CN101388723A - 一种无线通信定时同步方法及小区搜索方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线通信定时同步方法及小区搜索方法和系统。本发明充分利用主同步信号在5ms周期内的时域重复性，首先采用预定步长滑动时域互相关实现低复杂度的无需本地同步信号重构的盲定时粗同步，同时使用归一化相关处理抵御强干扰，最终在实现高精度的定时精同步的同时纠正接收机整数倍剩余频偏。其能够快速、准确地，特别是在低信干噪比环境中快速、准确地实现定时同步，进而实现长期演进无线通信系统中小区搜索。特别是能够在信号质量处于终端接收机灵敏度处及强干扰环境中，实现准确的下行定时同步。

Description

一种无线通信定时同步方法及小区搜索方法和系统

技术领域

本发明涉及无线移动通信技术，特别是涉及一种长期演进无线通信系统LTE，尤其特别是涉及长期演进无线通信系统LTE中基于主同步信号的定时同步方法及使用该方法的小区搜索方法及系统。

背景技术

小区搜索是指用户设备(UserEquipment，简称UE)从开机至搜索到合适小区的过程。在3GPP Release 8规定的长期演进系统(Long Term Evolution，简称LTE)中，用户设备UE在上电后，需要搜寻可能存在的小区，然后选择合适的小区登录，用户设备UE只有在登录到小区后，才能获取本小区和临近小区的信息，并进一步监听网络上的寻呼或发起呼叫建立连接。

图1、2示出的是3GPP TS 36.211(R8)中规定的LTE系统的帧结构示意图。图1示出的是帧结构类型1，适用于频分双工(Frequency Division Duplex，FDD)方式。每无线帧长度10ms，对应307200个系统最小时间单位T_s(T_s＝1/(15000×2048)s)，包含时间长度分别为0.5ms的20个时隙(对应标号0～19)，且每2个时隙顺序组合为一个1ms子帧。图2示出的是帧结构类型2(5ms上下行转换周期)，适用于时分双工(Time Division Duplex，简称TDD)方式。无线帧长度仍然为10ms，对应307200T_s。每个无线帧又进一步划分为两个5ms的半帧，且每个半帧包含5个1ms子帧。若系统上下行转换点周期为5ms，则各半帧中的第二个子帧为特殊子帧，顺序包含下行导频时隙(Downlink Pilot Time Slot，简称DwPTS)、主保护间隔(Main Guard Period，简称GP)、上行导频时隙(Uplink Pilot Time Slot，简称UpPTS)。所述下行导频时隙DwPTS、主保护间隔GP、上行导频时隙UpPTS作用与现有时分-同步码分多址系统(Time Division-Synchronous CDMA，简称TD-SCDMA)的对应内容类似，分别用于小区标识和初始同步建立、提供上下行保护间隔及上行同步。若系统上下行转换点周期为10ms，则特殊子帧仅存在于无线帧中的首个半帧。各半帧中，5个子帧除特殊子帧外，还包含常规子帧，各常规子帧中又包含两个0.5ms时隙。无线帧中各子帧标号i＝0～9，各常规子帧所辖时隙标号分别为2i，2i+1。其中，子帧0、5、下行导频时隙DwPTS始终用于下行传输，而特殊子帧后紧接的常规子帧与上行导频时隙UpPTS始终用于上行传输。

由标准3GPP TS 36.213(R8)可知，长期演进系统LTE的小区搜索是指用户设备UE获取与服务小区定时与频率同步的同时，检测所述小区物理层小区标识的过程。而用于实施小区搜索的可利用的系统特征为长期演进系统LTE中的主、次同步信号。物理层小区标识由小区标识组与小区组内标识

共同确定， $N_{\mathrm{ID}}^{\mathrm{cell}}=3N_{\mathrm{ID}}^{\left(1\right)}+N_{\mathrm{ID}}^{\left(2\right)}.$

现有3GPP TS 36.211(R8)对主、次同步信号的序列生成、资源映射等信息进行了明确规定。主、次同步频域序列由与小区标识有关(主同步信号序列生成仅与小区组内标识有关；次同步信号序列生成由小区标识组与小区组内标识共同确定)的公知方式生成，并映射至直流载波两侧各31个子载波位置，对称增加预留保护子载波后，经正交频分复用(Orthogonal FrequencyDivision Multiplex，简称OFDM)调制生成OFDM时域符号。主、次同步信号资源映射后的频谱资源为长期演进系统LTE中可支持的最小带宽—1.4MHz。主、次同步信号OFDM时域符号所在帧结构的位置如下：

帧结构类型1，主同步信号位于时隙0、10的最后一个OFDM符号上；次同步信号位于主同步信号的前一个OFDM符号上；

帧结构类型2，主同步信号位于子帧1、6的第二个OFDM符号(DwPTS的第二个OFDM符号)上；次同步信号位于子帧0、5的最后一个OFDM符号上。

长期演进系统LTE时域OFDM符号如图3所示。由图3可知，时域OFDM符号由数据部分与循环前缀(Cyclic Prefix，简称CP)构成。其中数据部分固定长度2048T_s，循环前缀CP的长度依据循环前缀类型、子载波间隔及OFDM符号所处时隙中的位置等可选取值160、144、512、1024，单位T_s。

