CN101707583B - 确定循环前缀模式和正交频分复用符号定时的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定CP模式和OFDM符号定时的方法和装置，首先对接收数据中每一段数据与该段数据延迟N_FFT后的数据进行共轭相乘运算，得到r′″_m序列，然后以预设的重复周期N_period为间隔，等间隔地从r′″_m序列中提取数据进行累加，得到r″_m序列，再分别针对正常CP模式和扩展CP模式在r″_m序列中划分CP窗，将各CP窗内的能量累加，并通过对累加结果进行峰值检测，确定OFDM符号的备选起始位置，最后，根据针对正常CP模式确定的峰值与针对扩展CP模式确定的峰值确定CP模式，并输出相应的OFDM符号起始位置。应用本发明能够确定CP模式和OFDM符号的起始位置，从而帮助终端在频域实现主/辅同步信号的检测。

Description

确定循环前缀模式和正交频分复用符号定时的方法及装置

技术领域

本发明涉及长期演进(LTE)技术，特别涉及一种确定循环前缀(CP)模式和正交频分复用(OFDM)符号定时的方法及装置。

背景技术

LTE系统是一种基于OFDM技术的无线通信系统，OFDM系统的一个重要特征就是引入CP来避免多径带来的符号间干扰，即：将一个符号(该符号的长度为N_FFT)尾部的数据(该数据的长度为N_CP)拷贝到该符号的头部，构成一个新的长度为N_FFT+N_CP的OFDM符号。

循环前缀的引入使得OFDM符号具有这样的特性，即：一部分数据(即：CP)按照一定间隔(N_FFT)进行重复。

在LTE系统中，CP存在两种模式：正常模式和扩展模式。

对于正常模式来说，CP长度相对较短，一个时隙(长度为0.5ms)中可容纳7个OFDM符号，并且，第1个符号的CP长度N_CPN1比其他符号的CP长度N_CPN2稍长，如图1中(a)所示。

对于扩展模式来说，CP长度N_CPE相对较长，且所有OFDM符号的CP长度相同，大约为正常模式下CP长度的3.6倍左右。正因为如此，在扩展CP模式下，一个时隙只能容纳6个OFDM符号，如图1中(b)所示。

LTE系统中，不同带宽配置下的CP长度和N_FFT如表1所示：

表1

在小区搜索阶段，终端没有任何信息可供参考，如果要在频域实现主同步信号(PSS)/辅同步信号(SSS)的检测，就需要先使用盲检测的方法确定CP模式(也可称为CP模式检测)，以及确定OFDM符号的起始位置(也可称为确定OFDM符号定时)，然后才能基于CP模式信息和OFDM符号定时信息在频域进行PSS/SSS的检测。

然而，现有技术中并不存在确定CP模式和OFDM符号定时的技术方案，导致无法在频域实现主/辅同步信号的检测。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种确定CP模式和OFDM符号定时的方法和装置，以确定CP模式，并确定OFDM符号的起始位置，从而帮助终端在频域实现主/辅同步信号的检测。

为达到上述目的，本发明提供了一种确定CP模式和OFDM符号定时的方法，应用于LTE系统的小区搜索阶段，包括：

A、将预设长度的接收数据的每一个位置上的数据与该位置延迟N_FFT之后的位置上的数据进行共轭相乘运算，得到对应于该接收数据的每一个位置的共轭相乘运算结果，将各共轭相乘运算结果按先后次序排列，得到r′″_m序列；

B、以预设的重复周期N_period为间隔，等间隔地从r′″_m序列中提取数据，并对所提取的数据进行累加，得到N_period个累加和，将所述N_period个累加和按先后次序排列，得到r″_m序列；

C、分别针对正常CP模式和扩展CP模式执行C1～C4操作：

C1、设置CP窗宽度N_CP；

C2、在r″_m序列中将每一段长度为N_CP的数据作为一个CP窗，通过滑动累加，分别计算每一个CP窗内各r″_m的累加和，将得到的累加和作为相应的CP窗的起始位置的CP能量累加和，将所述CP能量累加和按先后次序排列，得到r′_m序列；

C3、对r′_m序列中的每一个位置，分别将与该位置符合预设位置关系的各个位置的CP能量累加和以及该位置的CP能量累加和进行累加，得到对应于该位置的CP能量r_m，将各CP能量按先后次序排列，得到r_m序列；

C4、根据r_m序列确定峰值检测序列，对所述峰值检测序列进行峰值检测，将峰值对应的位置确定为OFDM符号的备选起始位置；

D、根据针对正常CP模式确定的峰值与针对扩展CP模式确定的峰值之间的比值确定CP模式；

E、如果CP模式为正常CP模式，则将针对正常CP模式确定的OFDM符号的备选起始位置确定为OFDM符号起始位置，否则，将针对扩展CP模式确定的OFDM符号的备选起始位置确定为OFDM符号的起始位置。

本发明还提供了一种确定OFDM符号定时的装置，应用于LTE系统的小区搜索阶段，包括：延时共轭相乘器、重叠累加器、第一基本定时单元、第二基本定时单元和判决器，其中：

延时共轭相乘器，用于将预设长度的接收数据的每一个位置上的数据与该位置延迟N_FFT之后的位置上的数据进行共轭相乘运算，得到对应于该接收数据的每一个位置的共轭相乘运算结果，将各共轭相乘运算结果按先后次序排列，得到r′″_m序列，并将r′″_m序列发送给重叠累加器；

重叠累加器，用于以预设的重复周期N_period为间隔，等间隔地从r′″_m序列中提取数据，并对所提取的数据进行累加，得到N_period个累加和，将所述N_period个累加和按先后次序排列，得到r″_m序列，并将r″_m序列发送给第一基本定时单元和第二基本定时单元；

