专利名称：Td-scdma系统直放站的终端同步方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及到无线移动通讯系统中直放站的终端同步方法及装置，特别涉 及到时分一同步码分多址无线移动通讯系统(简称为TD-SCDMA系统)直放站 的终端同步方法(又称基带解调同步)及装置。
背景技术：
在无线移动通讯系统中，无线信号通过基站(简称为NodeB)在网络和用 户终端(简称为UE)之间进行传播。然而，由于自然条件的影响，无线信号所 覆盖的区域会存在弱信号区或盲区。而对一些偏远地区和用户数量不多的盲区， 架设基站的成本太高，且经济效益不合算。因此，出现了^种成本较低且架设 简单，并具有小型基站基本功能的设备，即所谓的直放站。直放站在无线移动 通讯系统中的基本作用是对前向和反向信号进行再放大，在不增加基站数量的 条件下，增加了网络的覆盖面积，减少了无线信号的盲区。
显然，在TD-SCDMA系统中，直放站最基本的功能是实现基站和移动终端 之间信号传递，即对前向和反向信号进行再放大，使移动终端能够在更大的范 围内接收到基站的信号，同样，也使基站能够在更大的范围内接收到移动终端 的信号，从而增加网络的覆盖面积，减少无线信号的盲区。与此同时，为保证 直放站基本功能的顺利实现，直放站还必须具备以下功能
1、 接收网管发送的操作维护信息；
2、 接收基站下行信号产生的TD-SCDMA帧同步信号；
3、 产生与基站相应的上、下行控制时序；
4、 控制上、下行链路的正常工作；
5、 监测外围控制电路的工作状态，并将监测的结果上报给网管。
众所周知，td-scdma系统是一个时分双工系统，每个子帧包括7个常规 时隙、3个特殊时隙和两个时隙转换点。为使上、下行信号顺利、完整地通过直 放站，直放站必须与基站保持同步关系，以保证快速、准确的收、发转换。如 果直放站和基站失步，会使ue不能正确解调信号，基站间出现交错时隙，甚至 导致整个网络瘫痪。根据时分特性，直放站同步以后只要实现在第一个转换点 和第二个转换点之间只处理上行信号，在第二个转换点和下一个子帧的第一个 转换点之间只处理下行信号，便可避免上、下行两套处理系统同时工作，实现 对上、下行信号的正常处理。因此，直放站能否与基站保持准确的同步，是直 放站，甚至整个网络能否正常工作的关键。
现有技术实现直放站与基站同步的方法主要有两种， 一种称为gps同步，另 一种称为检波同步。
对于gps同步的方式，由于国内各基站信号与gps是同步的，即基站信号 与gps秒脉冲下降沿之间的相位差是恒定不变的，直放站首先测出gps秒脉冲 下降沿与下行导频结束时刻之间的相位差，通过调整直放站上、下行开关的使 能信号与gps秒脉冲下降沿之间的相位差，使得下行使能信号能在下行导频结 束时关闭下行，也即确定了第一个转换点的位置。由于gps同步方式的直放站 无法解调出基带信号，第二个转换点只能简单的默认为在ts3和ts4之间(或 者其他时隙)，即采用默认的方式确定第二个转换点。gps同步方式的直放站需 加装gps同步装置，并且，直放站必须设置在有gps信号的地方,使得直放站 的设置范围受到限制。另外，如果基站对信号的相位进行了调整，那么直放站 就要重新设置gps秒脉冲与开关使能信号之间的相位差，可见其同步方式存在 一定的缺陷。
检波法又称功率检测法，该方法首先对射频功率进行快速的检测，响应时 间一般在纳秒级，然后，将检测值与门限值进行比较，如果检测值高于门限值。 则说明有信号通过，立即打开下行链路；如果检测值低于门限值则打开上行链 路。该方法虽然简单，但由于仅根据功率检测值不能分辨出上、下行信号，主
要用于有线耦合方式的场合，而不能用在无线耦合方式的场合(如用于室外覆 盖的无线直放站)。另外，尽管功率响应时间较快(达到纳秒级)，但是开关的 使能信号也可能落后于信号，这就会造成源信号的损伤，导致误差向量级(简