现有技术中，长期演进系统中实现小区搜索的下行定时同步通常基于主同步信号，核心原因为系统中候选基本主同步信号数量(数量为3)远低于次同步信号(数量为168)，利于控制处理复杂度。

传统的实现小区搜索中基于主同步信号的下行定时同步方法首先是将所有本地基本主同步时域重构信号分别与接收信号进行逐样点滑动相关，然后再搜索相关峰值对应的主同步信号标识(对应系统的小区组内标识)及其相关峰值位置作为输出。该位置虽然可达到理论上最优的“最大似然”检测性能，但其复杂度却很高，这意味着将消耗较多的处理器资源及更多的功耗。基于该基本思想，又可发展出接收数据分段、计算简化、存储空间简化等改进策略，但无论如何也需要增加硬件资源消耗。进一步的，该类方法在面对系统内强干扰时还需要较完备的纠错策略，并不能保证获得理想的性能。

为克服以上不利因素，又出现了将下行定时同步分为两步执行的思想。该思想首先通过将主同步信号的时域特征特殊化为时域重复性，对接收信号实施差分相关，实现无需本地基本主同步信号即达到下行定时同步的目的；然后，再基于已实现定时同步的前提下检测小区组内标识。所述思想由于有效避免了多个本地基本主同步信号的滑动相关，计算复杂度有了一定改善，但仍然要求逐样点滑动，且对主同步信号的序列生成有了严格要求，仍然没有克服现有技术的缺陷。

此外，还有功率检测方法的主同步信号检测策略，但该策略性能易受信道衰落与功控影响，无法适用。

纵上所述，现有基于主同步信号的定时同步方法普遍存在以下问题：

(一)处理复杂度过高

以最新演进系统为例，最小接收带宽1.4MHz实施信号接收并利用其对应采样率1.92MHz获取基带数据，5ms数据对应样点数9600，3个本地基本主同步信号数据部分样点数128，则传统滑动相关定时同步方案5ms数据处理复杂度为9600×128×3＝3686400次复乘加；显然，无论设备处理能力是否能够承受，所述庞大的处理复杂度至少将带来功耗增加问题，对终端保持较长待机时间不利。

(二)当存在强干扰时，定时同步性能不佳

由于在实际网络中不可避免的存在用户设备UE在进行小区搜索时受到大信号干扰的情况，如旁边有其它用户设备UE通话和进行数据业务，或用户设备UE处于基站波束赋形的强增益方向上且基站正在进行赋形等。现有定时同步方法极可能造成强干扰位置的相关值掩盖正确位置相关值，导致定时同步失败及小区组内标识误检。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种无线通信的定时同步方法，其基于主同步信号，能够快速、准确地，特别是在低信干噪比环境中快速、准确地实现在长期演进无线通信系统LTE中下行定时同步的目的。

本发明的另一个目的在于提供一种无线通信的小区搜索方法，其使用基于主同步信号的定时同步方法，能够快速、准确地，特别是在低信干噪比环境中快速、准确地实现长期演进无线通信系统中小区搜索的目的。