第一基本定时单元和第二基本定时单元，分别用于针对正常CP模式和扩展CP模式设置CP窗宽度N_CP，并在r″_m序列中将每一段长度为N_CP的数据作为一个CP窗，分别计算每一个CP窗内各r″_m的累加和，将得到的累加和作为相应的CP窗的起始位置的CP能量累加和，将所述CP能量累加和按先后次序排列，得到r′_m序列；并用于对r′_m序列中的每一个位置，分别将与该位置符合预设位置关系的各个位置的CP能量累加和以及该位置的CP能量累加和进行累加，得到对应于该位置的CP能量r_m，将各CP能量按先后次序排列，得到r_m序列；以及用于根据r_m序列确定峰值检测序列，对所述峰值检测序列进行峰值检测，将峰值发送给判决器，并将峰值对应的位置作为OFDM符号的备选起始位置发送给判决器；

判决器，用于根据针对正常CP模式确定的峰值与针对扩展CP模式确定的峰值之间的比值确定CP模式，在CP模式为正常CP模式时，将针对正常CP模式确定的OFDM符号的备选起始位置作为OFDM符号起始位置输出，在CP模式为扩展CP模式时，将针对扩展CP模式确定的OFDM符号的备选起始位置作为OFDM符号的起始位置输出。

由上述技术方案可见，本发明首先将预设长度的接收数据的每一个位置上的数据与该位置延迟N_FFT之后的位置上的数据进行共轭相乘运算，得到对应于该接收数据的每一个位置的共轭相乘运算结果，形成r′″_m序列。根据CP数据在OFDM符号中的重复特性，通过上述操作，可以在CP数据所对应的位置上得到一个实数。

然后，本发明利用CP数据在OFDM符号中的重复特性设置重复周期N_period，并以N_period为间隔，等间隔地从r′″_m序列中提取数据进行累加，得到r″_m序列。该操作可以将接收数据的CP能量聚集到一个重复周期中以提高计算的正确性。

随后，本发明分别针对正常CP模式和扩展CP模式在r″_m序列中划分CP窗，将各CP窗内的能量累加，得到r′_m序列，并根据接收数据中必然存在的一些信号之间的位置关系将r′_m序列中符合该位置关系的值进行累加，得到r_m序列，并通过对r_m序列进行峰值检测，确定OFDM符号的备选起始位置。由于接收数据中必然存在的一些信号之间的位置关系是固定不变的，如果某一位置为其中一个信号的起始位置，那么其它信号的位置也就确定下来，将这些位置的能量进行累加得到r_m序列，并对r_m序列进行峰值检测，可以进一步提高计算的正确性。

最后，根据针对正常CP模式确定的峰值与针对扩展CP模式确定的峰值之间的比值确定CP模式，并输出相应的OFDM符号起始位置。由于扩展模式下的CP长度约为正常模式下CP长度的3.6倍，扩展CP模式下CP数据的自相关运算累加结果应当为正常CP模式下CP数据的自相关运算累加结果的数倍，因此，本发明通过判断针对扩展CP模式所确定的峰值与针对正常CP模式所确定的峰值之间的比值确定系统所采取的CP模式，并据此确定采用针对哪种CP模式所得到的OFDM符号的备选起始位置作为OFDM符号的起始位置。

此外，为消除大的突发性的干扰引起的峰值误检测，本发明还在上述技术方案的基础上，计算每一个位置上的数据与位置延迟N_FFT之后的位置上的数据的平均功率，并在进行峰值检测时，将代表CP能量大小的序列和功率大小的序列相结合来进行峰值检测，从而可以消除大的突发性的干扰引起的峰值误检测。

附图说明

图1为两种CP模式在一个时隙中的分布示意图；

图2为本发明确定CP模式和OFDM符号定时的装置的组成结构示意图；

图3为本发明确定CP模式和OFDM符号定时的装置中一较佳基本定时单元的组成结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

LTE系统中，每个帧包含10个子帧，每个子帧包含两个时隙，每个时隙的长度为0.5ms。如前所述，正常CP模式下，一个时隙中可容纳7个OFDM符号，扩展CP模式下，一个时隙中可容纳6个OFDM符号。

LTE系统存在两种制式：FDD(频分复用)和TDD(时分复用)。

对于FDD模式来说，其上、下行信号使用不同的频率，终端所接收到的信号均为来自基站侧的下行信号。正常CP模式下，CP数据在接收数据中的分布位置以时隙为周期进行重复，即：CP数据分布位置的重复周期为一个时隙的长度；扩展CP模式下，CP数据在接收数据中的分布位置以OFDM符号为周期进行重复，即：CP数据分布位置的重复周期为一个OFDM符号的长度。

对于TDD模式来说，终端在未获知任何定时信息的情况下，所接收的信号中，既可能包含来自基站侧的下行信号，也可能包含来自其他终端的上行信号。观察表2中的TDD模式上下行配置可知，每个帧中的子帧0和子帧5固定配置为下行子帧，也就是说，无论是哪种配置情况，每个长度为5ms的接收信号中必然包含CP数据，即：CP数据分布位置的重复周期为一个半帧的长度。

表2

表1中，D表示下行子帧、S表示特殊子帧、U表示上行子帧。

图2为本发明确定CP模式和OFDM符号定时的装置的组成结构示意图。参见图2，该装置中主要包括：延时共轭相乘器210、重叠累加器220、第一基本定时单元230、第二基本定时单元240和判决器250。下面对本发明图2所示装置中各个元件的工作原理分别进行详细说明。

1)延时共轭相乘器210

延时共轭相乘器210，用于将预设长度的一段接收数据中的每一个数据与该数据延迟N_FFT之后的数据进行共轭相乘运算，得到对应于该接收数据的每一个位置的共轭相乘运算结果。执行该操作的原理在于：如果某个位置的数据为CP数据，那么该数据延迟N_FFT之后的数据应该与该数据相同，将两者进行共轭相乘运算将得到一实数。

