CN102045815A

CN102045815A - 用于lte系统的小区搜索装置和方法

Info

Publication number: CN102045815A
Application number: CN2009102356611A
Authority: CN
Inventors: 王剑; 黄守俊; 苏泳涛; 郑娟; 何莹; 彭吉生; 石晶林
Original assignee: Institute of Computing Technology of CAS
Current assignee: Beijing Zhongke Polytron Technologies Inc
Priority date: 2009-10-10
Filing date: 2009-10-10
Publication date: 2011-05-04
Anticipated expiration: 2029-10-10
Also published as: CN102045815B

Abstract

本发明提供一种小区搜索装置，包括AFC和CP判决器、第一FIFO存储器、主同步信号互相关器、主同步信号捕捉状态机、辅同步信号解码器、Cell ID解码器以及PBCH解码器；其中，AFC和CP判决器对接收到的基带数字信号做自动频率调整和CP长度判决，经过处理的基带数字信号在被传输到主同步信号互相关器的同时，还被保存到第一FIFO存储器；主同步信号互相关器将接收到的基带数字信号与本地产生的主同步信号做互相关操作；主同步信号捕捉状态机捕捉主同步信号，在捕捉成功时，从主同步信号中得到Cell ID2；辅同步信号解码器解码辅同步信号，进而得到Cell ID1；Cell ID解码器根据Cell ID2和Cell ID1，计算出Cell ID；PBCH解码器利用Cell ID进行PBCH解调，解析出包括系统带宽、系统帧号在内的系统信息。

Description

用于LTE系统的小区搜索装置和方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及用于LTE系统的小区搜索装置和方法。

背景技术

在基于蜂窝网的移动通信系统中，用户终端在开机后不会有所在小区的任何信息，因此用户终端在正常通信前首先需要做小区搜索以获得必要的信息，进而选择一个合适的小区并驻留在该小区中，然后才能与其他的用户终端进行通信。

在现有的2G(GSM)协议与3G(CDMA2000/WCDMA/TD-SCDMA)协议中，都存在实现小区搜索的相关方法，但由于LTE(Long Term Evolution)标准采用了与现有的2G或3G协议完全不同的物理层传输技术，如正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)和多天线(MIMO，Multiple Input Multiple Output)技术，使得2G或3G中的小区搜索方法不能在LTE标准中采用。因此，需要一种适用于LTE标准的小区搜索装置与搜索方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于LTE系统的小区搜索装置和方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种小区搜索装置，包括AFC和CP判决器、第一FIFO存储器、主同步信号互相关器、主同步信号捕捉状态机、辅同步信号解码器、Cell ID解码器以及PBCH解码器；其中，

所述的AFC和CP判决器对接收到的基带数字信号做自动频率调整和CP长度判决，经过处理的基带数字信号在被传输到所述的主同步信号互相关器的同时，还被保存到所述的第一FIFO存储器；所述的主同步信号互相关器将接收到的基带数字信号与本地产生的主同步信号做互相关操作，所述互相关操作的结果被传输到主同步信号捕捉状态机；所述的主同步信号捕捉状态机捕捉主同步信号，在捕捉成功时，从主同步信号中得到小区组内序号Cell ID2，并控制所述第一FIFO存储器输出数据到所述辅同步信号解码器进行解码；所述辅同步信号解码器解码辅同步信号，进而由辅同步信号得到小区组号Cell ID1；所述Cell ID解码器根据所述小区组内序号Cell ID2和所述小区组号Cell ID1，计算出小区标识号Cell ID；所述PBCH解码器利用小区标识号Cell ID进行PBCH解调，解析出包括系统带宽、系统帧号在内的系统信息。

上述技术方案中，还包括第二FIFO存储器、无线帧定时器、循环前缀去除器以及FFT；其中，

所述的第二FIFO存储器存储经过所述AFC和CP判决器做自动频率调整的基带数字信号；所述的无线帧定时器根据所述辅同步信号解码器解码出的辅同步信号实现对无线帧开始位置的定位，并控制所述的第二FIFO存储器对存储于该存储器内部的数据按照无线帧开始位置做无线帧分割；所述的循环前缀去除器根据所述AFC和CP判决器所得到的CP长度判决的结果从分割后的无线帧中去除循环前缀，提取出OFDM符号时域数据；所述的FFT将所述OFDM符号时域数据变换到频域。

上述技术方案中，还包括有门限和频点调整器，所述的门限和频点调整器根据所述主同步信号捕捉状态机的捕捉结果自动调整所述主同步信号捕捉状态机中主同步信号互相关峰值的判决门限和所述AFC和CP判决器中的频点。

上述技术方案中，还包括有基站天线数量检测器；所述的基站天线数量检测器根据基带数字信号的PBCH信道中参考信号的能量来检测基站的天线数量。

上述技术方案中，还包括有数字低通滤波器；所述的数字低通滤波器对所述的AFC和CP判决器输出的基带数字信号做低通滤波。

上述技术方案中，还包括有下采样器；所述的下采样器对低通滤波后的基带数字信号做下采样。

上述技术方案中，还包括有下采样器；所述的下采样器对所述的AFC和CP判决器输出的基带数字信号做下采样。

上述技术方案中，所述的AFC和CP判决器包括频率误差预校正单元，残余频率误差估计单元、残余频率误差校正单元以及CP判决单元；其中，

所述的频率误差预校正单元利用频点对接收到得基带数字信号进行频率误差预校正。

所述的残余频率误差估计单元利用循环前缀CP与原始数据的相关性来估计残余频率误差；

所述的残余频率误差校正单元根据所述残余频率误差估计单元估计出来的残余频率误差进行频率校正；

所述的CP判决单元用于对接收到的基带数字信号进行延时自相关，并根据延时自相关的结果判别CP为常规CP还是扩展CP。

上述技术方案中，所述的CP判决单元将延时自相关的结果中超过预设门限的连续多个值作为CP窗，根据所述CP窗的中心距离来判别CP为常规CP还是扩展CP。

上述技术方案中，所述的主同步信号捕捉状态机一旦发现所述主同步信号互相关器产生的多路互相关值中有某一路互相关值连续发现峰值次数达到预先设定的M次，并且两两相邻峰值的距离都落在预设的窗口内时，就进入捕获状态，此时用于产生本地主同步信号的本地小区组内序号就是基带数字信号中的小区组内序号Cell ID2。

