一种复帧同步的接收端及方法技术领域
本发明属于通信与信息技术中复帧同步领域，特别涉及一种TD-SCDMA
系统中复帧同步的接收端及方法。
背景技术
TD-SCDMA是3G的三大主流标准之一，具有广泛的应用前景。
TD-SCDMA下行帧格式中每个子帧长度为5ms，每4个连续子帧构成1个复
帧。为了正确解调BCH信息，在完成子帧同步后，TD-SCDMA系统中终端
用户必须先确定在P-CCPCH(Primary-Common Control Physical Channel，主
公共控制物理信道)中BCH的复帧的起始位置。这个位置是由Sync-DL码
相对于0时隙中的Midamble码的QPSK调制相位来指示的。
表1 用于SYNC-DL相位调制的序列
名字
4个连续相位
含义
S1
135，45，225，135
在后续的四个子帧有P-CCPCH
S2
315，225，315，45
在后续的四个子帧没有P-CCPCH
在分别获取Midamble和SYNC-DL的信道估计结果后，现有的复帧同步
方法的主要分为以下几种：
1)直接对连续4个子帧的相位进行检测；
2)差分相位检测，即计算前后两个子帧之间的相位差，连续计算4个子
帧后进行判断是否满足条件；
3)相关累加求模，即将该子帧的应有相位补偿后，累加该估计值，完成
4个子帧的补偿和累加后判断是否满足条件；
4)直接BCH尝试不同子帧起始位置进行解调解码确定复帧。复帧可能
的起始位置一共有4种。首先假定某一子帧为复帧起始子帧，对连续4个子
帧进行解调解码，如能够通过CRC校验，则假定正确；否则重新假定另一起
始位置，进行解调解码；重复上述步骤直至能够正确解码。
Midamble和SYNC-DL的起始位置相差544个chip，直接相位检测的方
法要求相位的分辨率至少是45度，也就是说无噪声环境残余频偏也必须小于
294Hz，由于受到噪声和残余频偏的影响，直接相位检测的方法实用价值较
低。
差分相位检测是利用了S1的4个连续相位之间的相位差关系进行检测
的方法，S1的4个连续相位相位差分别为-90，180，和-90。利用这一特性确
实避免了频偏的影响，但不巧的是当收到的4个子帧为S1的后2个子帧接
S2的前2个子帧，也就是相位是225，135，315和225时，这4个子帧相位
差的计算结果也是-90，180和-90。因此差分相位检测的方法无法分辨这两种
情况，会导致大量的误报产生。
相关累加求模的方法回避了直接对相位进行检测，而是基于符合本地序
列相位差分布的序列相关累加时可以同相累加的原理，以模值检测序列。由
于其本质也是利用了相位差的特性，因此在差分相关产生缺陷的S1接S2场
景下，会得到一个4j的相关累加值，该结果仅与S1对齐时的累加值4相差
了90度相位，如不检测相位则无法区分这两种情况，如检测相位则回到了直
接相位检测的残余频偏问题。
考虑到上述三种方法存在以上缺陷，实际工程中误报概率过高往往效果
不够理想，目前实际应用中大都采用了基于BCH尝试的复帧同步方法。通
过尝试解BCH盲搜找出其复帧边界，随机假定复帧起始位置解调解码，如
果BCH的CRC校验正确，则认为找到BCH TTI边界。如果多次BCH的CRC
校验错误均错误，则逐一尝试其余3种复帧起始位置，直至CRC校验正确。
由于某次BCH的CRC未能通过校验可能有如下几种原因：1)复帧起始位
置错误；2)处于信道衰落周期；3)残余频偏过大；4)未发BCH(S2状态)。
BCH尝试法不能排除原因2)～4)，即便在假定的复帧位置上进行多次译
码尝试，也不能完全排除上述原因，在增加复帧同步时间消耗的同时，也给
系统残余了一定隐患。
根据现有技术描述，现有的复帧同步方法在鲁棒性方面均存在一定的缺
陷：直接检测对频偏敏感；差分相位检测和相关累加求模方法遇到的问题是
