CN101162937B - 一种实现时分cdma系统上行同步控制的方法和基站 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种实现时分CDMA系统上行同步控制的方法，其步骤包括：计算时域上行用户信道冲激响应包络的重心位置；根据包络重心位置与信道估计窗中心位置的比较结果，产生上行同步控制命令。本发明还公开了一种实现时分CDMA系统上行同步控制的基站，该基站包括信道估计模块、上行用户信道冲激响应包络重心位置生成模块、上行同步控制决策模块和上行同步命令发送模块。本发明能够减少控制参量，简化计算，适应于多种无线多径衰落环境。

Description

一种实现时分CDMA系统上行同步控制的方法和基站

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种实现时分码分多址(CDMA，Code Division Multiple Access)系统上行同步控制的方法和基站。 

背景技术

时分-码分多址(TD-CDMA，Time Division-Code Division Multiple Access)系统是采用时分双工模式(TDD，Time Division Duplex)的第三代CDMA系统，其特点在于，上下行链路使用相同的信道，适合信息共享，并且两个基站之间也容易共享信道信息。上下行链路之间能获得有效的非对称通信。 

时分-双工码分多址(TDD-CDMA，Time Division Duplex-Code DivisionMultiple Access)是对第三代技术中TD-CDMA的修正版本。目前，在提交给国际电信联盟(ITU，International Telecommunication Union)的建议中有4个TDD建议：无线电工商协会(ARIB，Association of Radio Industry Business)提出的宽带码分多址时分双工(WCDMA TDD，Wideband Code Division MultipleAccess Time Division Duplex)，欧洲电信标准化委员会(ETSI，EuropeanTelecommunications Standards Institute)提出的宽带码分多址时分双工(WCDMATDD)、码分多址时分双工(cdma2000 TDD)以及时分复用-同步码分多址(TD-SCDMA，Time Division Synchronous Code Division Multiple Access)。 

目前，在时分CDMA系统中，以TD-SCDMA的TDD模式标准化进程发展得最快。TD-SCDMA系统为时分双工系统，具有低码速/低带宽，不需要成对的频谱，采用智能天线技术和联合检测技术，支持不对称业务等技术特点，因此，TD-SCDMA系统适于或更倾向于在以多径衰落为基本特征的城区环境下采用微小区/宏小区联合组网模式。 

上行同步控制技术是时分CDMA系统中所必需的技术，所谓上行同步，即 要求来自不同距离的不同用户发送的上行用户信号能够同步到达基站。但是在多径环境下，每个用户的上行用户信号独立地从不同地点，经过不同的传播路径或不同的传播时间，到达服务小区基站天线的接收端，因而理想的上行同步是无法实现的。 

目前，存在多种上行同步控制的实现方法。一种简单的上行同步控制方法是从上行用户信号经反射、衍射后产生的多个路径信号中，选择出接收能量最大的路径信号作为主径信号，其他路径信号看作是噪声或干扰，此时，上行同步控制的目的是保证每个用户的主径信号在基站天线接收端互相同步。 

TD-SCDMA系统的信道估计采用的是斯特纳(Steiner)估计方法，它在频域对依照基本训练序列的不同时移序列来区分不同用户的训练序列进行相关，可以联合获得每个时隙所有用户的信道估计，具有很高的效率，并能抵抗远近效应。所有用户的信道估计都包含在一个估计内，相互之间只在时间上错开。因而，每个用户需要用固定的时间窗来提取。当用户的上行用户信号没有同步时，或者用户信道估计没有完全落入信道估计窗内时，用户信道估计就会落入临近信道估计窗内，与其它用户信道估计造成重叠，引起用户信道估计互相干扰。因而，上行同步控制的第一个目标是保证每个用户信道估计落入分配的信道估计窗内。这需要估计用户信道估计的起始与结束端点；第二个目标是通过对用户信道估计的峰值位置相对于期望的目标位置的调整，使所有用户信道估计的峰值位置来对齐，尽量减少用户信道估计之间的干扰。 

目前，有两种采用峰值对准的上行同步控制的方法，第一种是基于用户信道估计峰值检测的上行同步控制方法，第二种是基于用户信道估计并根据信道变化自适应调整的上行闭环同步控制方法。以下对这两种方法进行详细说明。 

方法一 

基于用户信道估计峰值检测的上行同步控制方法，分为外环同步控制和内环同步控制两部分。 

外环同步控制的目的是定期调整用于内环同步控制的期望峰值的位置，即在保证时域上行用户信道冲激响应完全在预测窗内的基础上，将用户时隙中期 望的峰值位置调整在最佳位置。 

