CN101860502B - 一种检测lte系统双工方式的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种检测LTE系统双工方式的方法和装置，其中，下采样器对基带数字信号进行下采样；延时归一化自相关器对经过下采样的基带数字信号进行延时归一化自相关；双工方式检测器根据所述基带数字信号延时归一化自相关的峰值特征来检测LTE系统的双工方式。通过应用本发明，基于LTE标准的帧结构的特征并经过简单的运算，可以实现快捷、准确的双工方式的检测。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域，更具体地，本发明涉及一种检测LTE系统双工方式的方法和装置。
背景技术
2004年底，第三代合作伙伴计划(3GPP，3rdGenerationPartnershipProject)开始了通用移动通信系统技术的长期演进(LongTermEvolution，LTE)项目。LTE标准核心技术是OFDM(正交频分)技术，已经具备第四代通信标准的特征，因此LTE技术又称为准4G技术。LTE系统具有高频谱效率，高峰值速率，高移动性，低延时等优点，受到各大公司的青睐，在未来相当长的时间里LTE将引领无线通信的发展。
当前的LTE标准采用两种双工方式，分别是LTE时分复用(TimeDivisionDuplexing，TDD)和LTE频分复用(FrequencyDivisionDuplexing，FDD)。在LTE系统中，用户终端刚开机没有任何关于小区网络的先验信息，需要进行LTE系统小区搜索，检测LTE系统是FDD双工方式还是TDD双工方式，才能进行数据接收。现有的检测双工方式的方法，主要利用主同步信号和次同步信号间的距离来判别双工方式，这样的方法在检测到主同步信号后，对每个OFDM符号都需要检测次同步信号，运算复杂度较大，并且对主同步信号和次同步信号的检测准确率有较高要求。
发明内容
为克服现有LTE系统对同步信号的检测准确率要求高、检测中运算复杂度高的缺陷，本发明提出一种检测LTE系统双工方式的方法和装置。
在一个方面中，提供一种检测LTE系统双工方式的方法，包括：
步骤10)、对基带数字信号进行下采样；
步骤20)、把经过下采样的基带数字信号进行延时归一化自相关；
步骤30)、根据所述基带数字信号延时归一化自相关的峰值特征来检测LTE系统的双工方式。
其中，步骤10)还包括：在对基带信号进行下采样之前对所述基带数字信号进行数字低通滤波，其中，数字低通滤波采用保留直流分量附近62个子载波上的数据，滤除其他子载波上的数据。
其中，步骤10)还包括：在对基带信号进行下采样之前对所述基带数字信号进行数字低通滤波，其中，数字低通滤波采用把通带设置成直流分量附近72个子载波。
在另一个方面中，提供一种检测LTE系统双工方式的装置，包括：
下采样器，用于对基带数字信号进行下采样；
延时归一化自相关器，用于对经过下采样的基带数字信号进行延时归一化自相关；
双工方式检测器，用于根据所述基带数字信号延时归一化自相关的峰值特征来检测LTE系统的双工方式。
所述装置还包括：
数字低通滤波器，对所述基带数字信号先进行数字低通滤波，其中，数字低通滤波采用保留直流分量附近62个子载波上的数据，滤除其他子载波上的数据；或者数字低通滤波采用把通带设置成直流分量附近72个子载波。
通过应用本发明，基于LTE标准的帧结构的特征，并经过简单的运算，可以实现快捷、准确的双工方式的检测。
附图说明
图1是LTE系统中FDD无线帧的帧结构示意图；
图2是LTE系统中TDD无线帧的帧结构示意图；
图3是本发明的LTE系统双工方式检测方法的流程图；
图4是本发明的FDD系统延时10ms归一化自相关时域示意图；
图5是本发明的TDD系统延时10ms归一化自相关时域示意图；
图6是本发明的LTE双工方式检测装置的结构示意图；
图7是本发明的延时10ms归一化自相关器的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明所提出的一种LTE系统双工方式的方法和装置进行详细描述。