本发明的再一个目的在于提供一种长期演进无线通信系统LTE的小区搜索系统，其能够快速、准确地实现小区搜索，特别是在低信干噪比环境中快速、准确地实现小区搜索的目的。

为实现本发明所述目的而提供的一种无线通信的定时同步方法，包括如下步骤：

步骤A，在无线通信的高层指示进入频点的小区搜索时，进行定时粗同步，获取基于主同步信号数据部分的下行粗略同步；

步骤B，根据下行粗略同步的结果，执行定时精同步，进行小区组内标识识别；

步骤C，根据定时精同步的结果，进行整数倍频偏纠正；

步骤D，根据频偏纠正结果，第二次定时精同步，获取高采样率样点级定时精同步。

所述步骤A包括如下步骤：

步骤A1，根据长期演进无线通信系统LTE的高层指示进入频点的小区搜索；

步骤A2，初始化归一化相关模值或功率值积累数组为全零数组；

步骤A3，以长期演进无线通信系统最小带宽等级接收信号，在接收起点处，获取样点级的一无线帧数据；

步骤A4，将接收数据重叠划分为两5ms数据；

步骤A5，按预定的滑动步长，依次计算所述两数据相应位置128样点的归一化时域相关模值或功率值；

步骤A6，归一化相关模值或功率值序列对位叠加积累于所述积累数组；

步骤A7，重复步骤A3至A6，遍历预定数量的无线帧；

步骤A8，搜索所述积累数组的极大值，调整接收起点完成定时粗同步。

所述步骤A5包括下列步骤：

步骤A51，分别从所述两数据起点处开始按滑动步长进行滑动并获取归一化相关处理所需的128样点数据；

步骤A52，计算归一化相关模值或功率值；

步骤A53，重复步骤A51至A52直至遍历接收数据的所有位置点，获得归一化相关模值或功率值序列。

所述步骤B包括下列步骤：

步骤B1，初始化归一化分段相关模值或功率值积累矩阵初值为全零矩阵；

步骤B2，本地重构128样点长度的候选基本主同步时域OFDM符号数据部分；

步骤B3，以系统最小带宽等级接收信号，在接收起点的前n样点处获取样点级的接收数据，其中，n取值范围为20-50；

步骤B4，接收数据分别与本地候选基本主同步信号实施逐样点滑动归一化分段相关，获取归一化分段相关模值或功率值矩阵；

步骤B5，所述归一化分段相关模值或功率值矩阵对位积累于所述积累矩阵；

步骤B6，重复步骤B3至步骤B5共fn次，其中，fn取值范围为2-5；

步骤B7，搜索所述积累矩阵的极大值，该极大值所在行即对应小区组内标识编号，调整接收起点完成第一次定时精同步。

为实现本发明目的还提供一种无线通信的小区搜索方法，包括下列步骤：

步骤A’，根据高层指示进入频点的小区搜索，利用无线通信的定时同步方法，基于主同步信号的下行定时同步，识别小区组内标识；

步骤B’，利用主同步时域OFDM符号，实施频率粗调；

步骤C’，循环前缀类型盲估计，识别小区标识组，实现无线帧同步；

步骤D’，同时利用主、次同步时域OFDM符号，实施频率精调；

步骤E’，用户设备UE读取系统广播信息，完成小区搜索。

所述无线通信的定时同步方法，包括如下步骤：

步骤A1’，在无线通信的高层指示进入频点的小区搜索时，进行定时粗同步，获取基于主同步信号数据部分的下行粗略同步；

步骤A2’，根据下行粗略同步的结果，执行定时精同步，进行小区组内标识识别。

所述无线通信的定时同步方法，还包括如下步骤：

步骤A3’，根据定时精同步的结果，进行整数倍频偏纠正；

步骤A4’，根据频偏纠正结果，第二次定时精同步，获取高采样率样点级定时精同步。

为实现本发明的目的，进一步还提供一种LTE的小区搜索系统，包括第一识别模块，频率粗调模块，第二识别模块，和频率精调模块，其中所述第一识别模块用于根据高层指示进入频点的小区搜索，基于主同步信号的下行定时同步，识别小区组内标识；所述频率粗调模块，用于利用主同步时域OFDM符号，实施频率粗调；所述第二识别模块，用于循环前缀类型盲估计，识别小区标识组，实现无线帧同步；所述频率精调模块，用于同时利用主、次同步时域OFDM符号，实施频率精调。

所述第一识别模块，包括定时粗同步模块，第一定时精同步模块，其中：

所述定时粗同步模块，用于在无线通信的高层指示进入频点的小区搜索时，进行定时粗同步，获取基于主同步信号数据部分的下行粗略同步；

所述第一定时精同步模块，用于根据所述定时粗同步模块的下行粗略同步的结果，执行第一次定时精同步，进行小区组内标识识别。

所述第一识别模块，还包括频偏纠正模块和第二定时精同步模块，其中：

所述频偏纠正模块，用于根据所述第一定时精同步模块定时精同步的结果，进行整数倍频偏纠正；

所述第二定时精同步模块，用于根据所述频偏纠正模块的频偏纠正结果，获取高采样率样点级定时精同步。

本发明的有益效果是：本发明的长期演进无线通信系统LTE中基于主同步信号的定时同步方法及使用该方法的小区搜索方法及系统，利用长期演进无线通信系统LTE中主同步信号特有的以5ms为周期的时域重复性，使用预定步长的时域滑动互相关，实现下行定时粗略同步的盲估计，较现有技术显著节省处理复杂度；且利用归一化时域相关处理有效抵御系统内强干扰对定时同步性能的影响；且利用分段相关策略抵御接收机可能的强剩余频偏对定时同步性能的影响；且利用频域序列子载波偏移效果纠正接收机整数倍频偏。从而能够快速、准确、简便地，特别是在低信干噪比环境中快速、准确、简便地实现长期演进无线通信系统LTE中基于主同步信号的下行定时同步，进而实现小区搜索的目的。

附图说明

图1为现有技术中LTE系统帧结构类型1；

图2为现有技术中LTE系统帧结构类型2(5ms上下行转换周期)；

图3为现有技术中OFDM符号时域结构；

图4为本发明无线通信的定时同步方法流程图；

图5为本发明无线通信的小区搜索方法流程图；

图6为未使用归一化处理的定时粗略同步获得的CorrPwrAccu示意图；

图7为使用归一化处理的定时粗略同步获得的CorrPwrAccu示意图；

图8为第一次定时精同步获得的CorrPwrMatrixAccu_3，2n+1示意图；

图9为第二次定时精同步获得的CorrPwrSegAccu示意图；

图10为本发明在各信噪比点处的同步性能示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明的一种长期演进无线通信系统LTE中基于主同步信号的定时同步方法及使用该方法的小区搜索方法及系统进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的一种长期演进无线通信系统LTE中基于主同步信号的定时同步方法及使用该方法的小区搜索方法及系统，其实现在低信干噪比环境中，快速、准确地实现小区搜索中下行定时同步。本发明充分利用主同步信号在5ms周期内的时域重复性，首先采用预定步长滑动时域互相关实现低复杂度的无需本地同步信号重构的盲定时粗同步，同时使用归一化相关处理抵御强干扰，最终在实现高精度的定时精同步的同时纠正接收机整数倍剩余频偏，从而能够快速、准确地实现小区搜索。本发明能够在信号质量处于终端接收机灵敏度处及强干扰环境中，实现准确的下行定时同步。