在具体实施时，接收数据的长度可以取为N_FramLenN_FramNum+N_FFT，其中，N_FramLen为每一帧的数据长度，N_FramNum为接收的帧数。该接收数据可表示为：

$S=[s_0,s_1,s_2\·\·\·s_{N_{\mathrm{FrmLen}}{N}_{\mathrm{FramNum}}+N_{\mathrm{FFT}}-1}]$

延时共轭相乘器210所执行的操作可以用式(1)表示：

$r_m^{\′\′\′}={\left(s_m\right)}^{*}{s}_{m+N_{\mathrm{FFT}},}m=\mathrm{0,1},\·\·\·N_{\mathrm{FramLen}}{N}_{\mathrm{FramNum}}-1---\left(1\right)$

式(1)中，m表示接收数据中位置的编号，每一个位置对应一个数据，m的取值范围为0～N_FramLenN_FramNum+N_FFT-1；

s_m表示第m个位置的数据；

r′″_m表示对应于第m个位置的共轭相乘运算结果；

(·)^*表示复数的共轭运算。

式(1)中，也可以对

取共轭，再与s_m相乘。

将所述由延时共轭相乘器210计算得到的对应于接收数据的每一个位置的共轭相乘运算结果按先后次序进行排列将得到一个序列，以下称为r′″_m序列。延时共轭相乘器210得到r′″_m序列后，发送给重叠累加器220。

2)重叠累加器220

重叠累加器220，用于以预先设定的重复周期(以下记为：N_period)为间隔，等间隔地从r′″_m序列中提取数据，并对所提取的数据进行累加，得到N_period个累加和，以下称为共轭累加和，并将对应于第m个位置的共轭累加和记为：r″_m。

执行该操作的原理在于：如前所述，无论是FDD模式还是TDD模式，CP数据在接收数据中的分布位置总会以一定的周期进行重复。按照该周期为间隔、等间隔地提取r′″_m进行累加，实际上就是按照CP数据分布位置的重复周期在长度为N_FramLenN_FramNum+N_FFT的接收数据中划分周期，并将各个周期中对应于同一个位置的能量进行了累加，从而将长度为N_FramLenN_FramNum+N_FFT的接收数据的能量聚集到一个重复周期中，获得了一定的增益用以降低突发干扰等因素对接收数据的影响，从而提高后续判断的正确性。

对于TDD模式，如前所述，CP数据在接收信号中的分布位置以半帧为周期进行重复，因此，将重复周期N_period设置为0.5N_FramLen，并按照式(2)计算对应于重复周期的每一个位置的共轭累加和r″_m：

$r_m^{\′\′}=\underset{i=0}{\overset{{2N}_{\mathrm{FramNum}}-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{m+i\×0.5N_{\mathrm{FramLen}}}^{\′\′\′},m=\mathrm{0,1},\·\·\·0.5N_{\mathrm{FramLen}}-1---\left(2\right)$

对于FDD模式，如前所述，正常CP模式下CP数据分布位置以时隙为周期进行重复，扩展CP模式下CP数据分布位置以OFDM符号为周期进行重复，因此，将重复周期N_period设置为一个时隙的长度(以下记为：N_SlotLen)，并按照式(3)计算对应于重复周期的每一个位置的共轭累加和r″_m：

$r_m^{\′\′}=\underset{i=0}{\overset{N_{\mathrm{SlotNum}}-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{m+i\×N_{\mathrm{SlotLen}}}^{\′\′\′},m=\mathrm{0,1},\·\·\·N_{\mathrm{SlotLen}}-1---\left(3\right)$

总之，重复周期的设置原则是：使得在重复周期内，CP的分布位置完全一致或部分一致。

将所述由重叠累加器220计算得到的对应于重复周期的每一个位置的共轭累加和按先后次序进行排列将得到一个序列，以下称为r″_m序列。重叠累加器220得到r″_m序列后，发送给第一基本定时单元230和第二基本定时单元240。

3)第一基本定时单元230和第二基本定时单元240

第一基本定时单元230用于基于正常CP模式进行OFDM符号定时，并确定对应于正常CP模式的OFDM符号的备选起始位置(以下记为T1)；第二基本定时单元240用于基于扩展CP模式进行OFDM符号定时，并确定对应于扩展CP模式的OFDM符号的备选起始位置(以下记为T2)。第一基本定时单元230和第二基本定时单元240并行工作。

第一基本定时单元230和第二基本定时单元240的工作原理完全相同，不同之处仅在于由于各自所针对的CP模式不同，需要设置相应的参数进行OFDM符号同步。因此，下面将第一基本定时单元230和第二基本定时单元240统称为基本定时单元，介绍其工作原理及内部组成结构，涉及两者的不同之处，将予以相应的必要说明。

基本定时单元主要利用CP数据的重复特性，首先根据重叠累加器220的输出搜集每一个OFDM符号内的CP能量，然后对多个符合一定位置关系的OFDM符号的CP能量进行累加，最后通过对累加的结果进行峰值检测确定OFDM符号的起始位置。

图3为本发明确定CP模式和OFDM符号定时的装置中一较佳基本定时单元的组成结构示意图。图3所示基本定时单元包括：滑动累加器310、选择滑动累加器320和峰值检测器330。其中：

i)滑动累加器310用于根据重叠累加器220的输出将每一个OFDM符号内的CP能量收集起来。具体地，滑动累加器310用于根据预先设置的CP窗宽度N_CP，并根据式(4)计算每一个CP窗的CP能量累加和，得到CP能量累加和序列，并将CP能量累加和序列发送给选择滑动累加器320。

