CN102438296A - 一种fdd-lte改进型辅同步信号检测的小区搜索方法 - Google Patents

一种fdd-lte改进型辅同步信号检测的小区搜索方法 Download PDF

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Abstract

一种FDD-LTE改进型辅同步信号检测的小区搜索方法，应用于FDD-LTE系统。在eNodeB端系统联同主同步信号发送，用于接收端UE与eNodeB的时域同步和频域同步，进而获取小区号，获取小区号后系统通过解PBCH可获得基本系统参数。扫频过程中主同步检测采用时域相关可以获得时间同步并获得扇区信息，进而频域相关获得频域同步；通过CP检测与信道估计并相干解调出辅同步频域数据，通过辅同步解调联合主同步解调信息可以获得小区号。本发明可以提高小区搜索的效率，降低运算复杂度。

Description

一种FDD-LTE改进型辅同步信号检测的小区搜索方法
技术领域
本发明涉及到无线通信系统，更具体地，本发明的实施方法是针对第三代移动通信长期演进系统（FDD-LTE）中改进型辅同步信号检测的小区搜索方法。
背景技术
在LTE系统中，小区搜索的作用是使UE与eNodeB间建立起时间同步与频率同步，并获得小区号                                                
Figure 872616DEST_PATH_IMAGE001
以进行后续的信息发送与接收操作，是UE与eNodeB建立联系的重要过程。参考TS36.211协议，此处本文对与本发明有关的部分进行说明。
小区搜索的过程主要包括主同步信号的接收与辅同步信号接收两个部分。两种同步信号在发送端所遵循的规则如下。
主同步信号的生成使用一个频域的ZC序列，其生成方式依据：
Figure 789756DEST_PATH_IMAGE002
其中，参数u与
Figure 195592DEST_PATH_IMAGE003
有关，如表1所示。
根据给定的参数
Figure 777752DEST_PATH_IMAGE003
计算获得扇区号
Figure 592124DEST_PATH_IMAGE004
，具体计算方式为
Figure 352270DEST_PATH_IMAGE004
＝
Figure 307719DEST_PATH_IMAGE003
 mod 3。
再依据与参数u的关系，依据一个频域的ZC序列生成长度为62，数据类型为浮点数的主同步序列。
表1：生成主同步信号的根参数
Root index u
0 25
1 29
2 34
对于FDD-LTE，主同步信号被映射在时隙0和时隙10的最后一个OFDM符号，由上一模块生成的主同步信号根据下式映射。（其中
Figure 673923DEST_PATH_IMAGE006
表示子载波序号k及时隙0和时隙10中符号位l）。
Figure 348618DEST_PATH_IMAGE007
辅同步信号的生成，依据下式：
Figure 58954DEST_PATH_IMAGE008
   
Figure 426482DEST_PATH_IMAGE009
下式给出了从
Figure 356523DEST_PATH_IMAGE010
获得
Figure 631646DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 399751DEST_PATH_IMAGE012
的具体方法。
Figure 298699DEST_PATH_IMAGE013
对于生成序列时所需的s序列，c序列和z序列，其产生方式如下。
三个序列共同使用同一套x序列作为初始状态，有：
Figure 27621DEST_PATH_IMAGE014
对于s序列，，
Figure 729046DEST_PATH_IMAGE016
对于c序列，
Figure 126792DEST_PATH_IMAGE017
Figure 264381DEST_PATH_IMAGE018
对于z序列：
Figure 84569DEST_PATH_IMAGE019
Figure 113750DEST_PATH_IMAGE020
 