外环同步控制过程是首先进行算法初始化，主要计算用户信道估计窗长，确定时隙的期望位置及用户期望位置的初始值，接着根据时域上行用户信道冲激响应与信道估计窗不同的位置关系，找出对应的公式，求出时域上行用户信道冲激响应峰值的期望位置。 

内环同步控制方法就是根据信道估计模块给出的原始信道估计，检测每个用户信道估计的信道估计窗内起始端点位置，峰值位置和结束端点位置，并依据一定的控制原则对峰值位置和期望的峰值位置的比较，给出提前1/8码片，滞后1/8码片，或者不调整的上行同步控制命令，然后将这些上行同步控制命令反馈到用户，以达到调整上行用户信号到达基站天线端口时刻的目的。 

由于原始的信道估计是码片级的分辨率，而TD-SCDMA系统上行同步控制要求达到1/8码片的精度，上行同步的跟踪精度也相应是1/8码片，因而，首先要对原始信道估计进行8倍插值计算。其过程如下： 

首先进行2倍插值计算，插值公式为： 

$h_{\mathrm{ov}}^{\′m}(2i+1)=\underset{i=-L/2+1}{\overset{L/2}{\mathrm{\Σ}}}{h}^{\′m}(i^{\′}+i)*f_{\mathrm{int}2}({2i}^{\′}-1),j=0...P-1,$

其中， $f_{\mathrm{int}2}\left(x\right)=c*[(1+\cos \left(\frac{2\mathrm{\π}*x}{2L}\right))*\frac{\sin \left(\frac{\mathrm{\π}*x}{2}\right)}{\frac{\mathrm{\π}*x}{2}}],$ $x=-\frac{2L}{2}...\frac{2L}{2},$ h′^m为原始信道估计。 

一般建议取值：L＝6，f_int(x)是一插值函数。 

由于时域上行用户信道冲激响应的定时测量是基于各天线冲激响应的功率进行的。在二倍插值之后对其采样功率进行求和。 

$h_{\mathrm{test}}\left(i\right)=\frac{1}{M}\underset{m=0}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\right|h_{\mathrm{ov}}^{\′m}\left(i\right)\left|\right|}^2,$ i＝0，1，...，2P-1。 

为得到1/8码片的分辨率，在上面2倍插值的基础上还需进行四倍插值。这次插值是在时域上运用加窗的sinc函数的平方值来实现。这次插值运算不需要在整个窗内进行，它仅仅是在需要插值的地方进行。在k和k+1之间进行插值的具体公式如下： 

$x\left(j\right)=\underset{i^{\′}=-L/2+1}{\overset{L/2}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{test}}(k+i^{\′})*f_{\mathrm{int}4}({4i}^{\′}-j),j=1...3,$

其中， $f_{\mathrm{int}4}\left(x\right)=c*[\frac{1}{2}(1+\cos \left(\frac{2\mathrm{\π}*x}{4L}\right))*\frac{\sin \left(\frac{\mathrm{\π}*x}{4}\right)}{\frac{\mathrm{\π}*x}{4}}],$ $x=-\frac{4L}{2}...\frac{4L}{2}$

建议取值：L＝6 

离散时间i对应的分辨率是1/2码片；离散时间j对应的分辨率是1/8码片，因此i和j的关系式为j＝4i+(0，1，...，3)。 

对原始信道估计的8倍插值计算完成后，需要检测每个用户信道估计的信道估计窗内起始端点位置，峰值位置和结束端点位置，其具体方法是： 

首先，根据预先确定检测门限信躁比和信道干扰功率的估计值，来确定一个端点检测门限。 

接着，检测起点位置，即从低到高搜索第一个超过检测门限的1/2分辨率的样点，然后，在这个样点的前1/2码片内进行4倍插值，检测第一个超过门限的插值点，插值点的位置作为时域上行用户信道冲激响应起始位置。 

同样道理，对结束点的检测是从高到低搜索第一个超过检测门限的1/2分辨率的样点，然后在这个样点的后1/2码片内进行4倍插值，检测第一个超过门限的插值点，插值点的位置就作为时域上行用户信道冲激响应的结束位置。 

而峰值位置的检测略有不同，首先，计算1/2分辨率上前后两样点的和值，找出最大和值对应的2样点；然后，在这2样点中间进行4倍插值，找出插值点中最大的样点位置作为时域上行用户信道冲激响应的峰值位置。 