称为EVM)等指标下降，严重的甚至会使终端接入失败。另外，该方法只能根 据信号通过的时间长度来判断两个转换点的位置，该方法的第二个转换点也只 能采用默认的方式确定。
另外，由于直放站是否能正常工作影响到整个网络的有效信号覆盖范围， 为了保^E网络的正常运行，网络迫切需要对众多的直放站进行远程操作和维护， 及时处理直放站的故障报警等信息，并根据需要调整直放站的工作参数等。由 于现有技术的直放站不具备远程维护的能力，对其进行维护只能是采用现场维 护的方式，不可避免的造成维护的高成本和低效率。
TD-SCDMA系统的码片速率为1.2Mc/s，载频带宽为1.6MHz，系统中的下 行信息和上行信息数据是在同一频率的不同时隙上进行传送的。在TD-SCDMA 系统中将10ms的无线数据帧分成两个5ms的子帧，每个子帧中有7个常规时隙 (分别为TS0 TS6，其中TSO总是分配给下行链路，而TS1总是分配给上行 链路)和3个特殊时隙，分别为下行导频时隙(简称为DwPTS)、保护时隙(简 称为GP)和上行导频时隙(简称为UpPTS)。 UpPTS和DwPTS之间由转换点 分开。在TD-SCDMA系统中，每个5ms的子帧中有两个转换点第一个转换点 是从下行链路到上行链路，位置在DwPTS和UpPTS之间的GP，第一个转换点 相对于每个子帧的开始时间是固定的；第二个转换点是从上行链路到下行链路， 位置根据网络的需要在不同的上、下行时隙配比关系中确定，第二个转换点在 系统中是可变的。在TD-SCDMA系统中，标识小区的码片称为下行同步码(简 称为SYNC-DL)，包含在下行导频时隙DwPTS中发射，UE—般采用所谓特征 窗法搜寻并确定DwPTS的位置，实现UE和基站间的初步同步(即所谓粗同步)。 然后，再利用SYNC-DL的自相关性，将接收信号中预先大致确定的SYNC-DL 所在数据段与UE本地码生成器生成的对应基本SYNC-DL作滑动相关处理，相
关峰值所在位置即指示了码片级同步的位置，从而实现UE与基站间的码片级同 步(即所谓的精同步)。时隙TS0 TS6中包含有训练序列中间码(简称为 midamble码)，UE利用midamble码估计本用户的信道冲激响应，然后对信道冲 激响应进行插值处理，再进行峰值搜索获得同步偏差估计，最后利用该同步偏 差控制同步时钟，使UE和基站间实现码片级以下的同步。
发明内容
为解决现有技术直放站存在的设置地点受限制、对原信号有伤害和需要 GPS信号等缺陷，本发明提出一种利用基站发送的无线信号，通过采用特征窗 法搜寻并确定DwPTS的位置，实现直放站和基站间的初步同步(即所谓粗同步)， 再通过SYNC-DL码的滑动相关处理，实施直放站与基站间的码片级同步(即所 谓精同步)，再利用midamble码本对直放站信道冲激响应进行估计并获得同步 偏差估计，使直放站和基站间实现码片级以下的同步，从而保证直放站各项功 能顺利实现的方法和装置。由于本发明直放站的同步方式与移动无线终端的同 步方式极为相似，故称为"终端同步"方法。而采用终端同步方法设计的直放 站也即称为"终端同步直放站"。由于本发明终端同步直放站采用TD-SCDMA 系统的终端同步方法，因此，很容易实现网管与直放站之间无线通讯。
采用本发明终端同步直放站，可更好的保证直放站与基站的无线通信，接 收网管发送的操作维护信息，结合根据收到的基站下行信号产生的TD帧同步信 号，产生与基站相应的上下行控制时序，控制上、下行链路的正常工作。同时， 监测直放站各子系统的工作状态，并将监测的结果上报给网管，从而实现对直 放站的控制。