无法分辨S1接S2序列组合；BCH解码尝试法费时且对信道和频偏均敏感。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种复帧同步的接收端及方法，可准确
地进行复帧同步，有效克服了现有方案存在的缺陷。
本发明提供一种复帧同步方法，包括：
对于收到的每个子帧，接收端确定收到的所述子帧是复帧中每个子帧的
概率，当收到N个子帧后概率最大的子帧即为当前接收的子帧所处状态。
进一步地，对于收到的每个子帧，其状态为以下8种子帧中的一种：St1、
St2、St3、St4、St5、St6、St7及St8，其中St1、St2、St3及St4为复帧S1
中的子帧，St5、St6、St7及St8为复帧S2中的子帧；
接收端收到一子帧后，先确定所述子帧的相位与4种可能相位的相位偏
差，分别记为BM(1)、BM(2)、BM(3)及BM(4)，之后根据各BM值计算所
述子帧为8种子帧中每种的概率；
所述BM(1)＝CorrC*exp(j*(0+1/2)*pi/2)，BM(1)反映接收的子帧的相位
与45°的偏差；
BM(2)＝CorrC*exp(j*(1+1/2)*pi/2)，BM(2)反映接收的子帧的相位与135°
的偏差；
BM(3)＝CorrC*exp(j*(2+1/2)*pi/2)，BM(3)反映接收的子帧的相位与225°
的偏差；
BM(4)＝CorrC*exp(j*(3+1/2)*pi/2)，BM(4)反映接收的子帧的相位与315°
的偏差。
进一步地，定义8个路径度量PM(1)、PM(2)...PM(8)，PM(i)表示接收的
子帧为子帧Sti的概率，复帧同步前清零PM(1)至PM(8)；
所述根据BM值计算所述子帧为8种子帧中任意一种的概率的方式为，
PM(2)＝PM(1)+BM(1)，PM(3)＝PM(2)+BM(3)，PM(4)＝PM(3)+BM(2)；
PM(6)＝PM(5)+BM(3)，PM(7)＝PM(6)+BM(4)，PM(8)＝PM(7)+BM(1)；
对于PM(1)，若abs(PM(4)+BM(2))≥abs(PM(8)+BM(2))，则PM(1)＝PM(4)
+BM(2)，否则PM(1)＝PM(8)+BM(2)；
对于PM(5)，若abs(PM(4)+BM(4))≥abs(PM(8)+BM(4))，则PM(5)＝PM(4)
+BM(4)，否则PM(5)＝PM(8)+BM(4)；
abs表示对复数取模。
进一步地，所述N≥6。
进一步地，所述N＝8。
进一步地，设接收完N个子帧后，路径度量最大的PM的索引为PMIdx，
则根据以下方式确定第N个子帧所在的复帧及在复帧中的位置：
SEsti＝floor((PMIdx-1)/4)+1，所述SEsti为当前子帧所在复帧的序号，
PEsti＝mod(PMIdx-1，4)+1，所述SEsti为当前子帧在复帧中的序号。
本发明还提供一种复帧同步的接收端，包括计算模块；
所述计算模块，用于计算接收的子帧是复帧中每个子帧的概率，以及当
收到N个子帧后根据概率最大的子帧确定当前接收的子帧所处状态。
进一步地，对于收到的每个子帧，其状态为以下8种子帧中的一种：St1、
St2、St3、St4、St5、St6、St7及St8，其中St1、St2、St3及St4为复帧S1
中的子帧，St5、St6、St7及St8为复帧S2中的子帧；
所述计算模块计算接收的子帧是复帧中每个子帧的概率是指，每接收一
个子帧，计算模块计算该子帧的相位与4种可能相位的相位偏差，分别记为
BM(1)、BM(2)、BM(3)及BM(4)，之后根据BM值计算所述子帧为8种子
帧中每种的概率；
所述BM(1)＝CorrC*exp(j*(0+1/2)*pi/2)，BM(1)反映接收的子帧的相位与
45°的偏差；