基于用户信道估计峰值检测的上行同步控制方法以上述的定时提取出来的端点/峰值位置的递归平均值为基础，在保证各时域上行用户信道冲激响应位于自己的信道估计窗内为前提，将各时域上行用户信道冲激响应向期望峰值对准。其具体的过程用数学公式表示如下：第i个用户第n子帧时，可求得其在第(n-1)子帧信道响应的起始位置j_stort(i，n-1)、峰值位置j_peak(i，n-1)和结束位置j_end(i，n-1)的递归平均值为： 

j_start(i，n-1)＝(1-p)j_start(i，n-2)+pj_start(i，n-1) 

j_peak(i，n-1)＝(1-p)j_peak(i，n-2)+pj_peak(i，n-1) 

j_end(i，n-1)＝(1-p)j_end(i，n-2)+pj_end(i，n-1) 

其中p为遗忘因子。 

第n帧时对第(n+D-1)帧的时域上行用户信道冲激响应的起始位置、峰值 

位置和结束位置的预测值为： 

其中，δ_start(i，n)、δ_peak(i，n)和δ_end(i，n)为第n子帧时的预测平均误差，SS_UL ^*(i，n-d)表示第i个用户的第(n-d)帧的控制方向，取值为-1、0和1分别代表提前、保持不变和滞后，k表示控制步长，单位为1/8码片。 

SS_UL ^*(i，n-d)的取值根据控制命令字SS_UL(i，n-d)确定，具体表达见下式： 

${\mathrm{SS}}_{\mathrm{UL}}^{*}(i,n-d)=\left\{\begin{array}{c}-1,{\mathrm{SS}}_{\mathrm{UL}}(i,n-d)=11\\ 0,{\mathrm{SS}}_{\mathrm{UL}}(i,n-d)=01\\ 1,{\mathrm{SS}}_{\mathrm{UL}}(i,n-d)=00\end{array}\right.$

而SS_UL(i，n-d)则是由预测峰值与期望峰值的位置对比的结果得到，控制字SS_UL(i，n)的产生规则如下： 

其中，peak_target为时域上行用户信道冲激响应的峰值目标位置，thr_do nothing为包含保持不变的上行同步控制命令时的阈值，其取值为大于等于0的数，在阈值为0的情况下，产生的控制命令中不包含保持不变的上行同步控制命令。WL^*＝WL×8-1，WL为当前用户的信道估计窗长。上行同步控制每隔固定的M帧生成一次上行同步控制命令，其它时候只对测量值进行统计平均，并不实际生成上行同步控制命令，而是把上一次生成的上行同步控制命令重复输出M次。用户每M帧对该上行用户信号的发送时刻进行一次调整。 

根据以上的分析可以看出，这种方法需要的控制参量多，峰值位置的调整需要一个期望位置，这个期望峰值位置虽然可以采用外环同步控制来实现，但外环控制的周期长，延迟大，不能随无线信道的变化及时做出响应；而端点检测则需要一个检测门限，如果这个门限设置过高或过低，会造成端点检测的错误。另外，这种方法使用复杂的内插计算达到1/8码片精度，计算过程复杂，运算量大。 

方法二 

基于用户上行信道估计并根据信道变化自适应调整的上行闭环同步控制方法是对第一种方法的改进，该方法在内环控制中考虑了无线信道时变的传输特性，引入相邻的同步控制周期内信道估计的峰值位置的相关系数作为权重，由此确定当前信道峰值位置估计与平均峰值位置估计对监控位置的影响，并确定出监控位置；然后，将所得的监控位置与外环控制设定的期望峰值位置进行比较，生成上行同步控制命令。因此，这种方法可以自适应调整上行闭环同步控制，改进上行闭环同步控制过程在不同无线信道传输特性下的性能。其过程为： 

首先求出当前上行闭环同步控制周期和前一个上行闭环同步控制周期中无线信道传输特性的相关系数ρ； 

$\mathrm{\ρ}=\frac{E\{h_t\left(n\right)-E[h_t\left(n\right)\left]\right\}\{h_t(n-1)-E[h_t(n-1)\left]\right\}}{\sqrt{D\left[h_t\left(n\right)\right]}\·\sqrt{D\left[h_t(n-1)\right]}};$

