CN102014461B

CN102014461B - 用于td-lte的扫频方法和装置

Info

Publication number: CN102014461B
Application number: CN200910195249A
Authority: CN
Inventors: 董胜龙
Original assignee: Leadcore Technology Co Ltd
Current assignee: Leadcore Technology Co Ltd
Priority date: 2009-09-07
Filing date: 2009-09-07
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2029-09-07
Also published as: CN102014461A

Abstract

本发明涉及一种用于TD-LTE的扫频方法和装置，该方法是在获取同步信息后，根据TD-LTE同步信号的时频特点，设定数据接收的时域和频域范围以避开上行信号的影响，而且在如MHz级别的频域范围可以一次完成许多个可能频点的数据接收；然后将接收数据从时域变换到频域；之后对同步信号范围内信号强度的测量和频域特征匹配，其中频域特征匹配可以提高测量的准确性，避免下行业务数据对测量结果的影响；最后进行频点的快速筛选。由此，本发明可以提高频率搜索速度和准确性。

Description

用于TD-LTE的扫频方法和装置

技术领域

本发明涉及TD-SCDMA的长期演进(TD-LTE)方案，尤其是涉及用于TD-LTE的扫频方法和装置。

背景技术

在终端运行过程中，PLMN(Public Land Mobile Network，公共陆地移动网络)搜索是一个重要的必须支持的功能，即终端在没有先验知识和提示信息的情况下，主动搜索周围的网络情况，通过解析所有的PLMN标识(PLMN_Id)，整理出可用的PLMN列表(PLMN_List)并上报用户以便实现手动网络选择的过程。

在终端开机小区初搜、运行过程中的PLMN背景搜索等过程中，需要首先进行扫频，尽快准确地对可能存在信号的频点进行甄别排序，以便缩小范围，避免遗漏和误判。这一过程的关键在于速度和准确性。

和传统的2G/3G接入技术相比，TD-LTE的一个重要的变化是带宽可变，由此带来的一个特征是相邻小区的中心频点可以不受带宽的约束。在协议中，两个小区的中心频点的最小间隔为100KHz，而频段往往达到100MHz(比如2300MHz～2400MHz)，这就意味着PLMN搜索过程中需要甄别的中心频点数目高达1000个。因此已知的扫频方法的速度会因为庞大的搜索范围而受到挑战。

此外，由于TD-LTE是一个TDD(Time Divide Duplex：时分双工)系统。和所有的TDD系统一样，其上行干扰是一个无法避免的问题。在扫频过程中，终端为了搜索和识别网络，必须进行较长时间的连续数据接收。在此过程中，接收数据不可避免地混入周围其他终端的上行发送信号，从而导致接收数据遭到污染。在以往的扫频方法中，每个频点的测量结果都会引入不可容忍的误差，从而影响扫频结果的准确性，直接影响后续结果的正确性和有效性。

下面通过具体描述目前的PLMN扫频方法来分析它存在的缺陷。

参照图3所示，目前PLMN扫频的过程由以下步骤完成：

步骤S10，以100KHz为间隔，列出所有可能的中心频点。以100MHz的LTE频段为例，可能的中心频点数目1000个；

步骤S11，对每个可能的频点，在测量带宽范围内连续接收5ms以上的数据；

步骤S12，计算每个频点的测量宽带RSSI(Received Signal StrengthIndicator，接收信号强度指示)；

步骤S13，如有必要，更换测量带宽，返回步骤S11；

步骤S14，统计宽带RSSI，即根据不同带宽下测量的RSSI选择最有可能出现频点的带宽；

步骤S15，统计扫频结果，即根据宽带RSSI筛选所有可能频点。

采用上述的已知扫频方法，一方面因为要对1000多个频点分别接收5ms以上的数据，并且要对每个频点的接收数据分别处理获得RSSI，排序的时间开销大；此外，用于测量RSSI的数据在时域和频域都存在盲目性，网络发送的用户数据和其他终端的上行发射信号产生的影响不可避免，排序的准确性无法得到保证，进而严重影响后续步骤的正确性。

因此，亟需寻找一种合理高效的策略，提高频点排序的准确性和快速性，改善用户体验，提升终端的搜网性能。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出TD-LTE的扫频方法和装置。该方法首先保证了每个频点测量结果的正确性，并在此基础上缩减需要搜索的频点数目。