本发明提供了一种根据FDD帧结构和TDD帧结构的特征来检测LTE系统采用时分双工方式或者频分双工方式的方法和装置。本发明对于LTE系统双工方式的检测与LTE标准的帧结构的特征密不可分，为了方便理解，在对LTE系统双工方式检测方法和装置说明前，首先对LTE标准中FDD帧结构和TDD帧结构的特征进行简要说明。在3GPPTS36.211″PhysicalChannelsandModulation″中，定义了当前的LTE标准中FDD和TDD的帧结构。虽然FDD和TDD是不同的双工方式，但帧结构有很多相同之处，其中，一个无线帧时域距离10毫秒，包括20个时隙，每个时隙在时域上是0.5毫秒。使用常规循环前缀(CP)时，每个时隙包含7个OFDM符号，使用扩展循环前缀时，包含6个OFDM符号。时隙中所包含的循环前缀(常规CP或者扩展CP)起到分隔有用数据的作用，避免相邻有用数据间的相互干扰，可以有效抵抗多径的影响。在具体实现时，循环前缀CP是原始数据最后一部分数据的复制。
具体而言，本发明的检测LTE系统双工方式的方法和装置需要根据FDD和TDD中主同步信号和次同步信号在帧结构中的不同来检测。图1和图2分别示出FDD帧、TDD帧结构的具体组成。
图1示出FDD的帧结构，其中，横坐标代表时间，纵坐标代表频率，主同步信号位于时隙0和时隙10，并且位于这些时隙中的最后一个OFDM符号上。次同步信号位于时隙0和时隙10，并且位于这些时隙中的倒数第二个OFDM符号上。物理广播信道(PBCH)位于时隙1中的序号为0、1、2、3的OFDM符号上。在频域上，前述的主同步信号、次同步信号、PBCH都位于直流分量附近的72个子载波上。
图2示出TDD的帧结构，同样的，横坐标代表时间，纵坐标代表频率。主同步信号位于时隙2和时隙12，并且位于这些时隙中序号为2的OFDM符号上。次同步信号位于时隙1和时隙11，并且位于这些时隙中的倒数第一个OFDM符号上。PBCH位于时隙1，并且位于这些时隙中序号为0、1、2、3的OFDM符号上。在频域上，主同步信号、次同步信号、PBCH都位于直流分量附近的72个子载波上。
可以看出，每10ms无线帧中包含两个主同步信号和次同步信号，包含一个广播信号(PBCH)。因为广播信号的连续四个无线帧中加扰序列不同，所以广播信号的周期是40ms，而同一个帧中的两个次同步信号是不同的，所以次同步信号的周期是10ms，主同步信号的周期是5ms，那么10ms也是主同步信号的周期。可知，只有主同步信号和次同步信号具有10ms周期性，在本申请中称之为LTE帧结构周期性定理。
图3示出一种检测LTE系统双工方式的方法的流程，参考附图，以下将详细说明本方法的流程。
在步骤301中，对接收的30.72MHz基带数字信号进行数字低通滤波。其中，30.72MHz是LTE标准规定的抽样频率。在另一个实施例中，数字低通滤波可以采用保留直流分量附近62个子载波上的数据，其他子载波上的数据滤除掉。另外，低通滤波也可以采用其他可实现的方案，例如可以把通带设置成直流分量附近72个子载波。在又一个实施例中，可以不进行这样的滤波，直接对所接收的未经过滤波处理的30.72MHz基带数字信号进行下面的处理。
在步骤302中，对经过低通滤波的30.72MHz基带数字信号进行下采样。其中，采样率设置成1/32，即每32个符号抽样一个符号。在另一个实施例中，也可以采用其他采样率，比如1/16，1/8，1/4或者其它。通常，低通滤波的通带带宽与采样率可以具有这样的关系：wpass/30.72Hz＜γs，wpass是低通滤波的通带带宽，γs是采样率，用来保证频域数据没有混叠。
在步骤303中，把经过下采样的数字信号进行延时10ms归一化自相关。在一个实施例中，通过ε(n)＝ξ(n)/ρ(n)来计算延时10ms归一化自相关，其中 k是时域序号，r(k)是经过下采样后的时域数据，L是OFDM符号的长度，M是10ms的抽样点数。在另一个实施例中，还提供一种ξ(n)和ρ(n)低复杂度的计算，计算每个点分别只需要两个复数乘法和两个复数加减法，ξ(n)采用递归方法进行计算，由公式可推导出ξ(n+1)＝ξ(n)-r(n)r*(n+M)+r(n+L)r*(n+L+M)，同理ρ(n)也可以使用类似公式进行计算。另外，可以采用10n倍ms延时，然而采用10n倍延时将增加存储器内存。
在步骤304中，根据归一化自相关的峰值特征来检测LTE的双工方式。在一个实施例中，设置自相关系数Th，Th根据具体系统测试得出，可以根据实际系统进行调整，典型的Th设置为0.4，超过Th的连续多个峰值称为峰值窗口。如果10ms时间内峰值窗口是2个，可以判定LTE系统采用FDD双工方式，如果10ms时间内峰值窗口是4个，可以判定LTE系统采用TDD双工方式。