本发明直放站终端同步方法采用特征窗法搜寻并确定TD-SCDMA系统数 据帧中DwPTS位置，实现直放站和基站间的初步同步(即所谓粗同步)，将接 收信号中预先大致确定的SYNC-DL所在数据段与直放站本地码生成器生成的 对应基本SYNC-DL作滑动相关处理，实现直放站与基站间的码片级同步(即所 谓精同步)，再利用midamble码对直放站的信道冲激响应进行估计和处理并获
得同步偏差估计，实现直放站和基站间的码片级以下同步，并且，采用
TD-SCDMA系统无线终端的方式实现网管与直放站之间的无线通讯。
本发明直放站终端同步方法采用TD-SCDMA系统无线终端的方式实现网
管与直放站之间的无线通讯包括在网络端设置一个直放站的操作与维护中心 (简称为网管)且包含与一定数量的无线终端(数量可以根据无线网络控制器
下面的直放站数目确定，无线网络控制器通常简称为RNC)，在每一个直放站中
设置具有无线终端功能的通讯模块，通过TD-SCDMA系统的设置使网管的无线
终端与直放站通讯模块之间实现无线通讯。
本发明直放站终端同步方法网管中包含的无线终端可以是独立的无线终
端，也可以是能够实现与所有直放站独立进行无线通讯功能的装置。
本发明终端同步直放站包括与基站进行无线通信的射频耦合模块、滤波
器、具有与基站建立无线通讯功能的通信模块、具有完成开机初始化并对通信
模块进行控制的监控模块、具有对上、下行信号进行对应操作的收发开关、具
有对上行信号进行放大功能的上行放大模块和具有对下行信号进行放大功能的
下行放大模块。
本发明终端同步直放站通信模块包括射频电路、天线插座、26M时钟(26M CLOCK)、存储器(FLASH/SRAM)、电源管理单元、模拟基带处理器(ABB)、 基带处理器(一个ARM9和两个DSP)和60针连接器。
本发明终端同步直放站监控模块包括通用用户识别卡(USIM)、微处理器 (MPU)和复杂可编程逻辑设备(CPLD)等。
本发明终端同步直放站通信模块与监控模块的接口包括
*射频输入/输出接口，从直放站天线耦合信号到通信模块的射频(简称为
RF)前端；
*通信模块的电压需求为3.6V，电流500mA，从直放站监控模块获得电源 输入；
26MHz参考信号，通信模块为监控模块提供26MHz参考时钟；
參通用异步接收/发送装置的通信接口 (简称为UART)，即直放站通信模块
和监控模块的通信接口； *帧同步信号，通信模块提供5ms周期性的TD-SCDMA无线子帧的帧信号； *同步使能信号，通信模块提供是否与基站完成l/8chip精度同步的使能信
号；
*通用用户识别卡(简称为USIM)接口， USIM控制接口 (USIM卡安装在
直放站监控模块上)； *复位接口 (简称为RESET接口)，用来直放站监控模块重新启动通信模块
的接口。
本发明终端同步直放站通信模块与监控模块之间的数据、指令传递通过串 口连接予以实现，串口帧的类型包括用于监控模块向通信模块发送指令的串 口 (简称为AT COMMAND),用于电路域/分组域数据发送的串口 (简称为CS/PS DATA)和用于串口 FCS(Frame Check Sequence帧检验序列)校验失败错误报告 的串口 (简称为ERROR REPORT )。
本发明终端周步直放站通信模块与监控模块之间的指令传递串口可以采用 AT指令(简称为ATCO画AND)作为两者之间的信息交互，也可以采用其它 指令系统实现两者之间的信息交互。
本发明终端同步直放站通信模块与监控模块之间发送和接收的数据采用统 一的串口帧格式封装。
图1本发明终端同步直放站在无线网络系统中的框架示意图2本发明终端同步直放站系统的基本框架示意图3本发明终端同步直放站通信模块基本结构示意图4本发明终端同步直放站通信模块与监控模块连接方式示意图。
下面结合附图及直放站实施例对本发明方法及装置作进一步的说明。
附图1是本发明终端同步直放站在无线网络系统中的框架示意图。由图可