本发明的一个方面提出一种用于TD-LTE的扫频方法，包括以下步骤：

a.获取LTE频段中所有可能的频点；

b.获取同步信息；

c.在具有预定带宽范围的频带内，基于所述同步信息接收预定时域范围内的数据，其中所述预定时域范围内不存在终端上行信号；

d.对接收数据进行频域变换，以获得所述频带内的子载波频域数据；

e.统计所述频带内的频点周围72个子载波的强度之和；

f.对所述频带内的频点进行频域特征匹配，其中频点周围62个子载波的强度之和与频点周围72个子载波的强度之和的比例不小于一预定系数的频点判定为匹配成功；

g.确定接收数据的频点是否已覆盖整个LTE频段，若否则更换接收数据的频带并返回步骤c。

在上述的方法中，在步骤g之后还可包括步骤：

h.筛选出强度≥τ的N个可用频点，其中τ，N是预先设定的参数。

在上述的方法中，获取同步信息的步骤进一步包括：确定当前是否已进行同步；若已进行同步，则从当前同步中获取同步信息；否则，利用历史记录的小区频点搜索同步信息。

在上述的方法中，上述预定时域范围为TD-LTE下行同步信号中从辅助同步信号到主同步信号的4个符号。

在上述的方法中，所述预定频宽是根据终端的的能力设置。

在上述的方法中，进行所述频域变换的方法包括快速傅立叶变换。

在上述的方法的对频带内的频点进行频域特征匹配的步骤中，还可以将频点周围31个子载波的强度之和与频点周围36个子载波的强度之和的比例不小于一预定系数的频点判定为匹配成功。

本发明的另一方面提出一种用于TD-LTE的扫频装置，包括：用于获取LTE频段中所有可能的频点的装置；用于获取同步信息的装置；用于在具有预定带宽范围的频带内，基于所述同步信息接收预定时域范围内的数据的装置，其中所述预定时域范围内不存在终端上行信号；用于对接收数据进行频域变换以获得所述频带内的子载波频域数据的装置；用于统计所述频带内的频点周围72个子载波的强度之和的装置；用于对所述频带内的频点进行频域特征匹配的装置，所述装置判定频点周围62个子载波的强度之和与频点周围72个子载波的强度之和的比例不小于一预定系数的频点为匹配成功；用于确定接收数据的频点是否已覆盖整个LTE频段的装置；以及用于更换接收数据的频带的装置。

本发明的快速扫频方法由于采用以上技术方案，使之与现有的扫频方法相比，具有如下显著优点：首先，设定数据接收的时间和频域范围，避免了上行信号的影响；其次，一次数据接收完成许多个可能频点的强度测量可以几十倍提高效率；再者，对同步信号范围内信号强度的测量和频域特征匹配，提高了测量的准确性，避免下行业务数据对测量结果的影响。另外，本发明的参数可配置提供了一定的灵活性，以适应不同的网络环境。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1示出TD-LTE下行同步信号的频域结构图。

图2示出TD-LTE下行同步信号的时域结构图。

图3示出已有的一种扫频方法流程图。

图4示出本发明一实施例的快速扫频方法流程图。

具体实施方式

本发明所提供的实施例描述了快速扫频的方法，该方法在分析TD-LTE系统下行同步信号和物理信号时频分布特点的基础上，提出在提高每个频点测量结果的正确性以及缩减需要搜索的频点数目方面的改进。

可以理解的是，终端在搜网过程中并不一定对网络都是未知状态。在现实中，终端往往已经获得了至少一个小区的同步信息，却因为高层协议状态恢复或者用户发起手动搜网等原因，触发了终端的扫频。在此应用场合中，终端事实上可以利用已经获得同步信息，提高扫频的速度和准确性。

通过对TD-LTE系统下行同步信号进行分析可以得到一些有用的结论。图1和2分别示出TD-LTE下行同步信号的频域结构和时域结构，通过对该信号的频域结构和时域结构的分析可以发现TD-LTE下行同步信号具有如下特点：

a)时域出现位置以5ms为周期，主同步信号PSS(Primary SynchronizationSignal)和辅同步信号SSS(Secondary Synchronization Signal)的长度分别为1个符号，共占据4个符号的时域位置，PSS和SSS之间固定为下行控制信道；

