CN101820321B - 一种lte下行辅同步信道检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无线通信技术领域，具体为LTE下行辅同步信道检测方法。该方法包括首先对接收信号判别信噪比高低；并将输出信号序列分为提出奇数序列和偶数序列；然后根据最大的相关值λ动态设置检测门限，经比较，得到m₀的候选集；再根据m₀的候选集和m₀与m₁的对应关系确定m₁的候选集；将两个候选集一一对应的索引号的相关值相加，取所得和最大的一组所对应的索引号作为辅同步最终索引号(m₀，m₁)；由辅同步序列索引号m₀，m₁确定最终小区标识组号；本发明在m₁的检测过程中通过优化讨论降低了m₁的检测运算量；通过对子帧中辅同步序列部分做多帧平均以提高检测正确率。

Description

一种LTE下行辅同步信道检测方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及LTE下行辅同步信道以及小区标识组号的检测方法。

背景技术

第三代合作伙伴计划长期演进(3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution，3GPP-LTE)移动通信系统是第三代(3rd generation，3G)移动通信系统的演进，它的提出始于2004年3GPP的多伦多会议。LTE采用正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)技术和多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)技术作为物理层无线空中接口标准。LTE在20MHz频谱带宽下能够提供下行326Mbit/s与上行86Mbit/s的峰值速率。

下行同步是小区搜索的重要内容，移动台需要从小区基站发送的下行同步信道中取得时间、频率的同步，获取小区标识。在LTE系统中，移动台可以通过主同步信道(primarysynchronization channel，P-SCH)和辅同步信道(secondary synchronization channel，S-SCH)完成下行同步。具体而言，移动台通过P-SCH完成符号定时和频偏校正、承载小区标识组内编号，并进行信道估计；通过S-SCH进行10ms帧定时同步，并检测小区标识组号。

S-SCH辅同步检测原理主要基于LTE系统辅同步序列良好的相关特性，通过对接收信号经过解扰，然后将其与可能的辅同步序列做相关运算，并比较相关值的大小来确定本小区的同步序列，最终确定小区标识组号。

“3rd Generation Partnership Project(3GPP)Technical Specification Group Radio Accessnetwork；Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)；Physical channels andmodulation，Release 8，3GPP TS 36.211 V8.5.0.2008”规定了辅同步序列的生成方式，每个小区标识组号由两个辅同步索引号(m₀，m₁)确定，索引号m₀所确定的序列与索引号m₁所确定的序列经过交织形成完整的辅同步频域信号。

一种LTE下行辅同步的检测方法是利用相关检测最大值获得辅同步序列第一个索引号m₀，再利用检测出的第一索引号信息相关检测出第二索引号m₁，从而获得相应小区标识组号。这种检测单一最大相关值并获得辅同步索引号的方法容易受到信道噪声干扰，在对辅同步序列进行相关检测时，如果最大相关值所对应的可能辅同步序列位置产生偏移，则辅同步索引号检测出错，小区标识组号也随之错误。另一种下行辅同步检测方法是检测辅同步信号的两个索引号对应的相关值之和，这需要对全部167对辅同步索引号组合进行检测。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可实现运算复杂度和检测性能折中的，能降低检测计算量的LTE下行辅同步信道检测方法

本发明提出的LTE下行辅同步信道检测方法，是基于LTE下行辅同步信号的特点，采取相应解交织、解扰、门限检测等一系列检测流程完成下行辅同步信道检测。

本发明方法包括下述步骤：

步骤1：对接收信号判别信噪比高低，若判定结果信噪比为高，则进入步骤2，若信噪比为低，则继续接收多帧，对各帧中辅同步序列部分进行平均，平均后的序列作为待检测辅同步序列，进入步骤2。

考虑到由于用户设备(user equipment，UE)每5ms周期性发送一次辅同步信道，因此可采取多次测量确定小区组号的方式。由于求平均后可将噪声对信号的影响逐步降低，采取对接收多帧求平均的检测方法可以提升检测正确率。

信噪比高低依据具体系统性能需求判定。能满足系统性能需求时的信噪比即认为是高信噪比。

步骤2：将步骤1的输出信号序列的奇数位置上的信号提出组成一新的序列，简称为奇数序列，将偶数位置上的信号提出组成一新的序列，简称为偶数序列；设奇数序列所含索引号为m₀，偶数序列所含索引号为m₁；将奇数序列与31个本地标准辅同步序列进行相关，来提出奇数序列中包含的参数m₀取值，并记录这31个相关值中最大的相关值，记其为λ；