本发明提供一种无线通信的定时同步方法，如图4所示，其包括如下步骤：

步骤S100，在无线通信的高层指示进入频点的小区搜索时，进行定时粗同步，获取基于主同步信号数据部分的下行粗略同步。

在步骤S100中，无需本地同步信号重构，获取基于主同步信号数据部分的下行粗略同步。同步精度为滑动步长的1/2；

具体地，所述步骤S100包括下列步骤：

步骤S110，根据长期演进无线通信系统LTE的高层指示进入频点的小区搜索；

所述的高层指示的内容可以为告知用户设备UE物理层在特定频点实施小区搜索，其核心信息为频点信息。

步骤S120，初始化归一化相关模值或功率值积累数组CorrPwrAccu为全零数组；

步骤S130，以长期演进无线通信系统最小带宽等级(1.4MHz)接收信号，在接收起点处，获取1.92MHz采样率样点级的一无线帧(10ms)数据，长度为19200+Δ样点；

其中，较佳地，所述Δ取值为128，目的是确保完整的主同步时域信号数据部分能包含在接收数据中，同时利于数字信号处理器(Digital SignalProcessor，简称DSP)数据存取及处理。

步骤S140，将接收数据重叠划分为两5ms数据halfFrame1、halfFrame2；其中，数据halfFrame1对应接收数据的第1～9858样点；数据halfFrame2对应接收数据的第9601～19328样点；

较佳地，作为一种可实施方式，当非首次执行步骤S140时，数据halfFrame1、halfFrame2中的任一可不更新，沿用前次使用数据。

步骤S150，按预定的滑动步长glide，依次计算数据halfFrame1、halfFrame2相应位置128样点的归一化时域相关模值或功率值；

较佳地，所述滑动步长glide候选值为16、24、32、64，对应获得的归一化相关模值或功率值序列CorrPwr长度为9600/glide。

具体地，所述步骤S150包括下列步骤：

步骤S151，分别从数据halfFrame1、halfFrame2起点处开始按滑动步长glide进行滑动并获取归一化相关处理所需的128样点数据：data1、data2；

其中，data1、data2各元素分别来自数据halfFrame1、halfFrame2中滑动点开始计数的第1～128样点(包含滑动起点)。

步骤S152，计算归一化相关模值或功率值；

所述计算归一化相关模值或功率值的处理方式为互相关模值或功率值除以归一化值；

较佳地，作为一种可实施方式，归一化值可为data1、data2的样点模值或功率值的均值或总和，或者为data1、data2的模值或功率值的峰值。

其中，作为一种可实施方式，归一化值为data1、data2的样点模值总和时的归一化相关模值计算公式如下：

$\frac{|\underset{i=1}{\overset{128}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{data}1}_i\·{\left({\mathrm{data}2}_i\right)}^{*}|}{\underset{i=1}{\overset{128}{\mathrm{\Σ}}}\left|{\mathrm{data}1}_i\right|\·\underset{i=1}{\overset{128}{\mathrm{\Σ}}}\left|{\mathrm{data}2}_i\right|},$ 其中()^*为复共轭操作，||为取模操作；

其中，作为另一种可实施方式，归一化值为data1、data2的功率峰值时的归一化相关功率计算公式如下：

$\frac{{|\underset{i=1}{\overset{128}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{data}1}_i\·{\left({\mathrm{data}2}_i\right)}^{*}|}^2}{\max \left\{{\left|{\mathrm{data}1}_i\right|}^2\right|i=\mathrm{1,2},L,128\}\·\max \left\{{\left|{\mathrm{data}2}_i\right|}^2\right|i=\mathrm{1,2},L,128\}},$ 其中()^*为复共轭操作，||²为取功率操作，max{}为取序列极大值操作。

步骤S153，重复步骤S151至S152直至遍历接收数据的所有位置点，获得归一化相关模值或功率值序列CorrPwr。

步骤S160，归一化相关模值或功率值序列CorrPwr对位叠加积累于积累数组CorrPwrAccu；

步骤S170，重复步骤S130至S160，遍历所有的RadioFn无线帧；

其中，较佳地，所述RadioFn取值范围2～5。

步骤S180，搜索积累数组CorrPwrAccu的极大值，将其所在位置记为PosMaxRude，调整接收起点完成定时粗同步，调整量为-(PosMaxRude-1)*glide，单位16Ts；

其中，所述PosMaxRude初始计数为1。

步骤S200，根据下行粗略同步的结果，执行第一次定时精同步，进行小区组内标识识别。

在步骤S200中，获取1.92MHz采样率样点级定时精同步，并检测小区组内标识。

具体地，所述步骤S200包括下列步骤：

步骤S210，初始化归一化分段相关模值或功率值积累矩阵CorrPwrMatrixAccu_3，2n+1初值为全零矩阵；

其中n为粗同步误差保护常量，n取值范围20～50。

步骤S220，本地重构128样点长度的候选基本主同步时域OFDM符号数据部分；

其中，基本主同步时域OFDM符号数据部分重构为公知技术，依据3GPP TS36.211明确规定的主同步时域信号生成方式获得，因此，在本发明中不再一一详细描述。

步骤S230，以系统最小带宽等级(1.4MHz)接收信号，在接收起点的

前n样点处获取1.92MHz采样率样点级的长度为2n+129样点的接收数据；

其中，n为粗同步误差保护常量，取值范围20～50。

步骤S240，接收数据分别与本地候选基本主同步信号实施逐样点滑动归一化分段相关，获取归一化分段相关模值或功率值矩阵CorrPwrMatrix_3，2n+1；

其中，较佳地，所述矩阵的分段段数SegNum＝1～4；单段数据长度128/SegNum。

在步骤S240中，滑动起点开始的128样点接收数据与本地候选基本主同步信号同时均分为SegNum段，对应各段归一化相关模值和或功率值和，作为该滑动样点、该本地候选主同步信号的相关模值或功率值，填入矩阵CorrPwrMatrix_3，2n+1的对应位置中；归一化处理方式与步骤S152一致，但本地基本主同步信号无需计算归一化值。