上述技术方案中，所述的主同步信号捕捉状态机包括正常捕获模式和快速捕获模式两种工作模式；在正常捕获模式下，所述M的大小为5，在快速捕获模式下，所述M的大小为2-4之间的一个值；所述的正常捕获模式和快速捕获模式根据用户的需要择一使用。

上述技术方案中，所述的辅同步信号解码器用已经捕获成功的主同步信号来进行辅同步信号的信道估计，然后用估计出来的信道对辅同步信号进行信道补偿，进而实现对辅同步信号的解码。

上述技术方案中，所述的PBCH解码器包括常规解码模式和盲解码模式两种工作模式，当成功检测出基站天线数量时，采用常规解码模式，当无法检测出基站天线数量时，采用盲解码模式；其中，

在常规解码模式下，所述的PBCH解码器利用小区标识号Cell ID来确定参考信号频域位置，用参考信号估计PBCH信道，用估计的信道和基站天线数量进行PBCH解调，从而解析出包括系统带宽、系统帧号在内的系统信息；

在盲解码模式下，所述的PBCH解码器假设基站的天线数量，然后利用小区标识号Cell ID来确定参考信号频域位置，用参考信号估计PBCH信道，用估计的信道和假设的基站天线数量进行PBCH解调；将解调结果做CRC校验，只有CRC校验成功，才能根据解调结果解析出包括系统带宽、系统帧号在内的系统信息。

本发明还提供了一种小区搜索方法，包括：

步骤1)、对所接收到的基带数字信号做自动频率调整和CP长度判决；

步骤2)、将经过处理的基带数字信号与本地产生的主同步信号做互相关操作，得到主同步信号的互相关值；

步骤3)、对主同步信号的互相关值做状态捕捉，一旦捕捉到主同步信号，就能得到基带数字信号中的主同步信号所包含的小区组内序号CellID2；

步骤4)、在主同步信号捕捉成功后，利用主同步信号进行信道估计来解码辅同步信号，进而得到小区组号Cell ID1；

步骤5)、利用小区组内序号Cell ID2与小区组号Cell ID1计算小区标识号Cell ID；

步骤6)、利用小区标识号Cell ID进行PBCH解调，解析出包括系统带宽、系统帧号在内的系统信息。

上述技术方案中，还包括：

步骤7)、根据步骤4)所得到的辅同步信号实现对无线帧开始位置的定位，利用定位后的结果对步骤1)得到的经过自动频率调整和CP长度判决的基带数字信号做无线帧分割；

步骤8)、根据CP长度判决的结果从分割后的无线帧中去除循环前缀，提取出OFDM符号时域数据；

步骤10)、将所述OFDM符号时域数据变换到频域。

上述技术方案中，在所述的步骤3)之后还包括：

步骤31)、一旦无法捕捉到主同步信号，调整主同步信号互相关峰值的判决门限和频率误差与频点，然后重新执行步骤1)。

上述技术方案中，在所述的步骤5)之后，还包括：

步骤51)、根据基带数字信号的PBCH信道中参考信号的能量来检测基站的天线数量，然后执行步骤6)。

上述技术方案中，在所述的步骤1)之后，还包括：

步骤11)、对频率校正后的基带数字信号数据做数字低通滤波，从而保留基带数字信号中的中央72个子载波上的数据，滤除中央72个子载波以外的数据，提高基带数字信号中的主同步信号的信噪比。

上述技术方案中，在所述的步骤11)之后，还包括：

步骤12)、对经过数字低通滤波后的基带数字信号做下采样，然后执行步骤2)。

上述技术方案中，所述的步骤4)包括：

步骤4-1)、将无线帧中包含辅同步信号的OFDM符号取出，对所得到的OFDM符号进行FFT运算，变换到频域，然后取出前半帧和后半帧频域中属于辅同步信号的符号，对频域中符号的能量进行归一化；

步骤4-2)、用主同步信号进行信道估计，然后用估计的信道对辅同步信号进行信道补偿；

步骤4-3)、对辅同步信号复值符号进行判决，实部为正的复值符号判决为1，实部为负的复值符号判决为-1；

步骤4-4)、遍历本地的小区组号Cell ID1，产生本地辅同步信号频域符号；

步骤4-5)、对步骤4-4)中产生的辅同步信号与步骤4-3)中经过判决的辅同步信号在频域进行互相关操作；

步骤4-6)、在遍历Cell ID1过程中如果某一次互相关的值大于经验值Sth，那么就判定接收到的辅同步信号包含的Cell ID1就是本地的Cell ID1，从而解码出Cell ID1。

上述技术方案中，所述的步骤51)包括：

步骤51-1)、提取PBCH中的参考信号，根据Cell ID计算出参考信号的频域位置，提取出频域的PBCH信道中留给port0、port1、port2和port3参考信号位置的数据，把这些数据的能量进行归一化；

步骤51-2)、对不同端口参考信号的能量分别进行累加，得到POW0、POW1、POW2和POW3；

步骤51-3)、用最大似然度判决天线数量。

上述技术方案中，在所述的步骤5)中，所述的小区标识号Cell ID根据以下公式计算得到：

Cell ID＝Cell ID1×3+Cell ID2。

本发明的优点在于：

1、本发明实现了一种适用于LTE标准的小区搜索装置与搜索方法。

2、本发明将自动频率控制与小区搜索相结合，在频率误差较大的情况下，能够通过自动频率控制对频率误差进行校正，从而捕捉到主同步信号互相关的峰值。当无法捕捉到主同步信号时，可以立即控制自动频率控制重新进行一次控制，从而把自动频率控制和主同步信号捕捉状态紧密连接起来。