$r_m^{\′}=\underset{i=m}{\overset{m+N_{\mathrm{CP}}-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}_i^{\′\′},m=\mathrm{0,1},\·\·\·N_{\mathrm{period}}-1---\left(4\right)$

式(4)表示：在r″_m序列中将每一段长度为N_CP的数据作为一个CP窗，分别计算每一个CP窗内各r″_m的累加和，将得到的累加和作为相应的CP窗的起始位置m的CP能量累加和r′_m，并将对应于每一个位置的CP能量累加和按先后次序排列，得到CP能量累加和序列(以下称为r′_m序列)。

式(4)中，对于第一基本定时单元，N_CP的建议值为N_CPN2；对于第二基本定时单元，N_CP的建议值为N_CPE。

ii)选择滑动累加器320用于根据式(5)计算峰值检测序列，并将峰值检测序列发送给峰值检测器330。

$r_m=\underset{k=0}{\overset{N_{\mathrm{symb}}-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{\mathrm{mod}(m+o_k,N_{\mathrm{period}})}^{\′},m=\mathrm{0,1},\·\·\·N_{\mathrm{period}}-1---\left(5\right)$

式(5)表示：对r′_m序列中的每一个位置，分别将与该位置符合一定位置关系的多个CP能量累加和以及该位置的CP能量累加和进行累加，得到对应于该位置的CP能量r_m，将对应于每一个位置的CP能量按先后次序排列，得到峰值检测序列(以下记为r_m序列)。

式(5)中，mod(m+o_k，N_period)表示m+o_k对N_period取模，表示当计算到r′_m序列的尾部时，回到r′_m序列的首部循环进行计算。

o_k，k＝0，1…N_symb是N_symb个OFDM符号之间的相对距离。在实际应用中，可以根据现有技术中某些特定的信号在OFDM符号中的分布位置来确定o_k的取值。下面举一个例子进行说明。例如，已知：

PBCH的4个信号占用子帧0和子帧5的第二个时隙的前四个符号。

SSS信号占用子帧0和子帧5的最后一个OFDM符号

PSS信号占用子帧1和子帧6的第3个OFDM符号；

表3的位置是以PBCH的第一个符号为参照的。

由于PBCH的4个信号、SSS信号和PSS信号是系统中必然存在的6个信号，根据它们之间的上述位置关系，可以将它们之间的距离关系表示出来，如表3所示：

ok

o0

o1

o2

o3

o4

o5

正常CP、FDD模式

0

NFFT+NCPN2

2NFFT+NCPN1+NCPN2

3NFFT+NCPN1+2NCPN2

4NFFT+NCPN1+3NCPN2

5NFFT+NCPN1+4NCPN2

扩展CP、FDD模式

0

NFFT+NCPE

2NFFT+2NCPE

3NFFT+3NCPE

4NFFT+4NCPE

5NFFT+5NCPE

正常CP、TDD模式

0

NFFT+NCPN2

2NFFT+2NCPN2

3NFFT+3NCPN2

6NFFT+6NCPN2

8NFFT+NCPN1+7NCPN2

扩展CP、TDD模式

0

NFFT+NCPE

2NFFT+2NCPE

3NFFT+3NCPE

5NFFT+5NCPE

7NFFT+7NCPE

表3

表3中，o₀的取值为0，表示其作为基准位置，代表的是PBCH的第1个信号所在的位置；

o₁～o₃分别表示PBCH的第2～4个信号与PBCH的第1个信号之间的距离；

o₄表示SSS信号与PBCH的第1个信号之间的距离；

o₅表示PSS信号与PBCH的第1个信号之间的距离。

在实际应用中，可以采用其它信号之间的位置关系进行计算，只要所采用的信号是系统中必然存在的信号即可。

由于当某一位置为CP数据所在位置时，与该位置符合特定位置关系的那些OFDM符号中必然存在相应的信号，因此，本发明通过选择滑动累加器的处理可以提高判断正确的概率。

iii)峰值检测器330用于对峰值检测序列r_m进行峰值检测。具体地，就是计算r_m序列中每一个值的模值，将模值最大者作为峰值，并将该峰值对应的位置确定为OFDM符号的备选起始位置。其所执行的操作如式(6)所示：

[V_max，U_max]＝max{|r_m|}，m＝0，1，…N_period-1             (6)

式(6)中，V_max表示r_m序列中的最大值，U_max表示最大值所处的位置。

如前所述，在FDD模式下，上、下行信号使用不同的频率，终端所接收到的信号均为来自基站侧的下行信号，因此，无论是正常CP模式还是扩展CP模式，CP数据的分布位置均将以固定的周期进行重复。然而，在TDD模式下，接收数据中可能存在上行信号，它与下行信号具有不同的符号定时，为避免漏掉下行信号的符号定时信息，除了按照式(6)输出V_max之外，还需要输出每一个OFDM符号长度N_symbLen范围内的最大值及其位置。令

还应输出：

${\tilde{V}}_{\max ,m},m=\mathrm{0,1},\·\·\·M-1,{\tilde{U}}_{\max ,m},m=\mathrm{0,1},\·\·\·M-1---\left(7\right)$

(7)式中，

表示第m个OFDM符号长度范围内r_m的最大值，

表示第m个OFDM符号长度范围内r_m的最大值所处的位置。

作为一种优化方案，还可对 ${\tilde{V}}_{\max ,m},m=\mathrm{0,1},\·\·\·M-1$ 进行门限判决，以验证M个峰值是否有效。即：如果