其中 $h_t\left(n\right)=\frac{h_p\left(n\right)+x_{\mathrm{TA}}\left(n\right)-T_{\mathrm{pos}}}{2};$

h_p(n)和h_p(n-1)分别表示当前上行闭环同步控制周期和前一个上行闭环同步控制周期中无线时域上行用户信道冲激响应的最大峰值位置，x_TA(n)和x_TA(n-1)分别表示当前上行闭环同步控制周期和前一个上行闭环同步控制周期中上行信号的发送提前量，T_pos表示基站设定的期望位置，n表示当前上行闭环同步控制周期的序号，E(·)表示随机变量的数学期望，D(·)表示随机变量的方差； 

然后，根据所述无线时域上行用户信道冲激响应的平均最大峰值位置H_p， 计算监控位置 

$\widehat{h_p}\left(n\right)=[h_p\left(n\right)-\stackrel{\‾}{H_p}]\mathrm{\ρ}+\stackrel{\‾}{H_p};$

接着，采用第一种方法中提到规则，将监控位置与期望峰值的位置相比较、判决后，就可产生相应的上行同步控制命令。基站会将这些上行同步控制命令反馈到用户，用户根据接收到的上行控制命令定期调整上行用户信号到达基站天线端口时刻。 

可见，这种方法需要的控制参量也比较多，需要上行信号发送提前量，准确的上行信号提前量需要用户的反馈，这既有反馈延迟的问题，又有反馈信道误码的问题。另外，这种方法也存在期望峰值位置确定的问题。 

目前，还有第三种方法实现上行同步控制，也就是基于信道估计采样相关检测匹配滤波器的定时误差的时间同步方法，该方法利用二相关器调整采样时间，使每个用户信道估计的峰值对准采样点，防止多径信号出现分裂产生的干扰和虚假多径信号，也能减少异步采样造成的码间干扰。 

方法三 

基于信道估计采样相关检测匹配滤波器的定时误差的时间同步方法，依靠对信道估计的奇次抽头与前、后抽头的相关值，通过决策单元判断系统是正的时间同步误差还是负的时间同步误差，并决定采样时间提前，滞后或是保持不动，以产生相应的上行同步控制命令，这些上行同步控制命令将作为用户调整上行用户信号到达基站天线端口时刻的依据。 

这种方法需要过采样数据进行处理，需要处理的数据量和运算量都很大，因此，不适合在时分CDMA这样复杂的系统上使用。 

由以上的分析，可以看出目前的技术实现上行同步控制时，均存在控制参量多和运算量大的问题。 

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种实现时分CDMA系统上行同步控制的方法，该方法能够减少控制参量，简化计算。 

本发明的另一个主要目的在于提供一种实现时分CDMA系统上行同步控制的基站，该基站能够减少控制参量，简化计算。 

为了达到上述第一个目的，本发明提出的技术方案为：一种实现时分CDMA系统上行同步控制的方法，包括以下步骤： 

A.根据用户发送的上行用户信号计算时域上行用户信道冲激响应包络的重心位置；其中，所述重心位置为上行信道的平均额外延迟，所述的重心位置的计算方法是：根据上行用户信号得到上行用户时空信道冲激响应，计算用户上行时空信道冲激响应空间相关矩阵的主特征矢量，根据主特征矢量对上行用户时空信道冲激响应进行合并，获得时域上行用户信道冲激响应，再根据时域上行用户信道冲激响应的延迟功率谱计算上行信道的平均额外延迟； 

B.根据时域上行用户信道冲激响应包络的重心位置与设定的信道估计窗中心位置的比较结果，产生用于调整上行用户信号同步的上行同步控制命令。 

该方法进一步包括： 

C.用户根据上行同步控制命令调整上行用户信号的发送时刻。 

所述的上行用户时空信道冲激响应空间相关矩阵的主特征矢量的计算过程是： 

对上行用户时空信道冲激响应降噪后处理，再利用后处理的结果计算空间相关矩阵，平滑后，由幂迭代法计算出空间相关矩阵的主特征矢量。 

所述的根据上行用户信号得到上行用户时空信道冲激响应的方法为信道估计法。 

所述的对上行用户时空信道冲激响应进行合并的方法为最大比合并法。 

设时域上行用户信道冲激响应的延迟功率谱为P_i，上行信道的平均额外延迟为T_i，WL代表系统设定的第i个用户使用的信道估计窗的长度，所述的计算上行信道的平均额外延迟的方法是根据以下公式： 

$T_i=\frac{\underset{j=0}{\overset{\mathrm{WL}-1}{\mathrm{\Σ}}}j{P}_{i,j}}{\underset{j=0}{\overset{\mathrm{WL}-1}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{i,j}}$ 得到。 