步骤S250，矩阵CorrPwrMatrix_3，2n+1对位积累于积累矩阵CorrPwrMatrixAccu_3，2n+1；

步骤S260，重复步骤S230至步骤S250共fn次；

其中，重复fn次的目的为平滑噪声影响，提升处理性能。

较佳地，考虑到综合处理复杂度、处理效率与方案性能；随fn的增加，噪声平滑能力越强，方案性能越优异；随fn增加，处理复杂度提升，处理效率降低，因此，本发明实施例中，所述fn取值范围2～5。

步骤S270，搜索矩阵CorrPwrMatrixAccu_3，2n+1的极大值，该极大值所在行即对应小区组内标识编号；所在列记为PosMaxRow；调整接收起点完成第一次定时精同步，调整量为PosMaxRow-(n+1)，单位16T_s。

其中，所述标识编号从0开始计数。

步骤S300，根据定时精同步的结果，进行整数倍频偏纠正。

在步骤S300中，将接收机剩余绝对频偏控制在半个子载波间隔7.5kHz内。

具体地，所述步骤S300包括下列步骤：

步骤S310，初始化频域相关模值或功率值积累数组CorrPwrFreqAccu；

步骤S320，本地重构步骤S200识别的65个子载波(包含DC载波)长度的主同步信号频域序列；

步骤S330，以系统最小带宽等级(1.4MHz)接收信号，在接收起点接收时域信号并转换至频域，抛弃保护子载波保留65个有效子载波长度(包含DC载波)的频域序列；

步骤S340，计算接收频域序列与本地重构频域序列延迟分别为-1，0，1子载波的相关模值或功率值，获得数组CorrPwrFreq；

令接收频域序列为rec_i，i＝1，2，L，65，本地重构频域序列local_i，i＝1，2，L，65，则

所述相关模值CorrPwrFreq获取方式如下：

$\mathrm{CorrPwr}{\mathrm{Freq}}_i=\underset{j=1}{\overset{65}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{rec}}_j\·{\left({\mathrm{local}}_{j+i-2}\right)}^{*},i=\mathrm{1,2,3}$

其中，local_j＝0， $j\∉\{\mathrm{1,2},L,65\}$

步骤S350，数组CorrPwrFreq对位积累于积累数组CorrPwrFreqAccu；

步骤S360，重复步骤S330至步骤S350共fn1次；

取值fn1的有益效果与fn相同。

其中，较佳地，fn1取值范围5～15，优选为10。

步骤S370，搜索积累数组CorrPwrFreqAccu的极大值，将其所在位置记为PosMaxFreq；然后进行接收机本振修正，修正量为(PosMaxFreq-2)*7500Hz；

其中，PosMaxFreq从1开始计数。

步骤S400，根据频偏纠正结果，第二次定时精同步，获取高采样率样点级定时精同步。

在步骤S400中，获取30.72MHz采样率样点级定时精同步。

具体地，所述步骤S400包括下列步骤：

步骤S410，初始化分段归一化相关模值或功率值积累数组CorrPwrSegAccu；

步骤S420，对应30.72MHz采样率样点级，本地重构步骤S200识别的2048样点长度的基本主同步时域OFDM符号数据部分；

步骤S430，以系统最小带宽等级(1.4MHz)接收信号，在接收起点的前16样点处获取30.72MHz采样率样点级的长度为16×2+2049样点的接收数据；

步骤S440，接收数据与本地抽头主同步信号实施归一化分段滑动相关，获得归一化分段相关模值或功率值矩阵CorrPwrSeg；

其中，所述矩阵的分段段数SegNum＝1～4；单段数据长度2048/SegNum。

在步骤S420中，滑动起点开始的2048样点接收数据与本地基本主同步信号同时均分为SegNum段，对应各段归一化相关模值和或功率值和，作为该滑动样点、该本地候选主同步信号的相关模值或功率值，填入矩阵CorrPwrSeg的对应位置中；归一化处理方式与步骤S240一致。

步骤S450，矩阵CorrPwrSeg对位积累于积累矩阵CorrPwrSegAccu；

步骤S460，重复步骤S430至步骤S450共fn2次。

其中，较佳地，fn2取值范围20～30；

步骤S470，搜索积累矩阵CorrPwrSegAccu的极大值，将其所在位置记为PosMaxPrecise；然后调整接收起点完成第二次定时精同步，调整量为PosMaxPrecise-17，单位T_s。