3、本发明在实现主同步信号的捕捉时采用了状态机的方式，连续多次捕捉到主同步信号的互相关峰状态机才会转移到捕获成功状态，这样可以使主同步信号捕捉的虚警率大大降低。此外，状态机的捕捉模式灵活可调，可以在捕捉时间和捕捉正确率两个矛盾体之间进行调整。

4、本发明对主同步信号的检测采用时域互相关的方法，在没有准确OFDM符号同步情况下，相对于频域检测的方法有较高的稳定性，较高的捕获成功率，较低的虚警率。

5、本发明对辅同步信号的解码采用了模糊解码方式，在信噪比较低情况下也可以稳定工作。

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是本发明中LTE系统的小区搜索装置框图；

图4是本发明中残余频率误差估计单元的装置框图；

图5是本发明中循环前缀长度判决器的装置框图；

图6是本发明中循环前缀延时自相关的时域图；

图7是本发明中主同步信号相关器装置框图；

图8是本发明中主同步信号捕捉状态机7状态转移图；

图9是本发明中辅同步信号解码流程图；

图10是本发明中基站天线数量检测流程图；

图11是本发明中小区搜索方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行说明。

本发明的小区搜索装置以及搜索方法用于实现小区搜索。在LTE标准中，所述的小区搜索所要完成的工作主要包括：实现频率同步；检索出主同步信号，辅同步信号，从而得到小区标识号；检测出天线数量，解调出广播信道(PBCH)中的信息；实现无线帧同步。此外，小区搜索还可以包括去除循环前缀，顺序提取出OFDM时域符号的操作。

小区搜索要完成上述工作，与LTE标准的内容密不可分，因此为了方便理解，在对小区搜索装置的结构以及小区搜索方法的实现过程做详细说明前，首先对LTE标准中与本发明有关的内容做简要的介绍。

根据分工方式的不同，当前的LTE标准可以进一步分为LTE TDD(Time Division Duplexing)和LTE FDD(Frequency Division Duplexing)。TDD和FDD虽然在帧结构上存在不同，但它们的设计思想是一样的：一个无线帧是10毫秒，包括20个时隙，每个时隙在时域上占0.5毫秒，每个时隙在包括常规循环前缀(CP)时包含7个OFDM符号，在包括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CP(无论是常规CP还是扩展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。在实现时，循环前缀CP通常是原始数据最后面一部分数据的复本。

由于要实现小区搜索，需要检索出主同步信号、辅同步信号，并解调出广播信息中的信息，因此首先对主同步信号、辅同步信号、广播信道(PBCH，Physical Broadcast Channel)以及下行参考信号(RS，Reference Signal)加以说明。在下面的图1、图2中给出了FDD帧、TDD帧如何描述上述信号的相关说明。

FDD帧的帧结构如图1所示，该图中的横坐标代表时间，纵坐标代表频率。前述的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。辅同步信号位于时隙0和时隙10，并且位于这些时隙中的倒数第二个OFDM符号上。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、辅同步信号、PBCH都位于频谱中央72个子载波上。

TDD帧的帧结构如图2所示，同样的，该图中的横坐标代表时间，纵坐标代表频率。前述的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。辅同步信号位于时隙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，前述的主同步信号、辅同步信号、PBCH都位于频谱中央72个子载波上。

在对LTE中的相关内容进行说明后，下面对本发明的小区搜索装置的结构加以说明。在图3中给出了本发明的小区搜索装置的一个实施例，图3中用于连接部件的带箭头线条，如果是粗线条代表数据流，如果是细线条代表是控制流。从图3可以看出，该小区搜索装置包括AFC和CP判决器1，第二FIFO存储器2，数字低通滤波器3，下采样器4，第一FIFO存储器5，主同步信号互相关器6，主同步信号捕捉状态机7，门限和频点调整器8，辅同步信号解码器9，Cell ID解码器10，基站天线数量检测器11，PBCH解码器12，无线帧定时器13，循环前缀去除器14以及FFT15。该装置中各个部件的作用以及相互间的连接关系将在下文中予以说明。

所述AFC和CP判决器1通过外部装置获得基带数字信号后，根据所接收到的基带数字信号实现自动频率控制和CP长度判决。所述的自动频率控制是指对接收的基带数字信号自动进行频率校正，所述的CP长度判决则是要判断出基带数字信号中所包含的FDD帧或TDD帧中CP的长度，以帮助无线帧定时器13进行无线帧定时，以及循环前缀去除器14去除循环前缀，读取OFDM符号中的有用数据。AFC和CP判决器1受到门限和频点调整器的控制，AFC和CP判决器1只有在刚开始或者收到门限和频点调整器发出的控制信息才会进行一次AFC和CP判决。关于无线帧定时，循环前缀去除，门限和频点调整器的具体工作过程将在下文中予以说明。关于AFC和CP判决器1的实现细节将在下文中予以说明。

所述的第二FIFO存储器2用于存储经过频率校正的基带数字信号，为下文中所提到的循环前缀去除器14提供数据。第二FIFO存储器2受到无线帧定时器13的控制，结合AFC和CP判决器1给出的CP类型，能够把存储的数据按照无线帧格式进行分割，分割出的每一段数据都是一个无线帧的数据。关于无线帧定时器13的工作过程将在下文中予以说明。

所述的数字低通滤波器3用于对所接收的数字信号进行低通滤波。本实施例中，该滤波器的抽样频率为30.72MHz，截止频率为1.25MHz，从而可以保留中央72个子载波上的数据，滤除中央72个子载波以外的数据，进而提高主同步信号的信噪比。在其它实施例中，可以不采用数字低通滤波器3，但这样做不利于提高主同步信号的信噪比，并且会令后续的下采样器4容易发生频域数据的混叠。因此所述低通滤波器3的截止带宽要根据后面的下采样器4的下采样速率进行相应的设置。假设后面的下采样器4采样率为S，S可以1/16、1/8、1/4或者1/2。所述低通滤波器的截止带宽要小于30.72MHz×S，要大于中央72个子载波所占频带1.08MHz，综上所述本实施例中数字低通滤波器3的截止频率取1.25MHz是合理的，并且仿真结果也证明了这一点。