步骤B所述的产生上行同步控制命令的方法是： 

时域上行用户信道冲激响应包络的重心位置与信道估计窗中心位置进行比较，如果时域上行用户信道冲激响应包络的重心位置大于1/2窗长位置，输出提前1/8码片时间的上行同步控制命令；如果时域上行用户信道冲激响应包络的重心位置小于1/2窗长位置，则输出滞后1/8码片时间的上行同步控制命令；如果时域上行用户信道冲激响应包络的重心位置等于1/2窗长位置，则输出保持不动的上行同步控制命令。 

时域上行用户信道冲激响应包络的重心位置为上行信道的平均额外延迟时，步骤B所述的产生上行同步控制命令的方法是： 

上行信道的平均额外延迟与信道估计窗中心位置进行比较，如果上行信道的平均额外延迟大于1/2窗长位置，输出提前1/8码片时间的上行同步控制命令；如果上行信道的平均额外延迟小于1/2窗长位置，则输出滞后1/8码片时间的上行同步控制命令；如果上行信道的平均额外延迟等于1/2窗长位置，则输出保持不动的上行同步控制命令。 

为了达到上述第二个目的，本发明提出的技术方案为一种实现时分CDMA系统上行同步控制的基站，该基站包括信道估计模块、上行用户信道冲激响应包络重心位置生成模块、上行同步控制决策模块和上行同步命令发送模块； 

所述的信道估计模块根据用户发来的上行用户信号的数据产生信道估计结果，将产生的信道估计结果发送给信道冲激响应包络重心位置生成模块； 

所述的信道冲激响应包络重心位置生成模块，根据从信道估计模块接收的信道估计结果产生时域上行用户信道冲激响应包络的重心位置，将产生的重心位置发送到上行同步控制决策模块； 

所述的上行同步控制决策模块用于接收信道冲激响应包络重心位置生成模块产生的时域上行用户信道冲激响应包络的重心位置，时域上行用户信道冲激响应包络的重心位置和设定的信道估计窗中心位置做比较，将根据比较结果产生的上行同步控制命令发送到上行同步命令发送模块； 

所述的上行同步命令发送模块，将上行同步控制命令发送到用户。 

时域上行用户信道冲激响应包络的重心位置为上行信道的平均额外延迟时，所述的信道冲激响应包络重心位置生成模块包括空间相关矩阵计算单元、主特征矢量计算单元、时域信道计算单元、延迟功率谱计算单元以及平均额外延迟计算单元； 

所述的空间相关矩阵计算单元用于接收信道估计模块发送的信道估计结果，将计算得到的空间相关矩阵发送到主特征矢量计算单元； 

所述的主特征矢量计算单元用于接收空间相关矩阵计算单元计算得到的空间相关矩阵，将计算得到的主特征矢量发送到时域信道计算单元； 

所述的时域信道计算单元用于接收主特征矢量计算单元计算得到的主特征矢量，将计算得到的上行信道冲激响应发送到延迟功率谱计算单元； 

所述的延迟功率谱计算单元用于接收时域信道计算单元计算得到的上行信道冲激响应，将计算得到的延迟功率谱发送到平均额外延迟计算单元； 

所述的平均额外延迟计算单元用于接收延迟功率谱计算单元计算得到的延迟功率谱，将计算得到的上行信道的平均额外延迟发送到上行同步控制决策模块。 

综上所述，本发明提出的一种时分CDMA系统上行同步控制的实现方法，具有以下优点： 

第一、本发明依据上行信道的平均额外延迟作为时域上行用户信道冲激响应包络的重心位置与设定的信道估计窗的中心位置进行比较，获得上行同步控制命令，控制参量少，因而计算简单，运算量少，实时性强，能够快速跟踪信道变化。 

第二、本发明依据上行信道的平均额外延迟作为时域上行用户信道冲激响应包络的重心位置与系统设定的信道估计窗的中心位置进行比较，获得上行同步控制命令，能够更好地适应各种延迟功率谱特性的多径信道环境。 

第三、本发明采用的码片速率上的时域上行用户信道冲激响应估计，由上行信道的平均额外延迟的计算公式可以直接获得1/8码片的精度，不需要复杂的内插计算就可以达到1/8码片的定时精度。这样，既控制整个上行同步控制的运算量，又不会降低精度。 