知，采用本发明终端同步直放站后，整个系统的结构并无大的变化。为了实现 直放站的远程控制和维护，实现网络端(网管)和直放站之间的无线通讯，可
以增加一个直放站的操作与维护中心(网管)来管理本RNC控制下的直放站。 直放站网管与正常的网管使用以太网连接来交互信息，并且其网管包含一定数 量的商用TD-SCDMA手机(数量可以根据RNC下面的直放站数目确定)用来 根据需要与其控制的直放站进行信息交互。直放站中的通信模块实现与直放站 网管的TD-SCDMA手机的通信和信息交互，信息交互的主要内容包括网管修 改相应直放站的时隙分配；直放站网管对直放站的控制信息以及直放站上报的 告警和响应信息等。直放站网管手机与直放站之间交互信息通过短消息实现。
附图2是本发明终端同步直放站系统的基本框架示意图。由图可知本发明 终端同步直放站主要包括通信模块、监控模块、收发开关、上行放大模块和下 行放大模块等部件。通信模块具有与基站建立无线通讯功能，主要完成与基站 建立无线通信，接收网管发送的操作维护信息，结合根据收到的基站下行信号 产生的TD帧同步信号，产生与基站相应的上下行控制时序，控制上、下行链路 的正常工作。监控模块具有完成开机初始化并对通信模块进行控制的功能，监 测直放站各子系统的工作状态，并将监测的结果上报给网管，从而实现对直放 站的控制。收发开关具有对上、下行信号进行对应操作的功能。上、下行放大 模块具有对上行信号进行放大功能的和具有对下行信号进行放大功能。
首先，天线接收基站信号经耦合和模拟基带处理后将射频信号转换为基带 同相/正交(简称为I/Q)信号，再通过通信模块的基带处理器处理后，检测出 TD-SCDMA的同步信号，准确的同基站信号实现同步。根据TD-SCDMA上、 下行时隙分配的帧结构特点，在相应的转换点控制收发开关，从而实现在上下 行链路之间进行切换；如果通信模块判断基站信号为下行时隙，则收发开关关 闭上行链路，打开下行链路，直放站对下行信号进行处理和放大，最后由天线 发射至用户手机；如果基站信号为上行时隙，则收发开关关闭下行链路，并使 上行链路处于开状态，则上行信号经直放站进行处理和放大，最后由施主天线
转发回基站。
监控模块作为主控制器，通信模块为从控制器。在主控制器完成开机初始 化和其它相应的流程后，从控制器为主控制器提供与基站的同步信号，并完成 主控制器和网管之间的信息传输，两者共同实现对直放站的有效控制。
^附图3是本发明终端同步直放站通信模块基本结构示意图。由图可知，通 信模块主要包括天线插座、射频电路、26M CLOCK (26M时钟)、FLASH/SRAM (存储器)、电源管理单元、ABB (模拟基带处理)、基带处理器(一颗ARM9 和两颗DSP)和26针连接器。通信模块作为从控制器，其电源由监控模块提供。 射频电路包括接收基站信号，混频和中频放大。ABB (模拟基带处理)作用是 调制和解调信号，基带处理器是一个用于TD-SCDMA无线终端的低功耗高性能 的基带信号处理器，它集成了两颗DSP核、 一颗ARM核、TD-SCDMA专用的 处理核，以及一些通用接口，其可完成TD-SCDMA数据业务的能力，同时支持 基带处理、协议栈处理和应用处理。通信模块通过其射频部分接收基站发射的 射频信号，经过混频和中频放大处理后的信号送到ABB，解调出I/Q信号，再 发送到基带处理器的DSP (数字信号处理器)模块中进行数字信号处理，解调 出网管发送的信息，并将这些信息通过串口送到监控模块；反之亦然。通信模 块将提取出基站的帧同步信号送到监控模块，同时，它将监控模块发送的上报 信息，通过TD无线传输方式，传输给网管。
根据TD-SCDMA直放站实现原理，其通信模块主要完成以下3种功能
1、 与直放站网管手机进行通信(相当于手机与手机之间通信)；