所述下采样器4用于对所接收的信号做下采样。本实施例中采用1/4倍速率的下采样，意味着要从每4个连续的复数符号中抽取一个符号。本实施例所描述的小区搜索装置利用下采样器4做下采样操作的目的是为了减少主同步信号的互相关器以及后续器件的运算量，从而减少硬件资源，加快运算速度。在其它实施例中，也可以采用1/16、1/8、1/4或者1/2倍速率下采样器4，也可以不采用下采样器4，但较本实施例在硬件资源的使用，运算速度上，或者性能上都会存在不足。

所述第一FIFO存储器5用于存储经过下采样器4下采样后的数据。这些数据将在后面解辅同步信号和PBCH时用到。第一FIFO存储器5受到主同步信号捕捉状态机7的控制，当主同步信号被成功捕获，那么第一FIFO存储器5才输出数据到后面部件进行相应操作，否则不输出数据。关于主同步信号捕捉状态机7如何控制第一FIFO存储器5的过程将在下文中加以说明。

所述主同步信号互相关器6用于对所接收的信号和本地产生的主同步信号进行互相关操作。在图7中给出了主同步信号互相关器6的结构示意图，从图中可以看出，该相关器内部包括可以产生本地主同步信号的单元，该单元可以根据本地设置的小区组内序号产生相应的本地主同步信号。本地产生的主同步信号数据与所接收的数据做互相关操作后，将相关后的数据输入到所述主同步信号捕捉状态机7中。在本实施例中，主同步信号互相关器6可同时产生三个本地的主同步信号，然后并行进行互相关，从而减少搜索时间。但在其它实施例中，本地产生的主同步信号的数量可以根据需要而变化。

所述的主同步信号捕捉状态机7用于控制主同步信号捕捉的状态。若能捕捉到主同步信号，就可得到基带数字信号中的主同步信号所包含的小区组内序号Cell ID2，并控制第一FIFO存储器5输出数据到辅同步信号解码器9进行解码。若不能捕捉到主同步信号，就控制门限和频点调整器进行门限和频点的调整。在下文中将就主同步信号捕捉状态机7的具体工作流程进行说明。

所述门限和频点调整器8用于自动调整所述主同步信号捕捉状态机7中主同步信号互相关峰值的判决门限(Pth)和AFC和CP判决器1中的频率误差预校正单元中的预置频率误差，这个预置频率误差叫做频点。如果主同步信号捕捉状态机7超过一个预设时间(Tth)不能够捕捉到主同步信号就会控制门限和频点调整器8降低Pth，如果Pth已经过低，就把Pth设置到常规值，并进行频点调整。Tth可以根据实际情况进行设置。频点的设置按照0个步长，±1个步长，±2个步长这样的顺序进行调整。频点调整的步长可以设置为0.6到1个子载波间隔之间的一个值，具体的步长可以根据实际系统灵活设置，典型值为0.8个子载波间隔。由于AFC和CP判决器1在做残余频率误差估计时可以估计出正负1/2个子载波间隔的范围，所以频点调整的步长不能超过1个子载波间隔。在其它实施例中，也可以不采用门限和频点调整器8，但缺少了该部件无法校正超过±1/2个子载波的频率误差，从而不利于对主同步信号状态的捕捉。关于频率误差预校正单元，残余频率误差估计的具体工作过程将在下文中加以说明。

所述辅同步信号解码器9用于解码辅同步信号，进而由辅同步信号得到小区组号Cell ID1。本实施例中，为了提高辅同步信号解码器9的解码正确率，用已经捕获成功的主同步信号来进行辅同步信号的信道估计，然后用估计出来的信道对辅同步信号进行信道补偿，进而实现对Cell ID1的解码。在下文中将对这一流程做具体的说明。

所述的Cell ID解码器10用于解码小区标识号Cell ID。该解码器的输入包括主同步信号捕捉状态机7获得的Cell ID2和辅同步信号解码器9获得的Cell ID1，根据“Cell ID＝Cell ID1×3+Cell ID2”而得到Cell ID。

所述的基站天线数量检测器11用于检测基站发射天线的数量。在下文中将就基站天线数量检测器11检测基站发射天线的数量的过程进行说明。由于在下文中所提到的PBCH解码器12采用MIMO技术进行传输，因此在进行PBCH解码之前必须知道基站发射天线的数量，否则需要通过做多次解码尝试的盲解码才有可能得到正确的结果，从而增加PBCH解码的复杂度。基于上述原因，虽然在其他实施例中可以省去基站天线数量检测器11，但作为一种优选实现方式，应当在小区搜索装置中包括基站天线数量检测器11。此外，在信噪比比较低的情况下，基站天线数量检测器11可能无法检测出天线数量，在这种情况下PBCH解码器12就必须进行PBCH盲解码。关于PBCH解码器12工作过程将在下文中予以说明。

所述的PBCH解码器12用于解析系统信息，所述的系统信息包括系统带宽、系统帧号等。PBCH解码器12可包括两种工作模式，常规解码模式和盲解码模式。在下文中将对上述两种工作模式下，PBCH解码器12的具体工作流程分别进行说明。

所述的无线帧定时器13用于获得10毫秒无线帧同步，从而实现对无线帧开始位置的定位。无线帧定时器13能够根据辅同步信号信号在前半帧和后半帧的不同获得无线帧同步。在解码辅同步信号中，如果发现辅同步信号承载的数列属于前半帧，就判定这是无线帧的前半帧，根据前半帧中主同步信号互相关产生的峰值，再结合AFC和CP判决器1给出的CP类型，找到10毫秒无线帧的开始，从而能够获得无线帧定时。无线帧定时器13控制第二FIFO存储器2对存储的数据按照无线帧进行分割，分割出的每一段数据都是一个无线帧的数据。