其中，PosMaxPrecise从1开始计数。

本发明的一种无线通信的定时同步方法，基于主同步信号，能够快速、准确地，特别是在低信干噪比环境中快速、准确地实现在长期演进无线通信系统LTE中下行定时同步的目的。

本发明还提供一种使用本发明的无线通信的定时同步方法，而实现的无线通信的小区搜索方法，如图5所示，其包括如下步骤：

步骤S1000，根据高层指示进入频点的小区搜索，利用无线通信的定时同步方法，基于主同步信号的下行定时同步，识别小区组内标识；

本发明的小区搜索过程中，利用本实施所述的基于主同步信号的无线通信的定时同步方法，包括步骤S100-S400，基于主同步信号的下行定时同步，识别小区组内标识。

因所述基于主同步信号的无线通信的定时同步方法已经在本实施例的前一部分描述，因此，这一部分中不再重复描述。

步骤S2000，利用主同步时域OFDM符号，实施频率粗调；

步骤S2000中，其针对主同步时域OFDM符号，利用极大似然次优估计方案实施频率粗调，其是一种现有技术，为本领域技术人员所熟知，因此，在本发明实施例中不再一一详细描述。

步骤S3000，循环前缀类型盲估计，识别小区标识组，实现无线帧同步；

本步骤是现有技术，为本领域技术人员所熟知，因此，在本发明实施例中不再一一详细描述。

可选的，作为一种可实施方式，循环前缀盲估计可利用循环前缀与OFDM符号数据部分末尾区域的重复性特征实施；小区标识组识别可在循环前缀估计完成后，使用时域相关检测策略完成；

可选的，作为另一种可实施方式，循环前缀盲估计可与小区标识组识别步骤利用次同步信号位置的假定判决方式同时完成；小区标识组识别完成的同时即可依据检测到的次同步信号所处时隙位置获得无线帧同步。

步骤S4000，同时利用主、次同步时域OFDM符号，实施频率精调；

本步骤是同时利用主、次同步时域OFDM符号，利用极大似然次优估计方案实施频率精调，其是一种现有技术，为本领域技术人员所熟知，因此，在本发明中不再一一详细描述。

步骤S5000，用户设备UE读取系统广播信息，完成小区搜索。

本步骤中广播信息读取为用户设备UE基本技术，即下行物理信道信息解析，完成小区搜索，是现有技术，为本领域技术人员所熟知，因此，在本发明中不再一一详细描述。

本发明的无线通信的小区搜索方法，其使用基于主同步信号的定时同步方法，能够快速、准确地，特别是在低信干噪比环境中快速、准确地实现长期演进无线通信系统中小区搜索的目的。

相应地，本发明还提供一种LTE的小区搜索系统，其包括第一识别模块，频率粗调模块，第二识别模块，频率精调模块，其中：

第一识别模块，用于根据高层指示进入频点的小区搜索，基于主同步信号的下行定时同步，识别小区组内标识。

频率粗调模块，用于利用主同步时域OFDM符号，实施频率粗调。

第二识别模块，用于循环前缀类型盲估计，识别小区标识组，实现无线帧同步。

频率精调模块，用于同时利用主、次同步时域OFDM符号，实施频率精调。

其中，所述第一识别模块，进一步包括定时粗同步模块，第一定时精同步模块，频偏纠正模块和第二定时精同步模块，其中：

定时粗同步模块，用于在无线通信的高层指示进入频点的小区搜索时，进行定时粗同步，获取基于主同步信号数据部分的下行粗略同步。

第一定时精同步模块，用于根据定时粗同步模块的下行粗略同步的结果，执行第一次定时精同步，进行小区组内标识识别。

频偏纠正模块，用于根据第一定时精同步模块定时精同步的结果，进行整数倍频偏纠正。

第二定时精同步模块，用于根据频偏纠正模块的频偏纠正结果，获取高采样率样点级定时精同步。

本发明实施例的LTE的小区搜索系统，以与本发明的无线通信的小区搜索方法及无线通信的定时同步方法相同的方法过程完成LTE小区搜索的过程，因此，在本发明实施例中，不再对本发明的LTE的小区搜索系统的工作过程进行一一详细描述。

以下通过实验仿真数据说明本发明长期演进无线通信系统LTE中基于主同步信号的定时同步方法及使用该方法的小区搜索方法及系统的有益效果。

(一)LTE FDD系统

本实施例中，LTE FDD系统，小区组内标识 $N_{\mathrm{ID}}^{\left(2\right)}=1$ (0开始计数)，基站与用户设备UE间频率偏差为14kHz，信道环境为标准3GPP TS 36.101(R8)规定的EPA信道，样点级信噪比-6dB；gilde＝24；实际主同步信号数据部分起点位于一个虚5ms数据长度中的第48998样点(30.72MHz采样率样点级，对应1.92MHz采样率样点级第3062样点)；子帧0、5功率相当，其余各上下行子帧功率在子帧0、5功率的1～5倍内均匀分布。

在定时粗同步的步骤，经过RadioFn＝3无线帧处理后获得的CorrPwrAccu，获得的PosMaxRude＝129；

如图6所示，为未使用归一化处理的定时粗略同步获得的CorrPwrAccu。

其中，横坐标对应CorrPwrAccu各元素，纵坐标为各元素归一化相关值。如图7所示，为使用归一化处理的定时粗略同步获得的CorrPwrAccu。

其中，横坐标对应CorrPwrAccu各元素，纵坐标为各元素归一化相关值。

比较图6、图7可知，归一化相关处理有效抵御了系统内强干扰对定时同步位置识别的影响。本实施例中归一化处理中归一化值使用相关对象的样点模值均值。

由图7可知，下行粗略同步调整量估计为-(129-1)*glide＝-3072，接收起点调整后与实际主同步信号位置仅相差10样点。

在第一次定时精同步及小区组内标识识别的步骤中，n取值40；SegNum＝4，单段数据长度128/SegNum；fn取值3；获得的CorrPwrMatrixAccu_3，2n+1如图8所示；