对接收到的辅同步序列(或经过求平均运算后的辅同步)的奇数位部分解扰后的31位序列记为列向量d_k，k∈[0，30]。定义本地相关矩阵为

M＝[s(m₀＝0)s(m₁＝1)s(m₂＝2)…s(m₃₀＝30)]^T

s(m₀＝i) i∈[0，30]是由“3rd Generation Partnership Project(3GPP)TechnicalSpecification Group Radio Access network；Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)；Physical channels and modulation，Release 8，3GPP TS 36.211 V8.5.0.2008”协议所规定的循环移位序列，每个循环移位序列对应一个辅同步序索引号m₀或m₁，31个这样的序列构成了本地相关矩阵。

相关运算表示为y＝Md_k，y为将接收序列与31个本地序列进行相关运算所得的31个相关值所组成的向量。

步骤3：根据最大的相关值λ动态设置检测门限，对步骤2中相关检测得到的所有相关值与门限进行比较，如果与某一本地标准辅同步序列的相关值超过该门限，记录该本地标准辅同步序列的索引号，将所有记录的索引号组成一集合，定义为m₀的候选集；

检测门限有多种选取方式，本发明中这个门限值设为最大相关值λ乘以一个系数，这个系数在0~1之间取值，这个系数越大，则门限值越大越接近λ，这样满足门限条件的索引号就越少，计算量也越低；若系数小则反之。适当的选取这个系数，可以获得检测性能与复杂度之间的折中。

步骤4：利用m₀候选集中的每一个m₀待选值，产生出与之相对应的辅同步信号序列偶数位置上的扰码，对步骤1的输出信号序列的偶数位置进行解扰，并这些偶数位置上的信号提出组成一新序列，将其与本地辅同步偶数位序列(含有m₁信息)进行相关检测，根据m₀的候选集和m₀与m₁的对应关系确定m₁的候选集；这两个候选集中的m₀与m₁是一一对应的；

根据辅同步序列索引号与小区标识组号的对应关系，辅同步序列第二个索引号m₁的检测方式如下：

由“3rd Generation Partnership Project(3GPP)Technical Specification Group Radio Accessnetwork；Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)；Physical channels andmodulation，Release 8，3GPP TS 36.211 V8.5.0.2008”协议所规定，m₀与m₁的对应关系表，可以归纳为以下5类，但是在这里m₀与m₁并没有区分大小。这样归纳的好处是，检测时不必区分所接受子载波是0帧还是5帧，而是由检测出m₀和m₁以后由m₀和m₁的大小来确定(子帧0中：m₀＜m₁，子帧5相反)。

当m₀∈[0，2]时，m₁∈[0，m₀+7]，且m₁≠m₀；

当m₀∈[3，7]时，m₁∈[0，m₀+6]，且m₁≠m₀；

当m₀∈[8，9]时，m₁∈[m₀-7，m₀+6]，且m₁≠m₀；

当m₀∈[10，24]时，m₁∈[m₀-6，m₀+6]，且m₁≠m₀；

当m₀∈[25，30]时，m₁∈[m₀-6，30]，且m₁≠m₀。

先根据m₀与m₁的对应关系，对应于步骤3中所得到的每一个m₀，在相关矩阵中找到所有可能的m₁值所对应的行，并提取出一个新的矩阵，该矩阵的行数小于31，采用相关检测算法检测得m₁；此步骤中的检测m₁的方法具有较低的计算量。

步骤5：将两个候选集一一对应的索引号的相关值相加，取所得和最大的一组所对应的索引号作为辅同步最终索引号(m₀，m₁)。

步骤6：由辅同步序列索引号m₀，m₁确定最终小区标识组号；并由m₀与m₁的大小确定帧序号。具体地，若m₀大于m₁，则判决当前子帧为第5子帧；若m₀小于m₁，则判决当前子帧为第0子帧。在当前子帧判定为第5子帧时，需再将m₀、m₁的值交换。

本发明在完成下行信道辅同步检测过程中采用了动态门限设置的方法，适当的设置门限可以实现运算复杂度和检测性能的折中；在m₁的检测过程中通过优化讨论降低了m₁的检测运算量。同时通过对子帧中辅同步序列部分做多帧平均以提高检测正确率。并评估了主同步中的信道估计的均方误差对辅同步检测的影响。