大于预先设置的判决门限ρ，则判定该峰值有效，保留并输出，否则，判定该峰值无效，删除该峰值及其对应的位置。

为后文描述方便，将第一基本定时单元230输出的V_max、U_max、

和

分别增加上标(1)，即：V_max ⁽¹⁾、U_max ⁽¹⁾、

和

将第二基本定时单元240输出的V_max、U_max、

和分别增加上标(2)，即：V_max ⁽²⁾、U_max ⁽²⁾、

和

第一基本定时单元230和第二基本定时单元240输出的峰值分别发送给判决器250。

4)判决器250

判决器250用于根据第一基本定时单元230和第二基本定时单元240输出的峰值进行CP模式检测。

在具体实现时，可以设置大于0的阈值α，当第二基本定时单元240输出的峰值与第一基本定时单元230输出的峰值之间的比值大于α时，判定当前系统为扩展CP模式，否则，判定当前系统为正常CP模式。α的建议值为2。

由于扩展模式下的CP长度约为正常模式下CP长度的3.6倍，扩展CP模式下CP数据的自相关运算累加结果的峰值应当为正常CP模式下CP数据的自相关运算累加结果的峰值的数倍，因此，判决器250通过判断针对扩展CP模式所确定的峰值与针对正常CP模式所确定的峰值之间的比值，来确定系统所采取的CP模式。

如果判决器250判定当前系统为正常CP模式，那么，如果系统是FDD模式，则将U_max ⁽¹⁾作为OFDM符号定时输出，如果系统是TDD模式，则将作为OFDM符号定时输出；如果判决器250判定当前系统为扩展CP模式，那么，如果系统是FDD模式，则将U_max ⁽²⁾作为OFDM符号定时输出，如果系统是TDD模式，则将作为OFDM符号定时输出。

至此，结束对图2所示本发明确定CP模式和OFDM符号定时的装置的详细说明。

为进一步提高正确性，图2所示装置中的各个模块可以在实现上述功能的基础上，进一步考虑接收数据的功率，下面结合图2对该优化方案进行详细说明。

在本发明提供的优化方案中，图2所示延时共轭相乘器210还可以进一步计算这一段接收数据中的每一个数据与该数据延迟N_FFT之后的数据的功率的平均值，得到对应于该接收数据的每一个位置的功率平均值。计算功率平均值的原理与前述计算共轭相乘运算结果的原理相同。

延时共轭相乘器210按照式(8)计算对应于接收数据的每一个位置的功率平均值(以下记为：p′″_m)：

$p_m^{\′\′\′}=\frac{{\left|s_m\right|}^2+{\left|s_{m+N_{\mathrm{FFT}}}\right|}^2}{2},m=\mathrm{0,1},\·\·\·N_{\mathrm{FramLen}}{N}_{\mathrm{FramNum}}-1---\left(8\right)$

将延时共轭相乘器210计算得到的对应于每一个位置的功率平均值按先后次序进行排列将得到一个序列，以下称为p′″_m序列。延时共轭相乘器210得到p′″_m序列后，发送给重叠累加器220。

如果延时共轭相乘器210向重叠累加器220输出了p′″_m序列，重叠累加器220还可以进一步以预先设定的重复周期N_period为间隔、等间隔地从p′″_m序列中提取数据，并对所提取的数据进行累加，得到N_period个累加和，以下称为平均功率累加和，并将对应于第m个位置的平均功率累加和记为：p″_m。

如前所述，对于TDD模式，可以将重复周期N_period设置为0.5N_FramLen，因此，这里可以按照式(9)计算对应于重复周期的每一个位置的平均功率累加和p″_m：

$p_m^{\′\′}=\underset{i=0}{\overset{{2N}_{\mathrm{FramNum}}-1}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{m+i\×0.5N_{\mathrm{FramLen}}}^{\′\′\′},m=\mathrm{0,1},\·\·\·0.5N_{\mathrm{FramLen}}-1---\left(9\right)$

对于TDD模式，可以将重复周期N_period设置为N_SlotLen，因此，这里可以按照式(10)计算对应于重复周期的每一个位置的平均功率累加和p″_m：

$p_m^{\′\′}=\underset{i=0}{\overset{N_{\mathrm{SlotNum}}-1}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{m+i\×N_{\mathrm{SlotLen}}}^{\′\′\′},m=\mathrm{0,1},\·\·\·N_{\mathrm{SlotLen}}-1---\left(10\right)$

将由重叠累加器220计算得到的对应于重复周期的每一个位置的平均功率累加和按先后次序进行排列将得到一个序列，以下称为p″_m序列。重叠累加器220得到p″_m序列后，发送给第一基本定时单元230和第二基本定时单元240。

第一基本定时单元230和第二基本定时单元240中的滑动累加器310按照与式(4)相同的原理计算每一个CP窗的CP平均功率累加和，如式(11)所示，得到CP平均功率累加和序列p′_m，并将CP平均功率累加和序列发送给滑动累加器320。

$p_m^{\′}=\underset{i=m}{\overset{m+N_{\mathrm{CP}}-1}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i^{\′\′},m=\mathrm{0,1},\·\·\·N_{\mathrm{period}}-1---\left(11\right)$

第一基本定时单元230和第二基本定时单元240中的滑动累加器320按照与式(5)相同的原理对符合一定位置关系的多个CP平均功率累加和进行累加，如式(12)所示，得到对应于每一个位置的CP平均功率p_m，并将CP平均功率序列发送给峰值检测器330。

$p_m=\underset{k=0}{\overset{N_{\mathrm{symb}}-1}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{\mathrm{mod}(m+o_k,N_{\mathrm{period}})}^{\′},m=\mathrm{0,1},\·\·\·N_{\mathrm{period}}-1---\left(12\right)$

在优化方案下，峰值检测器330利用序列r_m和功率序列p_m的比值来进行峰值检测，如式(13)所示。引入功率序列p_m进行峰值检测的目的在于消除大的突发性干扰引起的峰值误检测。