BM(2)＝CorrC*exp(j*(1+1/2)*pi/2)，BM(2)反映接收的子帧的相位与135°
的偏差；
BM(3)＝CorrC*exp(j*(2+1/2)*pi/2)，BM(3)反映接收的子帧的相位与225°
的偏差；
BM(4)＝CorrC*exp(j*(3+1/2)*pi/2)，BM(4)反映接收的子帧的相位与315°
的偏差。
进一步地，定义8个路径度量PM(1)、PM(2)...PM(8)，PM(i)表示接收的
子帧为子帧Sti的概率，复帧同步前清零PM(1)至PM(8)；
所述计算模块根据BM值计算所述子帧为8种子帧中任意一种的概率是
指，
PM(2)＝PM(1)+BM(1)，PM(3)＝PM(2)+BM(3)，PM(4)＝PM(3)+
BM(2)；
PM(6)＝PM(5)+BM(3)，PM(7)＝PM(6)+BM(4)，PM(8)＝PM(7)+
BM(1)；
对于PM(1)，若abs(PM(4)+BM(2))≥abs(PM(8)+BM(2))，则PM(1)＝PM(4)
+BM(2)，否则PM(1)＝PM(8)+BM(2)；
对于PM(5)，若abs(PM(4)+BM(4))≥abs(PM(8)+BM(4))，则PM(5)＝PM(4)
+BM(4)，否则PM(5)＝PM(8)+BM(4)；
abs表示对复数取模。
进一步地，设接收完N个子帧后，路径度量最大的PM的索引为PMIdx，
则所述计算模块根据以下方式确定第N个子帧所在的复帧及在复帧中的位
置：
SEsti＝floor((PMIdx-1)/4)+1，所述SEsti为当前子帧所在复帧的序号，
PEsti＝mod(PMIdx-1，4)+1，所述SEsti为当前子帧在复帧中的序号。
综上所述，本发明提供一种复帧同步的接收端及方法，基于状态转移结
构，充分利用了所有子帧的相位信息，有效的获取了复帧同步位置，且计算
复杂度低。理论分析和仿真结果均表明，该方法在多种环境下性能优良，且
不依赖于残余频偏和S1/S2分布特性。
附图说明
图1是子帧状态转移关系图；
图2是本发明方法流程图；
图3是子帧数量与复帧同步性能之间的关系；
图4是残余频偏对复帧同步性能的影响；
图5是采样偏差对复帧同步性能的影响；
图6是Case1信道下复帧同步性能；
图7是Case3信道下复帧同步性能。
具体实施方式
本发明引入状态转移的结构，提供一种复帧同步的接收端及方法。
本实施例提供一种复帧同步的接收端，包括计算模块；
计算模块，用于计算接收的子帧是复帧中每个子帧的概率，以及当收到
N个子帧后根据概率最大的子帧确定当前接收的子帧所处状态。
具体地，对于收到的每个子帧，其状态为以下8种子帧中的一种：St1、
St2、St3、St4、St5、St6、St7及St8，其中St1、St2、St3及St4为复帧S1
中的子帧，St5、St6、St7及St8为复帧S2中的子帧；
计算模块计算接收的子帧是复帧中每个子帧的概率是指，每接收一个子
帧，计算模块计算该子帧的相位与4种可能相位的相位偏差，分别记为
BM(1)、BM(2)、BM(3)及BM(4)，之后根据BM值计算所述子帧为8种子
帧中每种的概率；
BM(1)＝CorrC*exp(j*(0+1/2)*pi/2)，BM(1)反映接收的子帧的相位与45°
的偏差；
BM(2)＝CorrC*exp(j*(1+1/2)*pi/2)，BM(2)反映接收的子帧的相位与135°
的偏差；
BM(3)＝CorrC*exp(j*(2+1/2)*pi/2)，BM(3)反映接收的子帧的相位与225°
的偏差；
BM(4)＝CorrC*exp(j*(3+1/2)*pi/2)，BM(4)反映接收的子帧的相位与315°
的偏差。
进一步地，定义8个路径度量PM(1)、PM(2)...PM(8)，PM(i)表示接收的