b)频域位置相对固定：中心频点两侧72个子载波范围内，有效信息在中心62个子载波，两侧各有5个子载波的保护间隔，保护子载波内没有信号发送；

c)构成：Zadoff-Chu序列及其衍生序列，相关性强；

d)同步信号的构成和分布情况和系统带宽无关；

e)一对PSS和SSS之间固定为下链(DL)控制信道，并且两侧至少各有3个符号都属于下行信道或者间隔，不会用作上行发送的资源。

根据上述信号结构，如果能够使扫频过程中所接收的信号仅限于下行信道，则可排除其他终端上行信号对于数据接收的干扰。

下面参照图4所示描述本发明一实施例的快速扫频方法。

在步骤S20以预定的频宽为间隔，列出所有可能的中心频点。以100MHz的LTE频段为例，以100KHz为间隔，可能的中心频点数目有1000个；

在步骤S21-23中获取同步信息。首先于步骤S21确定是否进行过TD-LTE同步。如果未获得TD-LTE同步(例如扫频发生在开机时刻)，方法进入到步骤S22，根据终端中存储(如存储于SIM卡中)的信息获得上次关机前记录的历史小区频点，并对此搜索主同步信号PSS和辅同步信号SSS，获得LTE帧同步；如果频点已经驻留，则方法进入到步骤S23，根据TD-LTE的同步的特点，利用服务小区的帧头位置，作为系统同步信息。

在步骤S24进行宽带数据接收。接收数据是RSSI(Received Signal StrengthIndicator，接收信号强度指示)的测量依据，也就是频点排序的基础，其准确性和纯净性是获得正确测量结果的保证。为此，接收数据的时域和频域范围按照如下方法确定：

时域范围：基于已知同步信息，接收数据的时域范围为从SSS到PSS的4个符号。即：

T＝{S0，S1，S2，S3} (1)

其中S0为子帧0或子帧5的最后一个符号，即图2中的S-SCH，S3为子帧1或者子帧6的第三个符号，即图2中的P-SCH。

从TD-LTE的帧结构可以发现，上述表达式(1)所描述的时间范围的左右两侧，各有3个符号不会用于上行发送。因此本步骤可以对128Km范围以内的小区实现准确测量，而不会受到终端上行发送信号的影响；

频域范围：从频带边缘开始，依次选择在终端的能力范围内的带宽为预定范围F_B的频带F。即：

F＝{f(i)，f(i)+F_B}，f(i+1)＝f(i)+F_B (2)

其中f(i)为第i次接收的起始频点，每一次于步骤S30更新接收数据带宽时，起始频点提高F_B。

由于TD-LTE终端必须支持上限为20MHz的可变带宽设置，因此终端有能力实现一次性接收20MHz带宽范围内数据的能力，而后续操作实现对20MHz带宽范围内可能频点的测量和排序。即一次数据接收，可以完成20MHz范围内的200个频点排序。对于100MHz频段的频点排序，只需做5次数据接收即可完成。

可以理解的是，上述的20MHz预定带宽范围并非作为限定。在替换性的例子中，尽管终端仍然支持20MHz的带宽设置，但是可以一次10MHz范围的数据接收进行10次数据接收。

在步骤S25进行频域变换。一种方法是对接收数据做2048点FFT(快速傅立叶变换)，获得测量频带范围F内的子载波频域数据，子载波宽度为15KHz。

之后，在步骤S26统计频带F内的每个中心频点i周围72个子载波的强度之和。即：

RSSI (i) = Σ_{k = 0}^{71} S_{i, k} - - - (3)

由于同步信号，包括主同步信号PSS和辅同步信号SSS，都存在于中心频点周围1.08MHz范围内，共占用72个子载波。所以对这些子载波强度的统计，可以反映出一个频点的周围存在同步信号的可能性。

由于小区的信号到达终端存在一定的时间差，当按照一个小区的帧定时接收同步信号时，其他小区的下行用户数据很有可能混入其中。为了避免下行数据对测量结果的影响，需要在步骤S27对测量频带F内的每个频点进行频域特征匹配。具体过程如下：

同步信号占据72个子载波的频域资源，但两侧各有5个子载波作为间隔(Gap)而存在，网络并不在其中发送同步信号。因此可以利用这个特性对每个接收频点进行频域特征匹配。采用如下方法进行频域特征匹配：

其中，

R (i) = Σ_{k = 5}^{66} S_{i, k},

表示频带F内的每个中心频点i周围62个子载波的强度之和。α是一个小于1的常数，表示有效同步信号在整个同步带宽内的信号比例。α可以根据实际测量环境调整取值，α取值越大，则对于同步信号的匹配条件越严格。

对于没有匹配成功的频点，可以认为不符合同步信号的频域特征而予以排除。

值得注意的是，在一个替代实施例中，可以在步骤S26统计频带F内的每个中心频点i周围36个子载波的强度之和，在步骤S27计算频点周围31个子载波的强度之和与频点周围36个子载波的强度之和的比例，这一比例也反映了同步信号的特征，因此该比例与一预定系数的大小关系也可以作为判定匹配是否成功的依据。

可选地，在步骤S28进行频点筛选，以减少后续搜索中需要操作的频点数目。采用绝对阈值+TopN的策略，将可选频点的数目缩小到不大于N的范围，从而完成频点排序。具体过程是：