2、 从直放获得控制信息和告警信息，发送给网管；
3、 接收网管控制信息，解析后，控制直放站。
附图4是本发明终端同步直放站通信模块与监控模块连接方式示意图。由 图可知，直放站的通信模块与监控模块主要包括以下接口
*射频输入/输出接口，从直放站天线耦合信号到通信模块的RF前端；
*通信模块的电压需求为3.6V， 500mA，从直放站监控模块获得电源输入;* 26MHz参考信号，通信模块为监控模块提供26MHz参考时钟；
*通用异步接收/发送装置的通信接口 (简称为UART)，即直放站通信模块
和监控模块的通信接口； *帧同步信号，通信模块提供5ms周期性的TD-SCDMA无线子帧的帧信号； *同步使能信号，通信模块提供是否与基站完成l/8chip精度同步的使能信
号；
*通用用户识别卡(简称为USIM)接口， USIM控制接口 (USIM卡安装在
直放站监控模块上)； *复位接口 (简称为RESET接口)，用来直放站监控模块重新启动通信模块
的接口。
在本发明直放站实施例中，监控模块作为主控制器为通信模块(从控制器) 提供3.6V直流电源，采集直放站收发端的状态信息发送给网络端，也可以解析 出网管相应的指令后发送控制命令到直放站收发端。通信模块主要完成与网管 之间的通信，建立同步信号，转发网络端和监控模块的指令。直放站收发端主 要完成对上、下行信号的开关和放大。监控模块发送开机信号后，再对通信模 块进行开机初始化。当通信模块完成与基站的同步后，会将同步使能信号拉高， 此时通信模块为监控模块提供的5ms的TD-SCDMA帧同步信号有效，并且监控 模块可以从通信模块发送的AT命令中解析出网络注册状态。在完成短信初始化 后，监控模块可以通过通信模块向网络端发送监控信息，网络端也可向监控模 块发送控制和査询命令。
显然，为了实现通信模块和监控模块数据、指令传递，实现通信模块和监 控模块之间的信息交互，直放站通信模块和监控模块之间可以通过串口进行连 接，串口帧的类型可以包括用于监控模块向通信模块发送指令的串口 (简称 为AT COMMAND),用于电路域/分组域数据发送的串口 (简称为CS/PSDATA) 和用于串口FCS校验失败错误报告的串口 (简称为ERRORREPORT)。为了简 便、实用，本发明监控模块向通信模块发送指令的串口采用了AT指令(简称为
AT COMMAND)作为两者之间的信息交互，当然也可以采用其他指令系统实现 两者之间的信息交互。另外，发送和接收的数据采用统一的串口帧格式封装。
权利要求
1、一种TD-SCDMA系统直放站终端同步方法，其特征在于采用特征窗法搜寻并确定TD-SCDMA系统数据帧中DwPTS位置，实现直放站和基站间的初步同步(即所谓粗同步)，将接收信号中预先大致确定的SYNC-DL所在数据段与直放站本地码生成器生成的对应基本SYNC-DL作滑动相关处理，实现直放站与基站间的码片级同步(即所谓精同步)，再利用midamble码对直放站的信道冲激响应进行估计和处理并获得同步偏差估计，实现直放站和基站间的码片级以下同步，并且，采用TD-SCDMA系统无线终端的方式实现网管与直放站之间的无线通讯。
2、 根据权利要求1所述直放站终端同步方法，其特征在于采用TD-SCDMA 系统无线终端的方式实现网管与直放站之间的无线通讯包括在网络端设置一 个直放站的操作与维护中心(简称为网管)且包含与一定数量的无线终端(数 量可以根据无线网络控制器下面的直放站数目确定，无线网络控制器通常简称 为RNC),在每一个直放站中设置具有无线终端功能的通讯模块，通过 TD-SCDMA系统的设置使网管的无线终端与直放站通讯模块之间实现无线通 讯。
3、 根据权利要求1所述直放站终端同步方法，其特征在于网管中包含的无线终端可以是独立的无线终端，也可以是能够实现与所有直放站独立进行无线通 讯功能的装置。