附图说明

图1为本发明专利提出的辅同步信道检测算法的原理图。

图2为本发明专利提出的辅同步信道检测算法的流程图。

图3为本发明专利的实验例1中通过计算机仿真得到的不同检测门限下小区标识组号的检测正确概率曲线。

图4为本发明专利的实验例2中通过计算机仿真得到的在利用多帧数据进行辅同步信道检测小区标识组号的正确概率性能曲线。

图5为本发明专利的实验例3中通过计算机仿真得到的辅同步信道检测小区标识组号的正确概率在不同信道均方误差的性能曲线。

具体实施方式

考虑一个3GPP-LTE系统，基站端发送的主同步信号和辅同步信号经过多径衰落信道，达到用户接收机，并受高斯白噪声影响。假设下行同步过程中，接收机已完成从主同步信号中获得时间同步，频率同步，和信道估计信息的过程。辅同步检测首先对辅同步序列进行快速傅里叶变换(fast Fourier transform，FFT)，将辅同步信号从时域转为到频域。

对辅同步信号作信噪比判定，若判定结果为高信噪比，直接对辅同步频域信号进行解交织、解扰及相关检测等后续步骤。反之若判定结果为低信噪比，则接收多帧辅同步信号(例如存取连续的3帧辅同步信号)。用户接收机首先利用主同步每次获得的信道估计信息对这连续几帧辅同步信号分别进行相干解调，然后对解调后的各序列进行平均，将平均后的新序列作为检测算法的输入序列。

根据辅同步序列交织特性，先对解扰后序列的奇数位依据门限，进行相关检测，并根据辅同步序列索引号与小区标识组号的对应关系得到辅同步序列索引号集合m₀后，进一步获得m₁。

对提取接受帧中的辅同步频域序列进行解扰、相关检测等步骤。具体地，辅同步序列由对应的两个辅同步索引号m₀，m₁唯一确定。检测步骤如下：

用本地扰码对接收序列解扰，该本地扰码由主同步获得的小区标识组内编号确定。利用本地相关矩阵，相关检测接收序列奇数位，将检测奇数位获得的31个相关值排序。每个相关值可求得一个对应的辅同步索引号m₀。设定检测门限，凡相关值大于检测门限，对应辅同步索引号m₀应纳入候选集A。生成A中各个索引号m₀的相关扰码，用各个扰码对接收序列偶数位分别解扰。再次利用本地相关矩阵，对各个解扰后偶数位相关检测，同样地，每个相关值对应个辅同步索引号m₁。每次仅取出最大相关值获得的索引号m₁纳入候选集B。这样，B中每个索引号m₁与A中的索引号m₀一一对应。将两个候选集中的每个m₀对应相关值和B中与其匹配的m₁对应的相关值相加，取所得相关值之和最大的一组(m₀，m₁)作为辅同步最终索引号。并获得小区标识组号。

实验例1：不同的检测门限下的检测性能

本实验例仿真了门限设置对检测性能的影响效果，实验中假设信道估计的均方误差为0.1。当门限设为最大相关值时，索引号m₀候选集中仅含一个备选序号，即为最大相关值对应的那个m₀，并仅以此来检测相应m₁，候选集范围变成了仅仅一对索引序号对，这样m₀如果出错会对检测性能产生直接影响，一旦m₀出错，m₁无论检测对错，最终检测出的小区标识组号必定会出错。图3展示了在这种门限选取方案下的小区标识组号的检测正确概率在不同接收信噪比下的性能曲线，从图中可以看出，例如当接收信噪比为0dB时，检测正确概率约为65％。

当门限为0时，即检测全部的m₀所对应的m₁，它的检测正确率曲线较之前述的门限为最大相关值时上移，当接收信噪比为0dB时的检测正确概率约为75％。

门限设为0.5λ时与门限设为0时的图线几乎重合，但它的计算量较之门限设为0时大大降低。利用门限检测设置索引号候选集增大了检测正确概率，对检测性能有了一定补偿。

通过本实验，可以看出调节不同检测门限，可以获得检测性能与复杂度之间的折中，当门限值设置为最大相关值的0.5倍时，能获得两者间较好的平衡。

实验例2：多帧平均提高检测正确率

本实验例仿真了采用多帧平均方法后的检测正确率性能曲线。假设基站发送的连续多帧辅同步信号经过独立的多径衰落信道到达接收端。用户接收机首先对这些辅同步序列分别进行信道解调，然后对所得各个序列进行平均，作为检测算法的输入序列。设检测门限为最大相关值的0.5倍。图4展示了采用多帧平均方法后的小区标识组号的检测正确率性能曲线。可以从图中看出，采用多帧平均处理后，可以显著提高辅同步的检测正确概率，例如当采用两帧平均时，当接收信噪比为0dB时的正确检测概率可以达到约90％，三帧平均下的正确检测概率可以达到约92％。