对所有可能频点的特征RSSI的强弱排序，得到任意一个频点F_i的序号S_i，根据如下原则构建可用频点集合P：

F_i∈P，If RSSI(i)≥τ，and S_i≤N (5)

其中τ和N是预先设定的参数，τ的意义是真正TD-LTE中心频点的最小信号强度，N的意义是同时覆盖终端所在位置的小区数目的最大值。这两个参数可以通过离线仿真以及网络规划中获得，在实际使用中可以对条件做适当宽松，即降低信号强度的绝对阈值和扩大频点搜索范围。

在步骤S29确定扫频是否覆盖了整个频段，对LTE频段而言为100MHz。如果不是，则于步骤S30更换接收数据频带，然后回到步骤S24重复执行。否则，方法进入到步骤S31，统计所有扫频结果。

本发明的上述实施例针对TD-LTE系统中频点排序的时间过长和误差较大的问题，首先利用TD-LTE的同步组网的特点，只对一个小区进行同步检测，避免多次的同步检测过程；然后根据TD-LTE同步信号的时频特点，设定数据接收的时间和频域范围，避免了上行信号的影响，而且一次数据接收完成许多个可能频点的强度测量可以成倍提高效率；再者对同步信号范围内信号强度的测量和频域特征匹配，提高了测量的准确性，避免下行业务数据对测量结果的影响。

上述优点可以明显地反映在实际应用中。以100MHz频段为例，可能的中心频点数目为1000个，如果采用已有的扫频方法，则总共需要5秒钟的数据接收，再加上数据处理需要大概10秒钟的时间；更重要的是，现有方法不能排除上行发射信号和下行业务的影响，无法保证测量的准确性。而采用本发明的实施例提出的方法，只需要5次数据接收，每次4个符号，共计20个符号，1.5ms左右；而且接收数据的时频参数、FFT、信号测量、频域特征匹配等步骤使得测量准确针对同步信号进行，排除上下行干扰数据的影响，保证了测量的准确性，以及后续操作的正确性。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims

1.一种用于TD-LTE的扫频方法，包括以下步骤：

a.获取LTE频段中所有可能的频点；

b.获取同步信息；

e.统计所述频带内的频点周围72个子载波的强度之和；

f.对所述频带内的频点进行频域特征匹配，其中如果频点周围62个子载波的强度之和与频点周围72个子载波的强度之和的比例不小于一预定系数，则该频点判定为匹配成功；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤g之后还包括步骤：

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，获取同步信息的步骤进一步包括：

确定当前是否已进行同步；

若已进行同步，则从当前同步中获取同步信息；

否则，利用历史记录的小区频点搜索同步信息。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定时域范围为TD-LTE下行同步信号中从辅助同步信号到主同步信号的4个符号。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定带宽是根据终端的的能力设置。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进行所述频域变换的方法包括快速傅立叶变换。

7.一种用于TD-LTE的扫频方法，包括以下步骤：

a.获取LTE频段中所有可能的频点；

b.获取同步信息；

e.统计所述频带内的频点周围36个子载波的强度之和；

f.对所述频带内的频点进行频域特征匹配，其中如果频点周围31个子载波的强度之和与频点周围36个子载波的强度之和的比例不小于一预定系数，则该频点判定为匹配成功；

8.一种用于TD-LTE的扫频装置，包括：

用于获取LTE频段中所有可能的频点的装置；

用于获取同步信息的装置；

用于在具有预定带宽范围的频带内，基于所述同步信息接收预定时域范围内的数据的装置，其中所述预定时域范围内不存在终端上行信号；

用于对接收数据进行频域变换以获得所述频带内的子载波频域数据的装置；

用于统计所述频带内的频点周围72个子载波的强度之和的装置；

用于对所述频带内的频点进行频域特征匹配的装置，如果频点周围62个子载波的强度之和与频点周围72个子载波的强度之和的比例不小于一预定系数，则所述装置判定该频点为匹配成功；

用于确定接收数据的频点是否已覆盖整个LTE频段的装置；以及

用于更换接收数据的频带的装置。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：

筛选出强度≥τ的N个可用频点的装置，其中τ，N是预先设定的参数。

10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，获取同步信息的装置进一步包括：

确定当前是否已进行同步的装置；

若已进行同步，从当前同步中获取同步信息的装置；

若未进行同步，利用历史记录的小区频点搜索同步信息的装置。

11.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述预定时域范围为TD-LTE下行同步信号中从辅助同步信号到主同步信号的4个符号。

12.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述预定带宽是根据终端的的能力设置。