其中，将CorrPwrMatrixAccu_3，2n+1各行同时绘制，横坐标对应CorrPwrMatrixAccu_3，2n+1各列元素，纵坐标为各列元素归一化相关值。

CorrPwrMatrixAccu_3，2n+1极大值所在行指示小区组内标识 $N_{\mathrm{ID}}^{\left(2\right)}=1$ ，与实际吻合；所在列PosMaxRow＝31，则定时精同步调整量为PosMaxRow-(n+1)＝-10，与实际位置恰好吻合。

在整数倍频偏纠正步骤中，fn1＝10获得的CorrPwrFreqAccu极大值PosMaxFreq＝3，则接收机本振修正量为(PosMaxFreq-2)*7500Hz＝7500Hz，剩余频偏6500Hz，达到预期要求。

在第二次定时精同步中，SegNum＝4，单段数据长度512，fn取值25；获得的CorrPwrSegAccu如图9所示。

其中，横坐标对应CorrPwrSegAccu各元素，纵坐标为各元素归一化分段相关值。

由图9可知，PosMaxPrecise＝11，即第二次精同步位置PosMaxPrecise-17＝-6，根据各步骤的接收起点调整量共同推算，定时同步样点调整量为(-(PosMaxRude-1)*gl ide+PosMaxRow-(n+1))*16+(PosMaxPreci se-17)＝-48998，准确完成基于主同步信号数据部分的下行定时同步。

针对本较佳实施例，定时粗同步步骤单位时间(无线帧)处理复杂度(不含归一化处理)统计为9600/24×128＝51200次复乘加。第一次定时精同步及小区组内标识识别步骤单位时间(5ms)处理复杂度(不含归一化处理)统计为81×128×3＝31104次复乘加。因此，实现第一次定时精同步单位时间(统一为无线帧，设第一次定时精同步及小区组内标识识别步骤在一无线帧时间内仅完成5ms的处理)处理复杂度为82304次复乘加。而现有的滑动相关定时同步方法实现所述相同功能的无线帧处理复杂度为3686400次复乘加。可见，本发明的低代价简化定时同步方案的处理复杂度为常规滑动相关方案的约1/45，显著降低接收机处理负担。

为不失一般性，本发明在以下参数设置下，在各样点级信噪比点处进行了500次mento-carlo仿真，仿真获得的各信噪比点下行定时同步误差在±Ts内、小区组内标识正确识别且整数倍频偏正确纠正的概率如图10所示。

仿真条件：LTE TDD系统，5ms转换点周期；基站与UE间初始频率偏差在[8k，15k]Hz内均匀分布，信道环境为标准3GPP TS 36.101(R8)规定的EPA、EVA、ETU信道及AWGN信道，时域样点信噪比-10～0dB。无线帧中除子帧0、1、5、6功率相当外，AGC调整完成后，其余子帧功率与主同步OFDM符号功率比值在1～10内均匀分布，UpPTS为空；接收起点位置随机，位置分辨率Ts；各步骤参数设置如下：

步骤A，gilde＝24；RadioFn＝3；归一化处理中归一化值使用相关对象的功率峰值

步骤B，n＝30；SegNum＝4，单段数据长度128/SegNum＝32；fn＝3；归一化策略同步骤A，但本地基本信号无需处理；

步骤C，fn1＝15

步骤D，SegNum＝4，单段数据长度2048/SegNum＝512；fn＝20；归一化策略同步骤B

其结果如图10所示，其中，横坐标对应各样点级信噪比点，纵坐标为在该样点级信噪比点上获得的定时同步正确率。

大量试验证明，本发明的下行定时同步方法能够在各信道环境的工作点处获得99.9％的正确率。

本发明的一种长期演进无线通信系统LTE中基于主同步信号的定时同步方法及使用该方法的小区搜索方法及系统，利用长期演进系统LTE中主同步信号特有的以5ms为周期的时域重复性，使用预定步长的时域滑动互相关，实现下行定时粗略同步的盲估计，较常规方案显著节省处理复杂度；同时利用归一化时域相关处理有效抵御系统内强干扰对定时同步性能的影响；进一步利用分段相关策略抵御接收机可能的强剩余频偏对定时同步性能的影响；更利用频域序列子载波偏移效果纠正接收机整数倍频偏。其在解决现有技术中存在的问题，能够在低信噪比、存在强信号干扰的情况下，快速、准确地实现下行定时同步，将下行同步偏差控制在±T_s内。

通过结合附图对本发明具体实施例的描述，本发明的其它方面及特征对本领域的技术人员而言是显而易见的。

本领域技术人员显然清楚并且理解，本发明系统和方法所举的以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明。虽然通过实施例有效描述了本发明，本领域技术人员知道，本发明存在许多变化而不脱离本发明的精神。在不背离本发明的精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明方法做出各种相应的改变或变形，但这些相应的改变或变形均属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (10)