子帧为子帧Sti的概率，复帧同步前清零PM(1)至PM(8)；
计算模块根据BM值计算所述子帧为8种子帧中任意一种的概率是指，
PM(2)＝PM(1)+BM(1)，PM(3)＝PM(2)+BM(3)，PM(4)＝PM(3)+
BM(2)；
PM(6)＝PM(5)+BM(3)，PM(7)＝PM(6)+BM(4)，PM(8)＝PM(7)+
BM(1)；
对于PM(1)，若abs(PM(4)+BM(2))≥abs(PM(8)+BM(2))，则PM(1)＝PM(4)
+BM(2)，否则PM(1)＝PM(8)+BM(2)；
对于PM(5)，若abs(PM(4)+BM(4))≥abs(PM(8)+BM(4))，则PM(5)＝PM(4)
+BM(4)，否则PM(5)＝PM(8)+BM(4)；
abs表示对复数取模。
设接收完N个子帧后，路径度量最大的PM的索引为PMIdx，则所述计
算模块根据以下方式确定第N个子帧所在的复帧及在复帧中的位置：
SEsti＝floor((PMIdx-1)/4)+1，所述SEsti为当前子帧所在复帧的序号，
PEsti＝mod(PMIdx-1，4)+1，所述SEsti为当前子帧在复帧中的序号。
N≥6，较佳地，N＝8。
本实施例提供一种复帧同步的方法，对于收到的每个子帧，接收端确定
收到的子帧是复帧中每个子帧的概率，当收到N个子帧后概率最大的子帧即
为当前接收的子帧所处状态。
假定当前收到某一子帧的数据，该子帧一定是处于复帧位置S1或S2中
的一个子帧，那么该子帧有8种可能的状态。给任一子帧的这8种状态按照
下表所示的名称编号，记为St1～St8。
表2：子帧的状态编号
N≥6，较佳地，N＝8；
这8种状态之间的转移关系如图1所示。
其中Tn为收到的第n个子帧。
由于本发明并非针对信道估计方法设计，此处仅采用了单倍采样下以下
行同步码确定的最强径并以该径上的信道系数获取CorrC的简单方式。
定义8个路径度量PM(1)、PM(2)...PM(8)，PM(i)表示接收的子帧为Sti
的概率，复帧同步前清零各PM(i)(T0时刻PM均为0)。本发明具体实施
步骤如图2所示，包括：
步骤201：接收端收到一子帧，根据当前接收的子帧的相位计算4种分
支度量，即计算该子帧的相位与4种子帧的相位偏差。
BM(1)＝CorrC*exp(j*(0+1/2)*pi/2)，BM(1)反映接收的子帧的相位与45°
的偏差；
BM(2)＝CorrC*exp(j*(1+1/2)*pi/2)，BM(2)反映接收的子帧的相位与135°
的偏差；
BM(3)＝CorrC*exp(j*(2+1/2)*pi/2)，BM(3)反映接收的子帧的相位与225°
的偏差；
BM(4)＝CorrC*exp(j*(3+1/2)*pi/2)，BM(4)反映接收的子帧的相位与315°
的偏差；
其中，CorrC为利用信道估计获得的相位估计值，方法与现有技术中的
过程一致：
CorrC＝SycDLCT(PathPos)*conj(MidabCT(PathPos))；
步骤202：根据计算的BM值更新该子帧为Sti的几率，即更新PM(1)
至PM(8)；
如图1所示，按照以下方式更新PM(i)：
PM(2)＝PM(1)+BM(1)，PM(3)＝PM(2)+BM(3)，PM(4)＝PM(3)+
BM(2)；
PM(6)＝PM(5)+BM(3)，PM(7)＝PM(6)+BM(4)，PM(8)＝PM(7)+
BM(1)；
对于PM(1)，若abs(PM(4)+BM(2))≥abs(PM(8)+BM(2))，则PM(1)＝PM(4)
+BM(2)，否则PM(1)＝PM(8)+BM(2)；
abs(PM(4)+BM(2))≥abs(PM(8)+BM(2))，说明St1是由St4收到相位为的