表2 
Figure 56298DEST_PATH_IMAGE010
与序列生成参数m0和m1的关系
Figure 556550DEST_PATH_IMAGE021
Figure 790216DEST_PATH_IMAGE022
Figure 200469DEST_PATH_IMAGE023
Figure 313918DEST_PATH_IMAGE021
Figure 927565DEST_PATH_IMAGE022
Figure 276506DEST_PATH_IMAGE024
Figure 964102DEST_PATH_IMAGE021
Figure 186136DEST_PATH_IMAGE022
Figure 785613DEST_PATH_IMAGE025
Figure 813612DEST_PATH_IMAGE021
Figure 932878DEST_PATH_IMAGE022
Figure 810966DEST_PATH_IMAGE025
Figure 648472DEST_PATH_IMAGE021
Figure 401534DEST_PATH_IMAGE022
Figure 703202DEST_PATH_IMAGE026
0 0 1 34 4 6 68 9 12 102 15 19 136 22 27
1 1 2 35 5 7 69 10 13 103 16 20 137 23 28
2 2 3 36 6 8 70 11 14 104 17 21 138 24 29
3 3 4 37 7 9 71 12 15 105 18 22 139 25 30
4 4 5 38 8 10 72 13 16 106 19 23 140 0 6
5 5 6 39 9 11 73 14 17 107 20 24 141 1 7
6 6 7 40 10 12 74 15 18 108 21 25 142 2 8
7 7 8 41 11 13 75 16 19 109 22 26 143 3 9
8 8 9 42 12 14 76 17 20 110 23 27 144 4 10
9 9 10 43 13 15 77 18 21 111 24 28 145 5 11
10 10 11 44 14 16 78 19 22 112 25 29 146 6 12
11 11 12 45 15 17 79 20 23 113 26 30 147 7 13
12 12 13 46 16 18 80 21 24 114 0 5 148 8 14
13 13 14 47 17 19 81 22 25 115 1 6 149 9 15
14 14 15 48 18 20 82 23 26 116 2 7 150 10 16
15 15 16 49 19 21 83 24 27 117 3 8 151 11 17
16 16 17 50 20 22 84 25 28 118 4 9 152 12 18
17 17 18 51 21 23 85 26 29 119 5 10 153 13 19
18 18 19 52 22 24 86 27 30 120 6 11 154 14 20
19 19 20 53 23 25 87 0 4 121 7 12 155 15 21
20 20 21 54 24 26 88 1 5 122 8 13 156 16 22
21 21 22 55 25 27 89 2 6 123 9 14 157 17 23
22 22 23 56 26 28 90 3 7 124 10 15 158 18 24
23 23 24 57 27 29 91 4 8 125 11 16 159 19 25
24 24 25 58 28 30 92 5 9 126 12 17 160 20 26
25 25 26 59 0 3 93 6 10 127 13 18 161 21 27
26 26 27 60 1 4 94 7 11 128 14 19 162 22 28
27 27 28 61 2 5 95 8 12 129 15 20 163 23 29
28 28 29 62 3 6 96 9 13 130 16 21 164 24 30
29 29 30 63 4 7 97 10 14 131 17 22 165 0 7
30 0 2 64 5 8 98 11 15 132 18 23 166 1 8
31 1 3 65 6 9 99 12 16 133 19 24 167 2 9
32 2 4 66 7 10 100 13 17 134 20 25 - - -
33 3 5 67 8 11 101 14 18 135 21 26 - - -
Figure 1459DEST_PATH_IMAGE027
根据给定的参数
Figure 76994DEST_PATH_IMAGE028
计算获得 ，计算方式为
Figure 571429DEST_PATH_IMAGE028
