDMA幀的長度為10 ms，分成兩個5 ms子幀，每10 ms幀長內的2個子幀的結構是完全相同的。如圖1所示，一個子幀中上行和下行業務時隙總數為7個，時隙0總是分配給下行鏈路，而時隙1總是分配給上行鏈路[7]。

圖1 TD-SCDMA物理層幀結構

圖2 DwPCH (DwPTS)的突發結構

1.2 TD-SCDMA下行同步碼

TD-SCDMA下行同步信道（DwPCH）是傳輸在下行導頻時隙（DwPTS），在每個子幀中以全小區覆蓋的方式發送。

DwPCH（DwPTS）的突發結構如圖 2所示（GP代表保護間隔）。

圖中的SYNC_DL序列，被稱為TD-SCDMA小區標識碼，也稱作下行同步碼，SYNC_DL長為64 chip，整個系統有32組長度為64的基本SYNC_DL碼，一個SYNC_DL唯一標識一個基站和一個碼組，每個碼組包含4個特定的擾碼，每個擾碼對應一個特定的基本訓練序列（midamble碼）。

1.3 TD-SCDMA系統訓練序列（midamble碼）

TD-SCDMA 突發結構時隙格式如圖3所示。一個時隙包括2個數據碼片域，每個碼片域包括352 碼片，此外，時隙中還包括一個由144碼片的中間序列（訓練序列）組成的

圖3 TD-SCDMA突發結構時隙格式

碼片域。TD-SCDMA系統中的訓練序列（midamble碼），用于進行信道估計、測量，如上行同步的保持以及功率測量等。在同一小區內，同一時隙內的不同用戶所采用的 midamble碼由一個基本的midamble碼經循環移位后而產生[8]。

2 新的弱信號檢測方法

現有的TD-SCDMA弱信號檢測方法中，都是將同頻強功率信號干擾簡單的視為高斯白噪聲，把接收數據與本地訓練序列直接進行相關來檢測弱信號，由于各訓練序列并不完全正交，從而導致用這種檢測方法檢測出的弱信號誤差較大，結果準確性較低。針對這種存在同頻強信號干擾的弱信號，提出了一種提高弱信號檢測精度的新方法，能準確的將弱信號從強信號干擾中成功檢測出來，從而提高弱信號小區或用戶的同步，信道估計和測量性能。

2.1 檢測算法

假設接收的信號是三個不同功率用戶信息的和，三個用戶信息分別表示為 r1，r2和r3，三者功率從大到小依次是 r1，r2，r3，r3是需要檢測出的弱信號。則接收端接收到的信號可表示為：

n0為噪聲。

首先用基本midamble碼在本地產生midamble碼，分別與接收數據的訓練序列碼段做相關，即可得知用戶 1、用戶2和用戶3使用的midamble碼，分別記為m1，m2和m3。設三個用戶的功率分別為p1，p2，p3，各自信道為h1，h2，h3，則接收到的信號可以用式(2)表示：

首先對功率最強的用戶1進行信道估計和測量。用用戶1的midamble碼與接收信號做相關得：

用式（4）可以估算出用戶1的信道為：

再用估計出的用戶1的信道重建接收到的用戶1的信號∶

然后從接收數據中減去重建的用戶1的信號，得到沒有強功率用戶1干擾的信號：

重復以上過程，再從r23中減去次強干擾用戶2的信號，便得到所需要的用戶3的信號。

如果接收信號中存在多個同頻強功率信號干擾，則重復以上過程，每次從信號中去除所剩信號中最強的干擾信號，直到得到所需的有用弱信號，即可準確檢測出弱信號。

3 仿真實驗

TD-SCDMA系統中的SYNC_DL序列和midamble序列都是正交的，均可以用于本仿真實驗。這里利用 midamble對上述算法進行實驗。

取 A∶B∶C=1∶0.5∶0.2，同時系統添加了高斯白噪聲。圖 4為分別用用戶1（正方形），用戶2（三角形），用戶3（圓圈）的本地訓練序列和原始接收到的數據相關的結果。

圖4 本地訓練序列和接收數據相關結果

圖5為對用戶1的數據進行干擾消除之后，分別和用戶1（正方形），用戶2（三角形），用戶3（圓圈）的本地訓練序列相關的結果。

圖5 干擾消除后相關結果

從上述實驗中可以明顯看出，當用戶1的強干擾存在時，不但對用戶2的相關峰有很大影響，同時導致用戶3的相關峰卻高于用戶2的相關峰，當去除強信號干擾后，這種問題就不再存在了，從而可以再次取出次強信號干擾，直至得到所需的弱信號。用這種檢測方法的結果進行同步，信道估計和測量，結果的可靠性大大提高。

4 結語

針對TD-SCDMA系統中存在的同頻強信號干擾弱信號，導致弱信號檢測精度不高的現象，提出了一種提高弱信號檢測精度的新方法。仿真實驗結果表明，這種方法能將弱信號從強干擾信號中準確分離出來，使得同步、信道估計和測量結果變得更加可靠。

[1] 郭永明,馬力.TD-SCDMA網絡干擾淺析[J].通信技術,2010,43(12):58-60.

[2] 張同須.TD-SCDMA 網絡規劃與工程[M].北京：機械工業出版社，2008.

[3] 趙慧慧,易準.安世全.TD-SCDMA系統下行鏈路同步技術研究[J].通信技術,2007,40(10):199-201,243.

[4] 朱近康.CDMA通信技術[M].北京: 人民郵電出版社, 2001.

[5] 姜麗波.現代 TD-SCDMA標準技術發展趨勢研究[J].通信技術,2009,42(02):77-78,81.

[6] 羅建迪.TD-SCDMA無線網絡規劃設計與優化[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[7] 李世鶴.TD-SCDMA第三代移動通信系統標準[M].北京：人民郵電出版社，2003.

[8] 李小文.李貴勇.陳賢亮.TD-SCDMA第三代移動通信系統、信令及實現[M].北京：人民郵電出版社，2003.