$[V_{\max },U_{\max }]=\max \left\{\frac{\left|r_m\right|}{p_m}\right\},m=\mathrm{0,1},\·\·\·N_{\mathrm{period}}-1---\left(13\right)$

式(13)中，V_max表示r_m序列中的最大值，U_max表示最大值所处的位置。

如前所述，在TDD模式下，接收数据中可能存在上行信号，它与下行信号具有不同的符号定时，为避免漏掉下行信号的符号定时信息，除了按照式(13)输出V_max之外，还需要输出每一个OFDM符号长度N_symbLen范围的

的最大值及其位置。令

还应输出：

${\tilde{V}}_{\max ,m},m=\mathrm{0,1},\·\·\·M-1,{\tilde{U}}_{\max ,m},m=\mathrm{0,1},\·\·\·M-1---\left(14\right)$

(14)式中，

表示第m个OFDM符号长度范围内的最大值，

表示第m个OFDM符号长度范围内

的最大值所处的位置。

针对正常CP模式，设置所述N_symbLen等于N_FFT+N_CPN2；其中，N_CPN2为正常CP模式下除第一个OFDM符号之外的OFDM符号中的CP长度；

针对扩展CP模式，设置所述N_symbLen等于N_FFT+N_CPE；其中，N_CPE为扩展CP模式下OFDM符号中的CP长度。

在优化方案下，判决器250所执行的操作与前述相同，在此不再赘述。

本发明提供的对应于上述装置的方法包括以下步骤：

A、分别针对正常CP模式和扩展CP模式，执行A1～A4操作：

A1、设置截取数据长度M、CP窗宽度N_CP和OFDM符号的长度N_FFT；

A2、从长度为K个时隙的接收数据中，以1个时隙的长度为间隔，等间隔截取K段长度为M的数据；

A3、对所述K段数据中每一个相同的位置，计算将该位置作为CP窗起始位置时、K个CP窗内的每一个数据与该数据延迟N_FFT之后的数据的相关运算的累加结果，得到对应于每一个位置的相关运算累加结果；

A4、根据所述对应于每一个位置的相关运算累加结果进行峰值检测，将峰值对应的位置确定为OFDM符号的备选起始位置；

B、根据针对正常CP模式确定的峰值与针对扩展CP模式确定的峰值之间的比值确定CP模式；

C、如果CP模式为正常CP模式，则将针对正常CP模式确定的OFDM符号的备选起始位置确定为OFDM符号起始位置，否则，将针对扩展CP模式确定的OFDM符号的备选起始位置确定为OFDM符号的起始位置。

由上述实施例可见，本发明首先将预设长度的接收数据的每一个位置上的数据与该位置延迟N_FFT之后的位置上的数据进行共轭相乘运算，得到对应于该接收数据的每一个位置的共轭相乘运算结果，形成r′″_m序列。根据CP数据在OFDM符号中的重复特性，通过上述操作，可以在CP数据所对应的位置上得到一个实数。

然后，本发明利用CP数据在OFDM符号中的重复特性设置重复周期N_period，并以N_period为间隔，等间隔地从r′″_m序列中提取数据进行累加，得到r″_m序列。该操作可以将接收数据的CP能量聚集到一个重复周期中以提高计算的正确性。

随后，本发明分别针对正常CP模式和扩展CP模式在r″_m序列中划分CP窗，将各CP窗内的能量累加，得到r′_m序列，并根据接收数据中必然存在的一些信号之间的位置关系将r′_m序列中符合该位置关系的值进行累加，得到r_m序列，并通过对r_m序列进行峰值检测，确定OFDM符号的备选起始位置。由于接收数据中必然存在的一些信号之间的位置关系是固定不变的，如果某一位置为其中一个信号的起始位置，那么其它信号的位置也就确定下来，将这些位置的能量进行累加得到r_m序列，并对r_m序列进行峰值检测，可以进一步提高计算的正确性。

最后，根据针对正常CP模式确定的峰值与针对扩展CP模式确定的峰值之间的比值确定CP模式，并输出相应的OFDM符号起始位置。由于扩展模式下的CP长度约为正常模式下CP长度的3.6倍，扩展CP模式下CP数据的自相关运算累加结果应当为正常CP模式下CP数据的自相关运算累加结果的数倍，因此，本发明通过判断针对扩展CP模式所确定的峰值与针对正常CP模式所确定的峰值之间的比值确定系统所采取的CP模式，并据此确定采用针对哪种CP模式所得到的OFDM符号的备选起始位置作为OFDM符号的起始位置。

此外，为消除大的突发性的干扰引起的峰值误检测，本发明还在上述技术方案的基础上，计算每一个位置上的数据与位置延迟N_FFT之后的位置上的数据的平均功率，并在进行峰值检测时，将代表CP能量大小的序列和功率大小的序列相结合来进行峰值检测，从而可以消除大的突发性的干扰引起的峰值误检测。

以上所述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 (22)

1.一种确定循环前缀CP模式和正交频分复用OFDM符号定时的方法，应用于长期演进LTE系统的小区搜索阶段，其特征在于，包括：

A、将预设长度的接收数据的每一个位置上的数据与该位置延迟N_FFT之后的位置上的数据进行共轭相乘运算，得到对应于该接收数据的每一个位置的共轭相乘运算结果，将各共轭相乘运算结果按先后次序排列，得到r″′_m序列；

B、以预设的重复周期N_period为间隔，等间隔地从r″′_m序列中提取数据，并对所提取的数据进行累加，得到N_period个累加和，将所述N_period个累加和按先后次序排列，得到r″_m序列；

C、分别针对正常CP模式和扩展CP模式执行C1～C4操作：

C1、设置CP窗宽度N_CP；

C2、在r″_m序列中将每一段长度为N_CP的数据作为一个CP窗，通过滑动累加，分别计算每一个CP窗内各r″_m的累加和，将得到的累加和作为相应的CP窗的起始位置的CP能量累加和，将所述CP能量累加和按先后次序排列，得到r′_m序列；

