作 者:李平安 吴刚 王晓岚
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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。
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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
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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。
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图6 定时提前示意图
4、实现
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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。