除以3后向下取整。再依据
Figure 399708DEST_PATH_IMAGE027
与参数
Figure 822861DEST_PATH_IMAGE029
和
Figure 431697DEST_PATH_IMAGE030
的关系，依据一个共同的x序列得到具有相关性的3个序列s，z，c，从而生成辅同步信号。
 在FDD-LTE中，辅同步信号被映射在时隙0和时隙10的倒数第2个OFDM符号，即在主同步信号的前一个OFDM符号上。由上一模块生成的辅同步信号
Figure 792140DEST_PATH_IMAGE005
根据公式
Figure 740504DEST_PATH_IMAGE031
将辅同步信号映射到分配好的资源粒子上（其中
Figure 396876DEST_PATH_IMAGE006
表示子载波序号k及时隙0和时隙10中符号位l）。
按照以上分配的位置，把生成的辅同步信号映射到资源粒子。注意，虽然在频带上占用的RE只有62个，但是主同步信号与辅同步信号，前后各需留5个RE的位置作为预留，不存放数据，也不被其它信道占用。
下面对主同步信号检测、小数倍和整数倍频偏的估计、CP类型盲检进行简述。
对于主同步信号的检测，为了降低主同步相关的运算复杂度，并兼顾FDD-LTE最小带宽1.4MHz的情况，在此对接收的数据进行16倍下采样。每次相关过程中，将截取的2048点时域数据下采样得到128点时域数据，接收机本地生成3组主同步频域数据进128点的IFFT操作得到3组128点的时域数据，分别与下采样得到的128点时域数据进行相关得到相关值。随着接收信号2048点数据的截取起点往后推移，分别得到3组时域相关值。通过比较这3组时域相关值的大小，选取最大的相关值对应的
Figure 430691DEST_PATH_IMAGE004
 及时域峰值点。此时的时域峰值点还只是时间粗同步，为了获取更精准的时间点，还需对当前峰值点附近的左右15个点重新进行上述的时域互相关获得峰值点，此时的峰值点即是主同步信号符号位的时域起始点。
频偏估计过程采用先进行小数倍频偏估计后进行整数倍频偏估计方案。其中小数倍频偏采用的是CP时域上的频偏估计方法，用接收到的信号做自相关，在最大采样速率的条件下取144个点作为CP部分做自相关，既可以满足20MHz以下的带宽时也能得出正确的相关结果，又可以满足暂时CP类型未知的前提；整数倍频偏采用的是频域上本地生成的主同步信号与接收机所得的频域主同步信号进行相关求得频偏值。总频偏应同时包含小数倍频偏和整数倍频偏值。
为了获得CP类型信息，在辅同步信号检测前还需要进行CP类型盲检。常规CP时域长度为144点，扩展CP时域长度为512。因此，截取主同步相关峰值点前144个点和该符号后144个点进行时域相关获得相关值1；再截取主同步相关峰值点前512个点和该符号后512个点进行时域相关获得相关值2。比较相关值1和相关值2的大小，相关值较大的对应的CP类型即信息的实际CP类型。
通过以上描述可以看出，对现有的小区搜索运算复杂度高，性能差。
发明内容
针对所存在的问题，本发明提出一种FDD-LTE改进型辅同步信号检测的小区搜索方法。
下面介绍本发明对解辅同步信号的改进型方法。
本发明的基本思想是根据偶数频域位置的辅同步数据进行31次相关得到候选索引ma值，再根据索引ma值和奇数频域位置的辅同步数据进行31次相关得到候选索引mb值。通过候选索引ma和候选索引mb可以唯一确定索引m0和索引m1，继而可以确定无线帧边界及。具体实现步骤如下。
步骤1：基于上述主同步和CP类型检测结果获得的辅同步信息时域起点，利用相干解调的方法获得频域上辅同步的62点的频域数据
Figure 194434DEST_PATH_IMAGE033
，n=0,1,2…61。
步骤2：取出偶数位频域数据
Figure 270974DEST_PATH_IMAGE034
，即
Figure 554536DEST_PATH_IMAGE035
，n=0,1,2…30。利用解主同步信号所得的
Figure 741935DEST_PATH_IMAGE004
生成长度为31的±1序列
Figure 914159DEST_PATH_IMAGE036
。
步骤3：利用
Figure 161601DEST_PATH_IMAGE037
序列的生成方式：
Figure 232325DEST_PATH_IMAGE038
从而可以获得发送端
Figure 974148DEST_PATH_IMAGE037
序列，长度为31。
步骤4：为了得到
Figure 751611DEST_PATH_IMAGE037
索引，在此令
Figure 649345DEST_PATH_IMAGE040
产生31组长度为31的±1序列
Figure 506443DEST_PATH_IMAGE041
，这31组序列
Figure 889145DEST_PATH_IMAGE041
分别与
Figure 478389DEST_PATH_IMAGE037
求相关值