所述循环前缀去除器14用于去除循环前缀，顺序提取OFDM符号。循环前缀去除器14能够根据AFC和CP判决器1给出的CP类型，对保存在第二FIFO存储器2中的一个无线帧时域数据进行去除循环前缀，顺序提取OFDM符号时域数据。在去除CP时，根据第二FIFO存储器2中分割出的一个无线帧数据，从帧开始的位置依次去掉CP，提取出OFDM符号时域数据。

所述FFT15用于对循环前缀去除器14提取出的时域OFDM符号进行FFT变换。经过FFT后就能够得到频域符号，从而能够进行数据的解码。这个部件可以用其他时域到频域的变换方法进行代替。

以上是对小区搜索装置中各个部件的功能的简要说明，下面就其中某些部件的实现细节以及工作流程加以说明。

在前文中提到AFC和CP判决器1用于自动频率控制和CP长度判决，根据AFC和CP判决器1的上述功能，它可进一步分为频率误差预校正单元，残余频率误差估计单元、残余频率误差校正单元以及CP判决单元。下面对这些单元的功能做进一步说明。

所述频率误差预校正单元，根据预先设置的频点，进行频率误差预校正。这里的频点是指预设置的频率误差值，该值由门限和频点调整器8进行控制，具体的控制过程在上文已经进行了说明。具体的校正方法可以采用现有技术中的方法。

所述的残余频率误差估计单元，对经过频率误差预校正的数据进行残余频率估计。所述的残余频率误差估计单元利用循环前缀CP与原始数据的相关性来估计残余频率误差。残余频率误差的估计可采用下面的公式(1)：

{\hat{f}}_{error} = \frac{1}{2 π 2048 T_{s}} \tan^{- 1} (\frac{1}{128} Σ_{n = 1}^{128} r (k) \times r^{*} (k - 2048)) - - - (1)

上述公式中，T_s表示时域的抽样间隔，r(k)表示经过频率误差预校正模块后的数字信号，k代表接收到的数字信号的时域序号，r*(k-2048)代表取r(k-2048)的共轭。由于一个OFDM符号时域长度是2048个T_s，因此残余频率误差估计单元中的延时采用延时2048个点。根据残余频率误差估计的上述公式，图4给出了残余频率误差估计单元的结构示意图，从该示意图可以看出，图4所示的残余频率误差估计单元能够很好地实现上述的公式(1)。根据仿真结果，上述残余频率误差估计单元能够估计出±1/2个子载波的残余误差频率范围，超过这个误差范围的，所述误差和频点调整器可以实现误差跟踪。误差和频点调整器如何实现误差跟踪已经在上文中予以说明。

所述的残余频率误差校正单元，根据所述残余频率误差估计单元估计出来的残余频率误差对经过频率误差预校正的数据再进行残余频率误差校正，残余频率误差校正单元的具体实现方法可以采用现有技术中的相关方法实现。

所述的CP判决单元用于对接收到的基带数字信号进行延时自相关，并根据延时自相关的结果判别CP为常规CP还是扩展CP。延时自相关的计算公式如下面的公式(2)所示：

Ucorr = \frac{1}{128} Σ_{n = 1}^{128} r (k) \times r^{*} (k - 2048) - - - (2)

上述公式中，r(k)表示经过频率误差预校正模块后的数字信号，k代表接收到的数字信号的时域序号，r*(k-2048)代表取r(k-2048)的共轭。图5给出了CP判决单元的结构示意图，从该图可以看出，该单元能够很好地实现上述公式。根据本领域的公知常识可以知道，由于循环前缀CP是原始数据最后面一部分数据的复制，所以延时自相关值Ucorr在时域上特点是每隔2048点就会连续有多个较大的值，在图6中示出了所得到的延时自相关值的示意图。

在得到延时自相关值以后，需要从该值中找出CP，并判断CP的类型。首先预先设置一个门限Uth，这个门限值可以根据实际情况进行调整。在得到该门限后，将延时自相关值中超过该门限的连续多个值称作CP窗。然后根据相邻两个CP窗的中心距离来判断CP类型，例如，如果相邻两个CP窗的中心距离超过预先设置的门限CPth并且小于2048+1024，就判定为扩展CP，如果相邻两个CP窗的中心距离了小于预先设置的门限CPth并且大于2048，就判定为常规CP，其他情况就认为此次判定无效。其中的CPth可以根据系统灵活调整，典型值设为2300点。以上是一次判定CP类型的过程，实际实施过程中，需要多次进行判定，然后根据判定的结果，选择判定次数最多的CP类型作为最后的CP类型。例如，如果进行了100次判定，其中90次判定为常规CP，4次判定为扩展CP，6次判定无效，那么就认为系统采用的是常规CP。判定的次数可以根据实际需要灵活设置。

将上面的公式(1)和公式(2)加以比较后可以发现，公式(2)是公式(1)的一部分，因此残余频率误差估计单元和CP判决单元可以共用延时自相关部分，从而可以减少系统的复杂度，这也是本发明把AFC和CP判决在一个装置中实现的原因。