C3、对r′_m序列中的每一个位置，分别将与该位置符合预设位置关系的各个位置的CP能量累加和以及该位置的CP能量累加和进行累加，得到对应于该位置的CP能量r_m，将各CP能量按先后次序排列，得到r_m序列；

C4、根据r_m序列确定峰值检测序列，对所述峰值检测序列进行峰值检测，将峰值对应的位置确定为OFDM符号的备选起始位置；

D、根据针对正常CP模式确定的峰值与针对扩展CP模式确定的峰值之间的比值确定CP模式；

E、如果CP模式为正常CP模式，则将针对正常CP模式确定的OFDM符号的备选起始位置确定为OFDM符号起始位置，否则，将针对扩展CP模式确定的OFDM符号的备选起始位置确定为OFDM符号的起始位置；

所述C1中：

针对正常CP模式，设置所述N_CP等于N_CPN2；其中，N_CPN2为正常CP模式下每个时隙中除第一个OFDM符号之外的OFDM符号中的CP长度；

针对扩展CP模式，设置所述N_CP等于N_CPE；其中，N_CPE为扩展CP模式下OFDM符号中的CP长度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述C4为：将r_m序列作为峰值检测序列，计算r_m序列中每一个值的模值，比较所述模值，将模值最大者确定为所述峰值，将峰值对应的位置确定为OFDM符号的备选起始位置。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

在所述A中进一步执行：计算所述接收数据中的每一个数据与该数据延迟N_FFT之后的数据的平均功率，将各平均功率按先后次序排列，得到p″′_m序列；

在所述B中进一步执行：以N_period为间隔，等间隔地从p″′_m序列中提取数据，并对所提取的数据进行累加，得到N_period个累加和，将所述N_period个累加和按先后次序排列，得到p″_m序列；

在所述C2中进一步执行：在p″_m序列中将每一段长度为N_CP的数据作为一个CP窗，分别计算每一个CP窗内各p″_m的累加和，将得到的累加和作为相应的CP窗的起始位置的CP平均功率累加和，将所述CP平均功率累加和按先后次序排列，得到p′_m序列；

在所述C3中进一步执行：对p′_m序列中的每一个位置，分别将与该位置符合预设位置关系的各个位置的CP平均功率累加和以及该位置的CP平均功率累加和进行累加，得到对应于该位置的CP平均功率p_m，将各CP平均功率按先后次序排列，得到p_m序列；

在所述C4中进一步执行：根据r_m序列和p_m序列确定峰值检测序列，对所述峰值检测序列进行峰值检测，将峰值对应的位置确定为OFDM符号的备选起始位置。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：

C4所述确定峰值检测序列为：根据r_m序列和p_m序列计算

将所得到的值按先后次序排列，得到峰值检测序列。

5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述B中：

针对频分复用模式，将N_period设置为一个时隙的长度；

针对时分复用模式，将N_period设置为半个帧的长度。

6.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，C3所述预设位置关系为：PBCH的4个符号、主同步信号和辅同步信号之间的位置关系。

7.根据权利要求2或4所述的方法，其特征在于，针对时分复用模式，在所述C4中进一步执行：

设置OFDM符号的长度N_symbLen，将峰值检测序列划分为M个长度为N_symbLen的OFDM符号，

在所划分的每一个OFDM符号中分别进行峰值检测，得到M个OFDM符号的峰值及其对应的位置。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述C4中：

针对正常CP模式，设置所述N_symbLen等于N_FFT+N_CPN2；其中，N_CPN2为正常CP模式下除第一个OFDM符号之外的OFDM符号中的CP长度；

针对扩展CP模式，设置所述N_symbLen等于N_FFT+N_CPE；其中，N_CPE为扩展CP模式下OFDM符号中的CP长度。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述C4中进一步执行：

分别判断所述M个OFDM符号的峰值中的每一个是否大于预先设置的判决门限，将大于判决门限的峰值及其位置保留，并删除小于判决门限的峰值及其位置。

10.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于：

所述D为：判断针对扩展CP模式确定的峰值与针对正常CP模式确定的峰值之间的比值是否大于预先设置的阈值α，如果大于，确定CP模式为扩展CP模式，否则，确定CP模式为正常CP模式；其中，α＞0。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述α等于2。

12.一种确定循环前缀CP模式和正交频分复用OFDM符号定时的装置，应用于长期演进LTE系统的小区搜索阶段，其特征在于，包括：延时共轭相乘器、重叠累加器、第一基本定时单元、第二基本定时单元和判决器，其中：

延时共轭相乘器，用于将预设长度的接收数据的每一个位置上的数据与该位置延迟N_FFT之后的位置上的数据进行共轭相乘运算，得到对应于该接收数据的每一个位置的共轭相乘运算结果，将各共轭相乘运算结果按先后次序排列，得到r″′_m序列，并将r″′_m序列发送给重叠累加器；

重叠累加器，用于以预设的重复周期N_period为间隔，等间隔地从r″′_m序列中提取数据，并对所提取的数据进行累加，得到N_period个累加和，将所述N_period个累加和按先后次序排列，得到r″_m序列，并将r″_m序列发送给第一基本定时单元和第二基本定时单元；

