图4第二转换点获取常规办法
基站信号到终端，终端信号到基站都会经历一个传输时延△t，见图5。基站为了让每个终端发送的信号在其期望的时间收到，会要求终端提前一个△t发送信号，而基站信号也必须经历一个△t才能到达终端。在标准3GPPTS25.224中，对随机接入过程进行了描述。要求UE在发送之前，要根据P-CCPCH的路径损耗估计传输时延。
图5无线传输时延示意图
理论的传播模型和基于测量的传播模型都表明，无论是室内还是室外无线信道，平均接收信号功率都是随着距离的增加以对数规律减小。任意发射-接收距离d的平均路径损失PL（d）可以表示为距离的函数，即：
（3）
式中：d0为参考距离；n为路径损失指数，取值如表1所示。
表1不同环境的路径损失指数
参考距离d0的路径损失PL（d0）可以由下式计算：
（4）
式中：Gt和Gr分别为发射天线和接收天线增益；λ为信号波长（单位：m）；L为系统损耗。对于1～2GHz工作频率，使用低增益天线的实际通信系统，参考距离d0的典型取值为1m（室内环境）和100m或1 km（室外环境）。
则由式（3）：
（5）
继而：
其中c为光速。
以图6所示为例，假设基站在t=0时刻发射了一个下行导频信号，如果TS2时隙是上行时隙，为了保证基站在TS2时隙准确的收到手机的上行信号，那么手机必须提前一个时间也就是在t=（96+160+864）Tc-△t时刻发射信号，由于直放机距离手机较近，也可以认为直放站会在t=（96+160+864）Tc-△t时刻收到手机上行信号。但是如果TS2时隙是下行时隙，基站会准时在t=（96+160+864）Tc时刻发射下行信号，也就意味着直放站和手机在t=（96+160+864）Tc+△t时刻才能收到下行信号。这样，如果站在直放站角度看，可能的上行信号会比可能的下行信号提前2△t到达，所以直放站可以在除去TS0和TS1之外的每个时隙前先默认后面的时隙为上行时隙，在一个由2△t确定的时间段内△T=f（△t）内搜索上行信号，如果没有收到上行信号，则认为是第二个转换点到来，迅速将同步开关切换到下行，便能赶上接收下行信号。
图6 定时提前示意图
4、实现
图7 系统设计框图
本方案采用ATERA的Cyclone系列FPGA芯片作信号处理器，信号由Agilent的E4438C信号源提供，设计框图如图7所示，具体实现步骤如下：
●步骤1：开机后，直放站切换到接收下行信号状态，接收下行信号。
●步骤2：直放机通过捕获下行导频信号（DwPTS）到达直放站的时间，找到第一个切换点，实现第一次由接收下行信号转换到接收上行信号的切换，并推算出每一个时隙开始和结束的时间。
●步骤3：从TS2时隙结束的时间开始，依次假设后面每个时隙结束的时间为可能的第二个切换时间，计算一个时间切换段△T内上行信号的强度。
●步骤4：通过判断步骤3计算的信号强度来决定该时间切换段是否为一个真实的时间切换段，若是立即将直放站转换为接收下行信号，否则该切换点不是一个真实的切换点，再去判决下一个时隙的结束时间。
●步骤5：此时隙结束后，重复步骤4，处理下一时隙。
●步骤6：为降低直放站对基站干扰，当直放机连续n个子帧（n的值根据实际情况决定）没有收到上行导频信号以后，即认为直放站服务区内的所有用户均为待机状态且没有被呼叫，直放机进入休眠状态，默认切换到下行状态。当直放站再次收到上行导频信号，则迅速恢复到正常状态，执行步骤1～6的上下行切换。
本方案采用基带解码同步方案，得到同步帧头指示脉冲波形，上波为信号源帧头指示，下波为同步模块检测的帧头指示，同步误差小于100ns（1/8chip），完全满足要求。仿真测试中得到第一切换点指示波形，切换位置在DwPTS和UpPTS之间，切换准确。得到的第二切换点指示波形，切换位置在TS3和TS4之间，切换点真伪判断正确，切换精确。
5、结语
随着TD-SCDMA移动通信系统大规模应用的逐步临近，TD-SCDMA直放站的应用也指日可待，而TD-SCDMA直放站中最关键的技术即为直放站的帧同步和上下行切换控制。文章介绍的TD-SCDMA直放站同步和切换实现的方法无需与施主基站配合使用，自主获得转换点信息，能工作在上下时隙分配方式处于不断变化的系统中，符合HSDPA的需求，成本低廉，必将拥有广阔的应用前景。