主同步信号捕捉状态机7的状态转移如图8所示，在下面的描述中将结合该状态转换图对主同步信号捕捉状态机7的工作过程进行说明。主同步信号捕捉状态机7可以根据系统的指标设置两种工作模式：正常捕获模式和快速捕获模式。如果需要减少搜索时间就设置成快速捕获模式，否则就设置为正常捕获模式。在正常捕获模式下，当主同步信号互相关器产生的三路互相关值中有某一路互相关值连续发现峰值次数达到5次，并且两两相邻峰值的距离都落在预设的窗口内时，就进入捕获状态，此时用于产生本地主同步信号的本地小区组内序号就是接收信号中的主同步信号所包含的小区组内序号，从而能够得到所接收的基带数字信号中的Cell ID2。在状态捕获过程中所涉及的峰值是指主同步信号互相关值的幅度超过门限Pth的值，并且这个值在前后N-W/2点之内是最大值。从峰值的定义可以看出，由于峰值在前后N-W/2点之内是最大值，从而在移动站处于小区边沿的时候，也能够找到信号最强的小区进行接入。所述的窗口是指[N-W/2，N+W/2]，窗口机制的引入能够保证在主同步捕捉过程中屏蔽掉偶然强劲的噪声对主同步信号捕捉的影响，并且为自动频率控制提供了保证。如果自动频率控制没有能够较为准确地校正频率误差，那么相邻主同步信号互相关峰值的距离相对于N就会有较大的偏差，相邻主同步信号互相关的峰值距离不能够连续多次落在窗口内。如果主同步信号不能够成功捕捉，就需要进行门限或者频点的调整，通过再一次进行自动频率控制，直到自动频率控制能够较为准确校正频率误差，主同步信号才能够捕捉成功。以上所述N是5毫秒(半帧)的抽样点数，在本实施例中取38400点，W是窗口的大小，W可以根据实际系统进行调整，典型值设置为10。

在快速捕获模式下，可以设定在成功捕获前需要捕获的次数M，当M次发现峰值时，并且两两相邻峰值的距离都落在预设的窗口内，就进入捕获状态，在捕获状态下，同样的，用于产生本地主同步信号的本地小区组内序号就是接收信号中的主同步信号所包含的小区组内序号，从而能够得到所接收的基带数字信号中的Cell ID2。前述的M可以根据实际情况设置为2到4之间的一个值。在该模式下，所述峰值与窗口的设定与正常模式下并无差别，因此，不在此处重复说明。

从上述说明可以看出，无论是正常捕获模式还是快速捕获模式，一旦进入捕获状态，都能得到基带数字信号中的主同步信号Cell ID2，此外，主同步信号捕捉状态机7还能控制第一FIFO存储器5输出数据到辅同步信号解码器9进行解码。但如果较长时间没能进入捕获状态，那么主同步信号捕捉状态机7就会触发门限和频点调整器8，进行门限或者频点的调整。

图9给出了辅同步信号解码器9的解码过程。从图中可以看出，辅同步信号解码器9首先提取辅同步信号频域符号；在提取过程中，把一个无线帧中前半帧和后半帧中包含辅同步信号的OFDM符号取出，对OFDM符号进行FFT运算，变换到频域，然后取出前半帧和后半帧频域中属于辅同步信号的符号，总共可以得到124个符号，最后对频域中符号的能量进行归一化。所述归一化是指用数据能量除以平均能量(步骤901)。其次对辅同步信号进行信道补偿；在信道补偿过程中首先用主同步信号进行信道估计，然后用估计的信道对辅同步信号进行信道补偿(步骤902)。接着，对辅同步信号复值符号进行判决，实部为正的复值符号判决为1，实部为负的复值符号判决为-1(步骤903)。然后，遍历产生本地辅同步信号。由于辅同步信号的频域符号只与小区组号(Cell ID1)有关，遍历Cell ID1产生本地辅同步信号频域符号(步骤904)。再然后，做频域互相关操作，对步骤904中产生的辅同步信号与步骤903中经过判决的辅同步信号在频域进行互相关操作(步骤905)。最后，判定Cell ID1；在遍历Cell ID1过程中如果某一次互相关的值大于经验值Sth，那么就判定接收到的辅同步信号包含的Cell ID1就是本地的Cell ID1，从而解码出Cell ID1；其中的Sth可以根据实际情况灵活设置，典型值为100(步骤906)。

以上是对辅同步信号解码器9解码辅同步信号，进而得到小区组号Cell ID1的具体过程的说明。虽然在本实施例中采用了利用主同步信号对辅同步信号做信道估计的方法，但在其它实施例中，也可以采用其它方法来解码辅同步信号。

基站天线数量检测器11检测基站发射天线的数量采用了通过PBCH信道中参考信号的能量来检测天线数量的原理。如果参考信号只占了PBCH留给天线端口0(port0)参考信号的位置，就说明基站是单天线配置，如果参考信号占了PBCH留给天线端口0(port0)和天线端口1(port1)参考信号的位置，就说明基站是两天线配置，如果参考信号占了PBCH留给天线端口0(port0)，天线端口1(port1)，天线端口2(port2)和天线端口3(port3)参考信号的位置，就说明基站是四天线配置。图10给出了基站天线数量检测器11检测基站发射天线的流程图，从该图可以看出，基站天线数量检测器11首先提取PBCH中的参考信号，根据Cell ID计算出参考信号的频域位置，提取出频域的PBCH信道中留给port0、port1、port2和port3参考信号位置的数据，把这些数据的能量进行归一化，所述归一化是指用数据能量除以平均能量(步骤1001)。其次，对不同端口参考信号的能量分别进行累加，得到POW0、POW1、POW2和POW3(步骤1002)。最后，用最大似然度判决天线数量，如果POW1，POW2，POW3都小于预先设置的参考信号能量判决门限(ANTth)，说明基站是单天线配置的概率最大，那么就判定基站采用的是单天线配置，如果POW1大于ANTth，POW2和POW3小于ANTth，那么基站是两天线配置的概率最大，那么就判定基站采用的是两天线配置，如果POW1，POW2，POW3都大于ANTth，那么基站是四天线配置的概率最大，那么就判定基站采用的是四天线配置。上述判断过程中所涉及的ANTth可以根据实际情况设置，典型值是7(步骤1003)。

在前文中已经提到，PBCH解码器12分为常规解码模式和盲解码模式。如果基站天线数量检测器11成功检测出天线数量，PBCH解码器12就进行常规解码。常规解码模式下，在解析过程中用Cell ID来确定参考信号频域位置，用参考信号估计PBCH信道，用估计的信道和基站天线数量进行PBCH解调，解析出系统信息。所得到的系统信息包括系统带宽、系统帧号等。