第四、本发明不需要像现有技术方法一那样进行外环同步控制，系统结构简单。 

第五、本发明采用数字信号处理器来实现时，所占用的代码与数据内存开销小，能够节省存储资源。 

因此，本发明提供的一种实现时分CDMA系统上行同步控制的方法和基站能够减少控制参量，简化计算。 

附图说明

图1为本发明上行同步控制的流程示意图； 

图2为本发明上行同步控制结构的示意图； 

图3为第一种测试环境下采用上行同步控制的载干比与误码率的关系图； 

图4为第二种测试环境下采用上行同步控制的载干比与误码率的关系图； 

图5为第三种测试环境下采用上行同步控制的载干比与误码率的关系图。 

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。 

本发明的基本思想是：把上行信道的平均额外延迟作为时域上行用户信道冲激响应包络的重心位置与设定的信道估计窗的中心位置进行比较，获得相应的上行同步控制命令，以达到使每个用户的时域上行用户信道冲激响应的包络始终落入在设定的固定长度的信道估计窗内的上行同步控制的目的。 

图1为本发明上行同步控制的流程示意图，包括以下步骤： 

步骤101：从天线阵提取训练序列部分的数据。 

本实施例中，天线阵通过上行信道接收到用户发来的上行用户信号，按照现有技术的方法，从接收到的上行用户信号中提取出训练序列部分的数据。 

步骤102：根据训练序列部分的数据进行信道估计，得到上行用户时空信道冲激响应。 

本实施例中，采用信道估计模块对训练序列部分的数据进行信道估计，得到用户i的上行用户时空信道冲激响应，记为h_i。 

步骤103：对上行用户时空信道冲激响应降噪后处理。 

本实施例中，采用信道估计模块可以直接给出经过后处理的用户i的上行用户时空信道冲激响应。也可以利用干扰功率Piip和后处理门限threshold_pp根据公式进行降噪后处理： 

如果 $\frac{1}{\mathrm{Ka}}\underset{\mathrm{ka}=0}{\overset{\mathrm{Ka}-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|\right|h_{i,j}\left|\right|}^2<{10}^{\mathrm{threshold}\_\mathrm{pp}}\mathrm{Piip},$

那么h_i，j＝0； 

这里，Ka为天线数目，j表示信道响应的抽头下标。 

步骤104：计算上行用户时空信道冲激响应的空间相关矩阵。 

本实施例中，利用后处理的信道估计结果来计算上行用户时空信道冲激响应的空间相关矩阵R_i并作平滑，其采用的公式为： 

$R_i=\mathrm{\&lambda;}{R}_i+(1-\mathrm{\&lambda;})h_i{h}_i^H;$

这里λ为平滑因子。 

步骤105：计算空间相关矩阵的主特征矢量。 

本实施例中，由幂迭代算法计算出空间相关矩阵的主特征矢量w_i，其迭代过程如下： 

w_i＝w₀

n从1到N， 

y＝R_iw_i； 

$w_i=\frac{y}{{\left|\right|y\left|\right|}_2};$

结束； 

这里，w₀代表幂迭代法计算矩阵R_i主特征矢量w_i的初始迭代矢量，可以选择任意随机矢量或者经过特别选取的主特征矢量w_i的近似矢量，N为迭代次数。 

步骤106：计算时域上行用户信道冲激响应。 

本实施例中，采用主特征矢量w_i对后处理上行用户时空信道冲激响应进行基于上行用户信号接收功率最大化准则合并，获得时域上行用户信道冲激响应h′_i： 

$h_i^{\&prime;}=w_i^H{h}_i;$

步骤107：计算时域上行用户信道冲激响应的延迟功率谱。 

本实施例采用时域上行用户信道冲激响应计算延迟功率谱P_i，其公式为： 

P_i＝‖h′_i‖²

步骤108：平滑延迟功率谱。 

本实施例采用的对用户的延迟功率谱P_i进行平滑的公式为： 

P_i＝(1-p)P_i+pP_i

这里p为平滑因子。 

步骤109：计算上行信道的平均额外延迟。 

本实施例中，将上行信道的平均额外延迟作为时域上行用户信道冲激响应包络的重心位置，由延迟功率谱可以计算上行信道的平均额外延迟T_i的公式为： 

$T_i=\frac{\underset{j=0}{\overset{\mathrm{WL}-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}j{P}_{i,j}}{\underset{j=0}{\overset{\mathrm{WL}-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_{i,j}}$

步骤110：判断平均额外延迟T_i是否大于1/2窗长位置，如果是，输出提前1/8码片时间的上行同步控制命令，结束本流程，否则，执行步骤111。 

步骤111：判断平均额外延迟T_i小于1/2窗长位置，如果是，输出滞后1/8码片时间的上行同步控制命令，否则，输出保持不动的上行同步控制命令。 

本实施例中，可以根据当前用户上行信道的平均额外延迟与信道估计窗中心位置的比较，产生出上行同步控制命令，这些上行同步控制命令会经过下行信道反馈到用户，用于调整上行用户信号的发送时刻。 