135°子帧跳变得到的；abs(PM(4)+BM(2))＜abs(PM(8)+BM(2))，说明St1是
由St8收到相位为的135°子帧跳变得到的。
对于PM(5)，若abs(PM(4)+BM(4))≥abs(PM(8)+BM(4))，则PM(5)＝PM(4)
+BM(4)，否则PM(5)＝PM(8)+BM(4)；
abs表示对复数取模。
St1和St5状态的路径度量保留两条可能路径中备选路径度量模值较大
者，其余St状态直接计算。该方法使得随时间的推移需要计算的路径度量数
量始终为8个，不会随次数扩大。
步骤203：收到下一子帧，若收到的子帧数量小于N，则返回步骤201，
否则执行步骤204。
步骤204：经过N个子帧路径度量计算后，以路径度量模最大的原则确
定最后接收的子帧的状态。从而确定当前子帧在复帧中所处的位置，完成复
帧同步过程。
[PMMax，PMIdx]＝max(abs(PM))；通过该公式选出路径度量模最大的
PM，PMIdx为该PM的索引；
确定当前子帧所在复帧是S1还是S2的方式为：
SEsti＝floor((PMIdx-1)/4)+1，floor表示向下取整，得到的SEsti为当前
子帧所在复帧的序号，即SEsti为1时当前子帧所在复帧为S1，SEsti为2时
当前子帧所在复帧为S2。
确定当前子帧是第几个子帧的方式为：PEsti＝mod(PMIdx-1，4)+1，mod
为求余运算，得到的SEsti为当前子帧在复帧中的序号。
后续仿真表明N取8即可获取较理想的性能。由于每个子帧所需的存储
空间和运算量很小，此处略去存储空间和运算量评估。
下面采用典型参数对复帧同步方法在各种场景下的性能进行了仿真比
较。N个子帧复帧同步后上报最后一个子帧是S1还是S2并上报该子帧在复
帧中的位置，这两个上报值均正确方判定此次复帧同步成功。
首先，分析AWGN信道下该复帧同步方法性能。SNR定义为DwPTS
部分的信号功率与噪声功率之比，图中每个样点的仿真数量为一千次估计。
每次估计经历N个子帧，这N个子帧中实际发送的S1和S2序列随机选取，
起始子帧在S1或S2中的位置也随机取值。信道估计采用了单倍采样下以
DwPTS确定的最强径并以该径上的信道系数获取CorrC的简单方式。
图3仿真了子帧数量与复帧同步性能之间的关系。N取值分别为6，8，
12和16，考虑到复帧同步的可靠性对系统影响较大，此处未尝试6以下的子
帧数量。可见随着子帧数量的增加，复帧同步的性能逐步提高。考虑到N取
8时，错误概率在-6dB信噪比时已经低于百分之一，性能优异，足以满足现
有系统对性能的需求，因此后续仿真中复帧数量均确定为8个。
理论分析可知，该方法本身与频偏无关。图4的仿真结果表明，该方法
本身对残余频偏不敏感，1kHz频偏下性能未出现明显退化，4kHz的大频偏
场景下，由于信道估计精度出现下降间接引起复帧同步性能稍有损失，但仍
然较为理想。
由于信道估计采用了单倍采样，采样偏差引起的径分裂降低了最强径的
信噪比，使得以最强径确定的复帧同步性能有所下降如图5所示，分析表明
该性能劣化与最强径的信噪比降低程度对应相当。
图6和图7分别仿真了Case1和Case3信道下复帧同步的性能，达到百
分之一错误概率所需的信噪比分别为4dB和0dB，远低于小区搜索其他步骤
以及正确解调所需的信噪比区间。
由于TD-SCDMA采用的同步码和midable序列之间的相位关系区分复帧
相位，且其S1和S2序列较为特殊，致使现有的几种基于相位的复帧同步方
法不够可靠，目前工程使用的BCH尝试法又存在时间较长，依赖残余频偏
和BCH分布等问题，均不够理想。
本发明基于状态转移结构，充分利用了所有子帧的相位信息，有效的获
取了复帧同步位置，且计算复杂度低。理论分析和仿真结果均表明，该方法
在多种环境下性能优良，且不依赖于残余频偏和S1/S2分布特性。