如果由于信噪比较低，基站天线数量检测器11没有检测出天线数量，那么PBCH解码器12就要进行盲解码。在盲解码模式下，分别假设基站是采用单天线，两天线，四天线发射，在假设了天线数量的基础上采用和常规解码模式一样方法进行解码。其中如果某一次假设能够正确解码，也就是CRC(Cyclical Redundancy Check)校验正确，则盲解码完成，从而得到系统信息。基站发射天线数量也就是正确解码时所假设的天线数量，也就获得了基站天线数量。虽然在本实施例中，PBCH解码器12采用PBCH常规解码和盲解码相结合的方法，但在其它实施例中，也可以采用其它方法来解码PBCH。

以上是对本发明的小区搜索装置的结构以及装置中各个模块的功能的描述，在上述描述中已经就如何根据所接收到基带数字信号实现小区搜索的方法做了说明。但为了便于理解，下面结合图11就小区搜索方法的整个流程做统一说明。

接收基带数字信号。对接收的基带数字信号做频率误差估计、频率校正以及循环前缀长度判决(步骤1101)。存储频率校正后的基带数字信号数据(步骤1102)，以及对频率校正后的基带数字信号数据做数字低通滤波，从而保留基带数字信号中的中央72个子载波上的数据，滤除中央72个子载波以外的数据，提高基带数字信号中的主同步信号的信噪比(步骤1103)。对经过数字低通滤波的数据做下采样(步骤1104)，然后存储下采样后的数据(步骤1105)。将下采样后的数据与本地产生的主同步信号做互相关操作，得到主同步信号的互相关值(步骤1106)，然后对主同步信号的互相关值做状态捕捉，一旦捕捉到主同步信号，就能得到基带数字信号中的主同步信号所包含的小区组内序号Cell ID2(步骤1107)。但一旦在规定的时间内无法捕捉到主同步信号，则要做门限和频点的调整，以重新进行主同步信号的状态捕捉过程(步骤1108)。在主同步信号捕捉成功后，利用主同步信号进行信道估计解码辅同步信号，进而得到小区组号Cell ID1(步骤1109)。利用辅同步信号做帧同步(步骤1110)。利用小区组内序号Cell ID2与小区组号Cell ID1计算小区标识号Cell ID(步骤1111)。用PBCH信道中所包含的参考信号的能量来检测天线数量(步骤1112)。用Cell ID来确定参考信号频域位置，用参考信号估计PBCH信道，用估计的信道和基站天线数量进行PBCH解调，解析出系统信息(步骤1116)。

从上述说明可以看出，本发明的小区搜索装置以及相应的小区搜索方法最终能够根据初始接收到的基带数字信号实现频率同步，无线帧同步，得到小区搜索所需要的小区标识号Cell ID，并能够进一步检测出天线数量，解调出PBCH，顺序提取出OFDM符号，从而很好地完成小区搜索的任务。

从对本发明的小区搜索装置的结构以及小区搜索方法的实现步骤都可以看出，本发明将自动频率控制加入到小区搜索中来，这样在频率误差较大的情况下，通过自动频率控制对频率误差进行校正，仍然能够捕捉到主同步信号互相关的峰值，从而能够顺利进行小区搜索的后续工作。当无法捕捉到主同步信号时，可以立即控制自动频率控制重新进行一次控制。从而把自动频率控制和主同步信号捕捉状态紧密连接起来。

本发明还在主同步信号进行互相关操作之前，进行了低通滤波和下采样，从而降低了符号速率，减少了主同步信号互相关器和后面部件的运算量。

本发明在实现主同步信号的捕捉时采用了状态机的方式，连续多次捕捉到主同步信号的互相关峰状态机才会转移到捕获成功状态，这样可以使主同步信号捕捉的虚警率大大降低。此外，状态机的捕捉模式灵活可调，这样可以在捕捉时间和捕捉正确率两个矛盾体之间进行调整。

本发明在自动频率控制中，频率误差的估计采用了预置频率误差和残余频率误差估计结合的方法，这样克服了利用循环前缀进行频率误差估计只能够估计出±1/2个子载波的缺陷，大大增加了频率误差估计的范围。

本发明开创了基站天线数量检测的新方法，通过基站天线数量检测，可以有效降低解码广播信道的复杂度。并且基站天线数量检测采用了相似度解码，有较强的鲁棒性。

本发明对主同步信号的检测采用时域互相关的方法，在没有准确OFDM符号同步情况下，相对于频域检测的方法有较高的稳定性，较高的捕获成功率，较低的虚警率。

本发明在主同步信号捕捉过程中，涉及到的互相关峰值门限采用了自适应调整方式，可以适应于不同信噪比的情况。

本发明对于辅同步信号的解码，采用了模糊解码方式，在信噪比较低情况下也可以稳定工作。

本发明对无线帧定时采用了主同步信号互相关峰值和辅同步信号检测相结合的方法，能够有效进行无线帧定时。

本发明对自动频率控制和循环前缀判决使用了同一个自相关部件，减少了系统的复杂度。

本发明在循环前缀判定时，采用了多次判定方法，提高了判定的准确性。

在本发明中，自动频率控制和循环前缀判决公用一个自相关模块，减少了系统复杂度。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种小区搜索装置，其特征在于，包括AFC和CP判决器(1)、第一FIFO存储器(5)、主同步信号互相关器(6)、主同步信号捕捉状态机(7)、辅同步信号解码器(9)、Cell ID解码器(10)以及PBCH解码器(12)；其中，

所述的AFC和CP判决器(1)对接收到的基带数字信号做自动频率调整和CP长度判决，经过处理的基带数字信号在被传输到所述的主同步信号互相关器(6)的同时，还被保存到所述的第一FIFO存储器(5)；所述的主同步信号互相关器(6)将接收到的基带数字信号与本地产生的主同步信号做互相关操作，所述互相关操作的结果被传输到主同步信号捕捉状态机(7)；所述的主同步信号捕捉状态机(7)捕捉主同步信号，在捕捉成功时，从主同步信号中得到小区组内序号Cell ID2，并控制所述第一FIFO存储器(5)输出数据到所述辅同步信号解码器(9)进行解码；所述辅同步信号解码器(9)解码辅同步信号，进而由辅同步信号得到小区组号Cell ID1；所述Cell ID解码器(10)根据所述小区组内序号Cell ID2和所述小区组号Cell ID1，计算出小区标识号Cell ID；所述PBCH解码器(12)利用小区标识号Cell ID进行PBCH解调，解析出包括系统带宽、系统帧号在内的系统信息。