图2为本发明的结构示意图，包括信道估计模块210、上行用户信道冲激响应包络重心位置生成模块220、上行同步控制决策模块230和上行同步命令发送模块240。 

其中，信道估计模块210根据用户发来的上行用户信号的数据产生信道估计结果，将信道估计结果发送给信道冲激响应包络重心位置生成模块220。 

信道冲激响应包络重心位置生成模块220，根据从信道估计模块210接收到的信道估计结果产生时域上行用户信道冲激响应包络重心位置，把产生的重心位置发送到上行同步控制决策模块230。 

上行同步控制决策模块230用于接收信道冲激响应包络重心位置生成模块220产生的时域上行用户信道冲激响应包络重心位置，时域上行用户信道冲激响应包络重心位置和设定的信道估计窗的中心位置做比较，将根据比较结果产生的上行同步控制命令发送到上行同步命令发送模块240。 

上行同步命令发送模块240，将上行同步控制命令发送用户。 

信道冲激响应包络重心位置生成模块220包括空间相关矩阵计算单元221、主特征矢量计算单元222、时域信道计算单元223、延迟功率谱计算单元224以及平均额外延迟计算单元225。 

空间相关矩阵计算单元221用于接收信道估计模块210发送的信道估计的结果，将计算得到的空间相关矩阵发送到主特征矢量计算单元222。 

主特征矢量计算单元222用于接收空间相关矩阵计算单元221计算得到的空间相关矩阵，将计算得到的主特征矢量发送到时域信道计算单元223。 

时域信道计算单元223用于接收主特征矢量计算单元222计算得到的主特征 矢量，将计算得到的时域上行用户信道冲激响应发送到延迟功率谱计算单元224。 

延迟功率谱计算单元224用于接收时域信道计算单元223计算得到的时域上行用户信道冲激响应，将计算得到的延迟功率谱发送到平均额外延迟计算单元225。 

平均额外延迟计算单元225用于接收延迟功率谱计算单元224计算得到的延迟功率谱，将计算得到的上行信道的平均额外延迟作为时域上行用户信道冲激响应包络的重心位置发送到上行同步控制决策模块单元230。 

本发明可以使用数字信号处理器来实现，也可以采用其它处理器实现。 

现试给出一个仿真结果，给出本发明与现有技术的方法一的性能比较。假设应用8单元线型天线阵列TD-SCDMA网络的微小区环境，目标小区总共有1个用户，每个用户有一个扩频系数为8的上行信道。每个用户都处于多径衰落的环境，多径衰落参数模型采用第三代伙伴计划(3GPP)建议给出的3种标准测试模型。这个用户的上行方向角(DOA)在扇区120度范围内成均匀随机分布。为了仿真上行用户信号相对于基站天线口的发送定时抖动误差其具体包括下行同步定时误差，上行用户信号发射抖动误差，用户沿径向方向离开基站的距离变化引起的定时延迟，以及上行接收定时抖动误差等，这里建立了一个简单的模型：T_i＝T_i-1+t₀+t_n，T_i，T_i-1表示当前子帧与前一子帧的发送定时时刻，t₀为一常数延迟，t_n为一个随机延迟。这里还考虑了信干比控制在10dB的用于上行同步控制命令的下行反馈信道。这样，可以得到上行接收的载干比与上行接收机解调后误码率的关系，结果见附图3-附图5，图3-图5分别对应在3GPP建议的三种多径衰落参数标准测试模型下，采用上行同步控制的载干比与误码率的关系图。可以看出，本发明的性能优于现有技术方法一的性能。 

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (9)

1.一种实现时分码分多址CDMA系统上行同步控制的方法，其特征在于，该方法包括：

A.根据用户发送的上行用户信号计算时域上行用户信道冲激响应包络的重心位置；其中，所述重心位置为上行信道的平均额外延迟，所述的重心位置的计算方法是：根据上行用户信号得到上行用户时空信道冲激响应，计算用户上行时空信道冲激响应空间相关矩阵的主特征矢量，根据主特征矢量对上行用户时空信道冲激响应进行合并，获得时域上行用户信道冲激响应，再根据时域上行用户信道冲激响应的延迟功率谱计算上行信道的平均额外延迟；