1、一种无线通信定时同步方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A，在无线通信的高层指示进入频点的小区搜索时，进行定时粗同步，获取基于主同步信号数据部分的下行粗略同步；

步骤B，根据下行粗略同步的结果，执行定时精同步，进行小区组内标识识别；

步骤C，根据定时精同步的结果，进行整数倍频偏纠正；

步骤D，根据频偏纠正结果，第二次定时精同步，获取高采样率样点级定时精同步。

2、根据权利要求1所述的无线通信定时同步方法，其特征在于，所述步骤A包括如下步骤：

步骤A1，根据长期演进无线通信系统LTE的高层指示进入频点的小区搜索；

步骤A2，初始化归一化相关模值或功率值积累数组为全零数组；

步骤A3，以长期演进无线通信系统最小带宽等级接收信号，在接收起点处，获取样点级的一无线帧数据；

步骤A4，将接收数据重叠划分为两5ms数据；

步骤A5，按预定的滑动步长，依次计算所述两数据相应位置128样点的归一化时域相关模值或功率值；

步骤A6，归一化相关模值或功率值序列对位叠加积累于所述积累数组；

步骤A7，重复步骤A3至A6，遍历预定数量的无线帧；

步骤A8，搜索所述积累数组的极大值，调整接收起点完成定时粗同步。

3、根据权利要求2所述的无线通信定时同步方法，其特征在于，所述步骤A5包括下列步骤：

步骤A51，分别从所述两数据起点处开始按滑动步长进行滑动并获取归一化相关处理所需的128样点数据；

步骤A52，计算归一化相关模值或功率值；

步骤A53，重复步骤A51至A52直至遍历接收数据的所有位置点，获得归一化相关模值或功率值序列。

4、根据权利要求1所述的无线通信定时同步方法，其特征在于，所述步骤B包括下列步骤：

步骤B1，初始化归一化分段相关模值或功率值积累矩阵初值为全零矩阵；

步骤B2，本地重构128样点长度的候选基本主同步时域OFDM符号数据部分；

步骤B3，以系统最小带宽等级接收信号，在接收起点的前n样点处获取样点级的接收数据，其中，n取值范围为20-50；

步骤B4，接收数据分别与本地候选基本主同步信号实施逐样点滑动归一化分段相关，获取归一化分段相关模值或功率值矩阵；

步骤B5，所述归一化分段相关模值或功率值矩阵对位积累于所述积累矩阵；

步骤B6，重复步骤B3至步骤B5共fn次，其中，fn取值范围为2-5；

步骤B7，搜索所述积累矩阵的极大值，该极大值所在行即对应小区组内标识编号，调整接收起点完成第一次定时精同步。

5、一种无线通信小区搜索方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤A’，根据高层指示进入频点的小区搜索，利用无线通信的定时同步方法，基于主同步信号的下行定时同步，识别小区组内标识；

步骤B’，利用主同步时域OFDM符号，实施频率粗调；

步骤C’，循环前缀类型盲估计，识别小区标识组，实现无线帧同步；

步骤D’，同时利用主、次同步时域OFDM符号，实施频率精调；

步骤E’，用户设备UE读取系统广播信息，完成小区搜索。

6、根据权利要求5所述的无线通信小区搜索方法，其特征在于，所述无线通信的定时同步方法，包括如下步骤：

步骤A1’，在无线通信的高层指示进入频点的小区搜索时，进行定时粗同步，获取基于主同步信号数据部分的下行粗略同步；

步骤A2’，根据下行粗略同步的结果，执行定时精同步，进行小区组内标识识别。

7、根据权利要求6所述的无线通信的小区搜索方法，其特征在于，所述无线通信的定时同步方法，还包括如下步骤：

步骤A3’，根据定时精同步的结果，进行整数倍频偏纠正；

步骤A4’，根据频偏纠正结果，第二次定时精同步，获取高采样率样点级定时精同步。

8、一种LTE的小区搜索系统，其特征在于，包括第一识别模块，频率粗调模块，第二识别模块，和频率精调模块，其中所述第一识别模块用于根据高层指示进入频点的小区搜索，基于主同步信号的下行定时同步，识别小区组内标识；所述频率粗调模块，用于利用主同步时域OFDM符号，实施频率粗调；所述第二识别模块，用于循环前缀类型盲估计，识别小区标识组，实现无线帧同步；所述频率精调模块，用于同时利用主、次同步时域OFDM符号，实施频率精调。

9、根据权利要求8所述的小区搜索系统，其特征在于，所述第一识别模块，包括定时粗同步模块，第一定时精同步模块，其中：

所述定时粗同步模块，用于在无线通信的高层指示进入频点的小区搜索时，进行定时粗同步，获取基于主同步信号数据部分的下行粗略同步；

所述第一定时精同步模块，用于根据所述定时粗同步模块的下行粗略同步的结果，执行第一次定时精同步，进行小区组内标识识别。

10、根据权利要求9所述的小区搜索系统，其特征在于，所述第一识别模块，还包括频偏纠正模块和第二定时精同步模块，其中：

所述频偏纠正模块，用于根据所述第一定时精同步模块定时精同步的结果，进行整数倍频偏纠正；

所述第二定时精同步模块，用于根据所述频偏纠正模块的频偏纠正结果，获取高采样率样点级定时精同步。

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