2.根据权利要求1所述的小区搜索装置，其特征在于，还包括第二FIFO存储器(2)、无线帧定时器(13)、循环前缀去除器(14)以及FFT(15)；其中，

所述的第二FIFO存储器(2)存储经过所述AFC和CP判决器(1)做自动频率调整的基带数字信号；所述的无线帧定时器(13)根据所述辅同步信号解码器(9)解码出的辅同步信号实现对无线帧开始位置的定位，并控制所述的第二FIFO存储器(2)对存储于该存储器内部的数据按照无线帧开始位置做无线帧分割；所述的循环前缀去除器(14)根据所述AFC和CP判决器(1)所得到的CP长度判决的结果从分割后的无线帧中去除循环前缀，提取出OFDM符号时域数据；所述的FFT(15)将所述OFDM符号时域数据变换到频域。

3.根据权利要求1或2所述的小区搜索装置，其特征在于，还包括有门限和频点调整器(8)，所述的门限和频点调整器(8)根据所述主同步信号捕捉状态机(7)的捕捉结果自动调整所述主同步信号捕捉状态机(7)中主同步信号互相关峰值的判决门限和所述AFC和CP判决器(1)中的频点。

4.根据权利要求1或2或3所述的小区搜索装置，其特征在于，还包括有基站天线数量检测器(11)；所述的基站天线数量检测器(11)根据基带数字信号的PBCH信道中参考信号的能量来检测基站的天线数量。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的小区搜索装置，其特征在于，还包括有数字低通滤波器(3)；所述的数字低通滤波器(3)对所述的AFC和CP判决器(1)输出的基带数字信号做低通滤波。

6.根据权利要求5所述的小区搜索装置，其特征在于，还包括有下采样器(4)；所述的下采样器(4)对低通滤波后的基带数字信号做下采样。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的小区搜索装置，其特征在于，还包括有下采样器(4)；所述的下采样器(4)对所述的AFC和CP判决器(1)输出的基带数字信号做下采样。

8.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的小区搜索装置，其特征在于，所述的AFC和CP判决器(1)包括频率误差预校正单元，残余频率误差估计单元、残余频率误差校正单元以及CP判决单元；其中，

9.根据权利要求8所述的小区搜索装置，其特征在于，所述的CP判决单元将延时自相关的结果中超过预设门限的连续多个值作为CP窗，根据所述CP窗的中心距离来判别CP为常规CP还是扩展CP。

10.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的小区搜索装置，其特征在于，所述的主同步信号捕捉状态机(7)一旦发现所述主同步信号互相关器(6)产生的多路互相关值中有某一路互相关值连续发现峰值次数达到预先设定的M次，并且两两相邻峰值的距离都落在预设的窗口内时，就进入捕获状态，此时用于产生本地主同步信号的本地小区组内序号就是基带数字信号中的小区组内序号Cell ID2。

11.根据权利要求10所述的小区搜索装置，其特征在于，所述的主同步信号捕捉状态机(7)包括正常捕获模式和快速捕获模式两种工作模式；在正常捕获模式下，所述M的大小为5，在快速捕获模式下，所述M的大小为2-4之间的一个值；所述的正常捕获模式和快速捕获模式根据用户的需要择一使用。

12.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的小区搜索装置，其特征在于，所述的辅同步信号解码器(9)用已经捕获成功的主同步信号来进行辅同步信号的信道估计，然后用估计出来的信道对辅同步信号进行信道补偿，进而实现对辅同步信号的解码。

13.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的小区搜索装置，其特征在于，所述的PBCH解码器(12)包括常规解码模式和盲解码模式两种工作模式，当成功检测出基站天线数量时，采用常规解码模式，当无法检测出基站天线数量时，采用盲解码模式；其中，

在常规解码模式下，所述的PBCH解码器(12)利用小区标识号CellID来确定参考信号频域位置，用参考信号估计PBCH信道，用估计的信道和基站天线数量进行PBCH解调，从而解析出包括系统带宽、系统帧号在内的系统信息；

在盲解码模式下，所述的PBCH解码器(12)假设基站的天线数量，然后利用小区标识号Cell ID来确定参考信号频域位置，用参考信号估计PBCH信道，用估计的信道和假设的基站天线数量进行PBCH解调；将解调结果做CRC校验，只有CRC校验成功，才能根据解调结果解析出包括系统带宽、系统帧号在内的系统信息。

14.一种小区搜索方法，包括：

15.根据权利要求14所述的小区搜索方法，其特征在于，还包括：

步骤10)、将所述OFDM符号时域数据变换到频域。

16.根据权利要求14或15所述的小区搜索方法，其特征在于，在所述的步骤3)之后还包括：

17.根据权利要求14或15或16所述的小区搜索方法，其特征在于，在所述的步骤5)之后，还包括：

18.根据权利要求14或15或16或17所述的小区搜索方法，其特征在于，在所述的步骤1)之后，还包括：

19.根据权利要求18所述的小区搜索方法，其特征在于，在所述的步骤11)之后，还包括：

20.根据权利要求14或15或16或17或18或19所述的小区搜索方法，其特征在于，所述的步骤4)包括：

21.根据权利要求17所述的小区搜索方法，其特征在于，所述的步骤51)包括：

步骤51-3)、用最大似然度判决天线数量。

22.根据权利要求14或15或16或17或18或19所述的小区搜索方法，其特征在于，在所述的步骤5)中，所述的小区标识号Cell ID根据以下公式计算得到：

Cell ID＝Cell ID1×3+Cell ID2。