第一基本定时单元和第二基本定时单元，分别用于针对正常CP模式和扩展CP模式设置CP窗宽度N_CP，并在r″_m序列中将每一段长度为N_CP的数据作为一个CP窗，分别计算每一个CP窗内各r″_m的累加和，将得到的累加和作为相应的CP窗的起始位置的CP能量累加和，将所述CP能量累加和按先后次序排列，得到r′_m序列；并用于对r′_m序列中的每一个位置，分别将与该位置符合预设位置关系的各个位置的CP能量累加和以及该位置的CP能量累加和进行累加，得到对应于该位置的CP能量r_m，将各CP能量按先后次序排列，得到r_m序列；以及用于根据r_m序列确定峰值检测序列，对所述峰值检测序列进行峰值检测，将峰值发送给判决器，并将峰值对应的位置作为OFDM符号的备选起始位置发送给判决器；

判决器，用于根据针对正常CP模式确定的峰值与针对扩展CP模式确定的峰值之间的比值确定CP模式，在CP模式为正常CP模式时，将针对正常CP模式确定的OFDM符号的备选起始位置作为OFDM符号起始位置输出，在CP模式为扩展CP模式时，将针对扩展CP模式确定的OFDM符号的备选起始位置作为OFDM符号的起始位置输出；

其中：

所述第一基本定时单元将所述N_CP设置为等于N_CPN2；N_CPN2为正常CP模式下除第一个OFDM符号之外的OFDM符号中的CP长度；

所述第二基本定时单元将所述N_CP设置为等于N_CPE；N_CPE为扩展CP模式下OFDM符号中的CP长度。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第一基本定时单元和第二基本定时单元中分别包括：滑动累加器、选择滑动累加器和峰值检测器，其中：

滑动累加器，用于在r″_m序列中将每一段长度为N_CP的数据作为一个CP窗，分别计算每一个CP窗内各r″_m的累加和，将得到的累加和作为相应的CP窗的起始位置的CP能量累加和，将所述CP能量累加和按先后次序排列，得到r′_m序列，将所述r′_m序列发送给选择滑动累加器；

选择滑动累加器，用于对r′_m序列中的每一个位置，分别将与该位置符合预设位置关系的各个位置的CP能量累加和以及该位置的CP能量累加和进行累加，得到对应于该位置的CP能量r_m，将各CP能量按先后次序排列，得到r_m序列，将所述r_m序列发送给峰值检测器；

峰值检测器，用于根据r_m序列确定峰值检测序列，对所述峰值检测序列进行峰值检测，将峰值发送给判决器，并将峰值对应的位置作为OFDM符号的备选起始位置发送给判决器。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于：

所述选择滑动累加器，用于将r_m序列作为峰值检测序列，计算r_m序列中每一个值的模值，比较所述模值，将模值最大者确定为峰值发送给判决器，并将峰值对应的位置作为OFDM符号的备选起始位置发送给判决器。

15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于：

所述延时共轭相乘器，进一步用于计算所述接收数据中的每一个数据与该数据延迟N_FFT之后的数据的平均功率，将各平均功率按先后次序排列，得到p″′_m序列，将所述p″′_m序列发送给重叠累加器；

所述重叠累加器，进一步用于以N_period为间隔，等间隔地从p″′_m序列中提取数据，并对所提取的数据进行累加，得到N_period个累加和，将所述N_period个累加和按先后次序排列，得到p″_m序列，将所述p″_m序列发送给第一基本定时单元和第二基本定时单元中的滑动累加器；

所述滑动累加器，进一步用于在p″_m序列中将每一段长度为N_CP的数据作为一个CP窗，分别计算每一个CP窗内各p″_m的累加和，将得到的累加和作为相应的CP窗的起始位置的CP平均功率累加和，将所述CP平均功率累加和按先后次序排列，得到p′_m序列，将p′_m序列发送给选择滑动累加器；

所述选择滑动累加器，进一步用于对p′_m序列中的每一个位置，分别将与该位置符合预设位置关系的各个位置的CP平均功率累加和以及该位置的CP平均功率累加和进行累加，得到对应于该位置的CP平均功率p_m，将各CP平均功率按先后次序排列，得到p_m序列，将p_m序列发送给峰值检测器；

所述峰值检测器，进一步用于根据r_m序列和p_m序列计算将所得到的值按先后次序排列，得到峰值检测序列。

16.根据权利要求12至15任一项所述的装置，其特征在于：

所述重叠累加器，在频分复用模式时，用于将N_period设置为一个时隙的长度，在时分复用模式时，将N_period设置为半个帧的长度。

17.根据权利要求12至15任一项所述的装置，其特征在于：

所述选择滑动累加器，用于根据PBCH的4个符号、主同步信号和辅同步信号之间的位置关系确定所述预设位置关系。

18.根据权利要求14或15所述的装置，其特征在于：

所述峰值检测器，进一步用于将峰值检测序列划分为M个长度为N_symbLen的OFDM符号，并在所划分的每一个OFDM符号中分别进行峰值检测，得到M个OFDM符号的峰值及其对应的位置发送给判决器，其中，N_symbLen为OFDM符号的长度，

19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于：

第一基本定时单元中的峰值检测器，用于将所述N_symbLen设置为等于N_FFT+N_CPN2；其中，N_CPN2为正常CP模式下除第一个OFDM符号之外的OFDM符号中的CP长度；

第二基本定时单元中的峰值检测器，用于将所述N_symbLen设置为等于N_FFT+N_CPE；其中，N_CPE为扩展CP模式下OFDM符号中的CP长度。

20.根据权利要求18所述的装置，其特征在于：

所述峰值检测器，进一步用于所述M个OFDM符号的峰值中的每一个是否大于预先设置的判决门限，并将大于判决门限的峰值及其位置发送给判决器。

21.根据权利要求12至15任一项所述的装置，其特征在于：

所述判决器，用于判断针对扩展CP模式确定的峰值与针对正常CP模式确定的峰值之间的比值是否大于预先设置的阈值α，在大于时，确定CP模式为扩展CP模式，在小于时，确定CP模式为正常CP模式；其中，α＞0。

22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于：所述α等于2。

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