B.根据时域上行用户信道冲激响应包络的重心位置与设定的信道估计窗中心位置的比较结果，产生用于调整上行用户信号同步的上行同步控制命令。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

C.用户根据上行同步控制命令调整上行用户信号的发送时刻。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的上行用户时空信道冲激响应空间相关矩阵的主特征矢量的计算过程是：

对上行用户时空信道冲激响应降噪后处理，再利用后处理的结果计算空间相关矩阵，平滑后，由幂迭代法计算出空间相关矩阵的主特征矢量。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的根据上行用户信号得到上行用户时空信道冲激响应的方法为信道估计法。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的对上行用户时空信道冲激响应进行合并的方法为基于上行用户信号接收功率最大化准则主特征矢量合并法。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设时域上行用户信道冲激响应的延迟功率谱为P_i，上行信道的平均额外延迟为T_i，WL代表系统设定的第i个用户使用的信道估计窗的长度，所述的计算上行信道的平均额外延迟的方法是根据以下公式：

$T_i=\frac{\underset{j=0}{\overset{\mathrm{WL}-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{jP}}_{i,j}}{\underset{j=0}{\overset{\mathrm{WL}-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_{i,j}}$ 得到。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，时域上行用户信道冲激响应包络的重心位置为上行信道的平均额外延迟时，步骤B所述的产生上行同步控制命令的方法是：

上行信道的平均额外延迟与信道估计窗中心位置进行比较，如果上行信道的平均额外延迟大于1/2窗长位置，输出提前1/8码片时间的上行同步控制命令；如果上行信道的平均额外延迟小于1/2窗长位置，则输出滞后1/8码片时间的上行同步控制命令；如果上行信道的平均额外延迟等于1/2窗长位置，则输出保持不动的上行同步控制命令。

8.一种实现时分码分多址CDMA系统上行同步控制的基站，其特征在于，该基站包括信道估计模块、上行用户信道冲激响应包络重心位置生成模块、上行同步控制决策模块和上行同步命令发送模块；

所述的信道估计模块根据用户发来的上行用户信号的数据产生信道估计结果，将产生的信道估计结果发送给信道冲激响应包络重心位置生成模块；

所述的信道冲激响应包络重心位置生成模块，根据从信道估计模块接收的信道估计结果产生时域上行用户信道冲激响应包络的重心位置，将产生的重心位置发送到上行同步控制决策模块；其中，时域上行用户信道冲激响应包络的重心位置为上行信道的平均额外延迟；所述的信道冲激响应包络重心位置生成模块在根据从信道估计模块接收的信道估计结果产生时域上行用户信道冲激响应包络的重心位置时，用于：根据从信道估计模块接收的信道估计结果得到用户上行时空信道冲激响应空间相关矩阵，计算用户上行时空信道冲激响应空间相关矩阵的主特征矢量，根据主特征矢量对上行用户时空信道冲激响应进行合并，获得时域上行用户信道冲激响应，再根据时域上行用户信道冲激响应的延迟功率谱计算上行信道的平均额外延迟；

所述的上行同步控制决策模块用于接收信道冲激响应包络重心位置生成模块产生的时域上行用户信道冲激响应包络的重心位置，时域上行用户信道冲激响应包络的重心位置和设定的信道估计窗中心位置做比较，将根据比较结果产生的上行同步控制命令发送到上行同步命令发送模块；

所述的上行同步命令发送模块，将上行同步控制命令发送到用户。

9.根据权利要求8所述的基站，其特征在于，所述的信道冲激响应包络重心位置生成模块包括空间相关矩阵计算单元、主特征矢量计算单元、时域信道计算单元、延迟功率谱计算单元以及平均额外延迟计算单元；

所述的空间相关矩阵计算单元用于接收信道估计模块发送的信道估计结果，将计算得到的空间相关矩阵发送到主特征矢量计算单元；

所述的主特征矢量计算单元用于接收空间相关矩阵计算单元计算得到的空间相关矩阵，将计算得到的主特征矢量发送到时域信道计算单元；

所述的时域信道计算单元用于接收主特征矢量计算单元计算得到的主特征矢量，将计算得到的上行信道冲激响应发送到延迟功率谱计算单元；

所述的延迟功率谱计算单元用于接收时域信道计算单元计算得到的上行信道冲激响应，将计算得到的延迟功率谱发送到平均额外延迟计算单元；

所述的平均额外延迟计算单元用于接收延迟功率谱计算单元计算得到的延迟功率谱，将计算得到的上行信道的平均额外延迟发送到上行同步控制决策模块。

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