实验例3：不同的信道估计均方误差对检测正确概率的的影响

本实验仿真了不同信道估计均方误差对检测正确概率的的影响，仿真中设定连续接收两个辅同步信号进行平均，检测门限设为最大相关值的0.5倍。图5展示了在不同信道估计均方误差下小区标识组号的检测正确概率随不同接收信噪比而变化的性能曲线。从图中可以看出，辅同步信号的检测正确概率随信道估计均方误差的增大而降低，例如在信道估计均方误差为0.01时，在接收信噪比为0dB时的辅同步信号检测正确概率约为92％；当信道估计均方误差为0.2时，在同一接收信噪比下的检测正确概率降低为约85％。

Claims (1)

1.一种LTE下行辅同步信道检测方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤1：对接收辅同步信号判别信噪比高低，若判定结果信噪比为高，则进入步骤2，若信噪比为低，则继续接收多帧，对各帧中辅同步序列进行求平均运算，平均后的序列作为待检测辅同步序列，进入步骤2；

步骤2：将步骤1的输出信号序列的奇数位置上的信号提出组成一新的序列，简称为奇数序列，将偶数位置上的信号提出组成一新的序列，简称为偶数序列；设奇数序列所对应索引号为m₀，偶数序列所对应索引号为m₁；将奇数序列与31个本地标准辅同步序列进行相关，来提出奇数序列对应的参数m₀取值，并记录这31个相关值中最大的相关值，记其为λ；

步骤3：根据最大的相关值λ动态设置检测门限：最大的相关值λ乘以一个系数作为检测门限，该系数在0～1之间取值，对步骤2中相关检测得到的所有相关值与门限进行比较，如果与某一本地标准辅同步序列的相关值超过该门限，记录该本地标准辅同步序列的索引号，将所有记录的索引号组成一集合，定义为m₀的候选集；

步骤4：利用m₀候选集中的每一个m₀待选值，产生出与之相对应的辅同步信号序列偶数位置上的扰码，对步骤1的输出信号序列的偶数位置进行解扰，然后将这些偶数位置上的信号提出组成一新序列，将其与含有m₁信息的本地标准辅同步序列的偶数位序列进行相关检测，根据m₀的候选集和m₀与m₁的对应关系确定m₁的候选集；这两个候选集中的m₀与m₁是一一对应的；

步骤5：将两个候选集中的每个m₀对应相关值和与其匹配的m₁对应的相关值相加，取所得相关值之和最大的一组(m₀，m₁)作为辅同步最终索引号；

步骤6：根据m₀、m₁的大小重新确定子帧号，若m₀大于m₁，则判决当前子帧为第5子帧；若m₀小于m₁，则判决当前子帧为第0子帧；在当前子帧判定为第5子帧时，再将m₀、m₁的值交换；

步骤4中所述从偶数序列中检测出m₁，是利用m₀与m₁如下对应关系进行选择性检测：

当m₀∈[0，2]时，m₁∈[0，m₀+7]，且m₁≠m₀；

当m₀∈[3，7]时，m₁∈[0，m₀+6]，且m₁≠m₀；

当m₀∈[8，9]时，m₁∈[m₀-7，m₀+6]，且m₁≠m₀；

当m₀∈[10，24]时，m₁∈[m₀-6，m₀+6]，且m₁≠m₀；

当m₀∈[25，30]时，m₁∈[m₀-6，30]，且m₁≠m₀；

先根据m₀与m₁的对应关系，对应于步骤3中所得到的每一个m₀，在相关矩阵中找到所有可能的m₁值所对应的行，并提取出一个新的矩阵，该矩阵的行数小于31，采用相关检测算法检测得m₁；

其中，信噪比高低依据具体系统性能需求判定，即能满足系统性能需求时的信噪比即认为是高信噪比；

所述相关矩阵定义为：

M＝[s(m₀＝0)s(m₁＝1)s(m₂＝2)…s(m₃₀＝30)]^T

s(m₀＝i)i∈[0，30]是由“3rd GenerationPartnership Project(3GPP)TechnicalSpecification Group Radio Access network；Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)；Physical channels and modulation，Release8，3GPP TS36.211V8.5.0.2008”协议所规定的循环移位序列，每个循环移位序列对应一个辅同步序索引号m₀或m₁，31个这样的序列构成本地相关矩阵；

所述相关运算表示为y＝Md_k，d_k，k∈[0，30]为对接收到的辅同步序列的奇数位部分解扰后的31位序列。

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