具体而言，如图4和5所示，其中图4示出FDD双工方式下延时10ms归一化自相关的时域图，图5示出TDD双工方式下延时10ms归一化自相关的时域图。根据上述LTE帧结构周期性定理，在进行10ms延时自相关时，每个主同步信号和次同步信号进行自相关时都会产生峰值。LTE标准规定在10ms帧中有两个主同步信号，两个次同步信号。在TDD双工方式下，主同步信号和次同步信号是隔开的，所以能够产生4个峰值窗。在FDD双工方式下，主同步信号和次同步信号是相连的，主同步信号和次同步信号产生的峰值窗口连在一起形成一个窗口，所以只有2个峰值窗口，每个峰值窗口持续时间比TDD双工方式下的峰值窗口持续时间长。所以，根据LTE帧结构周期内的峰值窗口数量就可以判断双工方式。
对应于上述检测方法，本发明可以实现为一种检测LTE系统采用时分双工或者频分双工的装置。图6示出根据本发明的实施例的一种检测LTE系统采用时分双工或者频分双工的装置。如图6所示，本装置主要包括数字低通滤波器601、下采样器602、延时10ms归一化自相关器603、双工方式检测器604。所述数字低通滤波器601对接收的30.72MHz基带数字信号进行低通滤波。下采样器602对经过低通滤波器601的信号进行下采样。延时10ms归一化自相关器603对经过下采样的数字信号进行归一化自相关。双工方式检测器604根据延时10ms自相关器产生的峰值特征，检测出LTE系统的双工方式。检测LTE系统时分双工或者频分双工的实施方式和检测LTE系统时分双工或者频分双工的方法是相对应的，在此不再赘述。
图7示出一种10ms归一化自相关器的实现框图，该框图包括乘法单元、累加单元、延时单元、能量归一化单元。图7中的自相关器对应于公式L表示OFDM符号的长度，M表示10ms的抽样点数，具体实现不再赘述。
最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。
Claims (9)
1.一种检测LTE系统双工方式的方法，包括：
步骤10)、对基带数字信号进行下采样；
步骤20)、把经过下采样的基带数字信号进行延时归一化自相关；
步骤30)、根据所述基带数字信号延时归一化自相关的峰值特征来检测LTE系统的双工方式，其中，所述步骤30)包括检测10ms时间内超过自相关系数的峰值窗口，如果峰值窗口是2个，判定LTE系统采用FDD双工方式；如果峰值窗口是4个，判定LTE系统采用TDD双工方式。
2.权利要求1的方法，其中，步骤10)还包括：在对基带信号进行下采样之前对所述基带数字信号进行数字低通滤波，其中，数字低通滤波采用保留直流分量附近62个子载波上的数据，滤除其他子载波上的数据。
3.权利要求1的方法，其中，步骤10)还包括：在对基带信号进行下采样之前对所述基带数字信号进行数字低通滤波，其中，数字低通滤波采用把通带设置成直流分量附近72个子载波。
4.权利要求2或者3的方法，其中，步骤10)中，所述下采样的采样率为1/32、1/16、1/8或者1/4，即每32、16、8或者4个符号抽样一个符号，所述低通滤波的通带带宽wpass与采样率γs具有这样的关系：wpass/30.72Hz＜γs。
5.权利要求1的方法，其中，所述延时归一化自相关采用10ms延时归一化自相关，通过ε(n)＝ξ(n)/ρ(n)来计算，其中 k是时域序号，r(k)是经过下采样后的时域数据，L是OFDM符号的长度，M是10ms的抽样点数。
6.权利要求1的方法，其中，所述延时归一化自相关采用10ms×n延时归一化自相关，通过ε(n)＝ξ(n)/ρ(n)来计算，其中 k是时域序号，r(k)是经过下采样后的时域数据，L是OFDM符号的长度，M是10ms×n的抽样点数。
7.一种检测LTE系统双工方式的装置，包括：
下采样器，用于对基带数字信号进行下采样；
延时归一化自相关器，用于对经过下采样的基带数字信号进行延时归一化自相关；
双工方式检测器，用于根据所述基带数字信号延时归一化自相关的峰值特征来检测LTE系统的双工方式，其中，所述双工方式检测器被配置为检测10ms时间内超过自相关系数的峰值窗口，如果峰值窗口是2个，判定LTE系统采用FDD双工方式；如果峰值窗口是4个，判定LTE系统采用TDD双工方式。
8.权利要求7的装置，还包括：
数字低通滤波器，对所述基带数字信号先进行数字低通滤波，其中，数字低通滤波采用保留直流分量附近62个子载波上的数据，滤除其他子载波上的数据；或者数字低通滤波采用把通带设置成直流分量附近72个子载波。
9.权利要求8的装置，其中，所述下采样器的采样率为1/32、1/16、1/8或者1/4，即每32、16、8或者4个符号抽样一个符号，所述数字低通滤波器的通带带宽wpass与所述下采样器的采样率γs具有这样的关系：wpass/30.72Hz＜γs。
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