4、 一种TD-SCDMA系统终端同步直放站，其特征在于终端同步直放站包括 与基站进行无线通信的射频耦合模块、滤波器、具有与基站建立无线通讯功能 的通信模块、具有完成开机初始化并对通信模块进行控制的监控模块、具有对 上、下行信号进行对应操作的收发开关、具有对上行信号进行放大功能的上行 放大模块和具有对下行信号进行放大功能的下行放大模块。
5、 根据权利要求4所述终端同步直放站，其特征在于通信模块包括射频电路、天线插座、26M时钟(26M CLOCK)、存储器(FLASH/SRAM)、电源管理单 元、模拟基带处理器(ABB)、基带处理器(一个ARM9和两个DSP)和60针 连接器。
6、根据权利要求4所述终端同步直放站，其特征在于:监控模块包括通用用户 识别卡(USIM)、微处理器(MPU)和复杂可编程逻辑设备(CPLD)等。
7、根据权利要求i所述终端同步直放站，其特征在于通信模块与监控模 块的接口包括*射频输入/输出接口，从直放站天线耦合信号到通信模块的射频(简称为RF)前端；*通信模块的电压需求为3.6V，电流500mA，从直放站监控模块获得电源 输入； 26MHz参考信号，通信模块为监控模块提供26MHz参考时钟；*通用异步接收/发送装置的通信接口 (简称为UART)，即直放站通信模块和监控模块的通信接口； *帧同步信号，通信模块提供5ms周期性的TD-SCDMA无线子帧的帧信号； 同步使能信号，通信模块提供是否与基站完成l/8chip精度同步的使能信号；*通用用户识别卡(简称为USIM)接口， USIM控制接口 (USIM卡安装在直放站监控模块上)； *复位接口 (简称为RESET接口)，用来直放站监控模块重新启动通信模块的接口。
8、 根据权利要求4所述终端同步直放站，其特征在于通信模块与监控模块之 间的数据、指令传递通过串口连接予以实现，串口帧的类型包括用于监控模 块向通信模块发送指令的串口 (简称为AT COMMAND),用于电路域/分组域数 据发送的串口 (简称为CS/PS DATA)和用于串口 FCS(Frame Check Sequence帧 检验序列)校验失败错误报告的串口 (简称为ERROR REPORT)。
9、 根据权利要求4所述终端同步直放站，其特征在于通信模块与监控模块之 间的指令传递串口可以采用AT指令(简称为AT COMMAND)作为两者之间的 信息交互，也可以采用其它指令系统实现两者之间的信息交互。 10、根据权利要求4所述终端同步直放站，其特征在于通信模块与监控模块 之间发送和接收的数据采用统一的串口帧格式封装。
全文摘要
为解决现有技术直放站存在的设置地点受限制、对原信号有伤害和需要GPS信号等缺陷，本发明提出一种利用基站发送的无线信号，通过采用特征窗法搜寻并确定DwPTS的位置，实现直放站和基站间的初步同步(即所谓粗同步)，再通过SYNC-DL码的滑动相关处理，实施直放站与基站间的码片级同步(即所谓精同步)，再利用midamble码本对直放站信道冲激响应进行估计并获得同步偏差估计，使直放站和基站间实现码片级以下的同步，从而保证直放站各项功能顺利实现的方法和装置。由于本发明直放站的同步方式与移动无线终端的同步方式极为相似，故称为“终端同步”方法。而采用终端同步方法设计的直放站也即称为“终端同步直放站”。由于本发明终端同步直放站采用TD-SCDMA系统的终端同步方法，因此，很容易实现网管与直放站之间无线通讯。
文档编号H04J3/06GK101106422SQ200710092518
公开日2008年1月16日 申请日期2007年8月2日 优先权日2007年8月2日
发明者暾 李, 毅 林, 敏 申, 郑建宏, 莉 陈, 黄俊伟 申请人:重庆重邮信科(集团)股份有限公司