Figure 648340DEST_PATH_IMAGE042
，通过对比31个相关值并取得最大的相关值对应的m，这个m就是候选索引（此时的为
Figure 306482DEST_PATH_IMAGE043
或
Figure 760466DEST_PATH_IMAGE012
）。
步骤5：取出奇数位频域数据
Figure 897049DEST_PATH_IMAGE044
，即
Figure 988764DEST_PATH_IMAGE045
，n=0,1,2…30。利用解主同步信号所得的
Figure 247707DEST_PATH_IMAGE004
生成长度为31的±1序列。利用步骤4得到的
Figure 863683DEST_PATH_IMAGE039
按照协议得到
Figure 324751DEST_PATH_IMAGE047
。
步骤6：利用
Figure 380694DEST_PATH_IMAGE048
的生成方式：
从而可以获得发送端
Figure 597577DEST_PATH_IMAGE048
序列，长度为31。
步骤7：为了得到
Figure 855428DEST_PATH_IMAGE048
索引
Figure 252911DEST_PATH_IMAGE050
，在此令
Figure 670248DEST_PATH_IMAGE040
产生31组长度为31的±1序列
Figure 873697DEST_PATH_IMAGE051
，这31组序列
Figure 309357DEST_PATH_IMAGE051
分别与求相关值，通过对比31个相关值并取得最大的相关值对应的m，这个m就是候选索引（此时的mb为
Figure 705780DEST_PATH_IMAGE012
或）。
步骤8：判决。比较步骤4和步骤7中获取的候选索引和
Figure 257612DEST_PATH_IMAGE050
，
如果
Figure 667865DEST_PATH_IMAGE053
，那么
Figure 702686DEST_PATH_IMAGE054
且当前为0号时隙，
否则，且当前为10号时隙。
步骤9：根据已获得的
Figure 478323DEST_PATH_IMAGE043
和，查表2可以获得，联同主同步信号检测过程中获得的
Figure 564594DEST_PATH_IMAGE004
，合并获得小区号
Figure 327013DEST_PATH_IMAGE056
。
在步骤3与步骤6中所用到的式子，虽然协议上没有给出，但是因为生成时是由
Figure 589947DEST_PATH_IMAGE057
用加扰所得，因此逆推得出
Figure 180514DEST_PATH_IMAGE057
可以由
Figure 842702DEST_PATH_IMAGE034
再与扰码序列
Figure 655806DEST_PATH_IMAGE058
进行异或可得，的得到也是相同的道理，并且结果通过仿真验证是正确有效的。
发明或实用新型同现有技术相比所具有的优点、特点或积极效果：
目前主流的辅同步信号检测算法运算复杂度很高。接收端为了获取，目前主流算法是先通过主同步所获得的按照TS36.211协议产生168组62长度的±1候选序列
Figure 551243DEST_PATH_IMAGE059
，这168组序列分别对应，然后分别对这168组序列与接收数据
Figure 21987DEST_PATH_IMAGE033
进行相关取得相关值，相关值峰值对应的序号即是
Figure 783401DEST_PATH_IMAGE032
值。
本专利提供的改进型算法在进行的相关运算一共62次，其中前31次是在步骤4中为获得候选索引
Figure 689040DEST_PATH_IMAGE039
时需要对31种m (m=0,1,2…30)进行相关值运算，后31次是在步骤7中为获得候选索引
Figure 972122DEST_PATH_IMAGE050
时也需要对31种m (m=0,1,2…30)进行相关值运算。而目前现在算法直接对
Figure 355830DEST_PATH_IMAGE032
进行168盲检，所需要的相关值运算次数达到168次，将近本专利改进型算法的6倍。改进型算法使得UE同步算法大大简化，并显著提升了UE与eNodeB之间的同步效率。
所以，对于算法复杂度的降低也就是说效率的提升可以通过下式来直观对比：
原本的算法复杂度：
Figure 112696DEST_PATH_IMAGE061
；
改进后的算法复杂度：
Figure 376187DEST_PATH_IMAGE062
。
以对现有的小区搜索，尤其是辅同步信号的检测部分进行改进，降低运算复杂度，实现性能优化。
附图说明
图1是候选索引盲检所得相关值
Figure 835430DEST_PATH_IMAGE063
直方图。
图2是候选索引
Figure 7654DEST_PATH_IMAGE050
盲检所得相关值
Figure 943511DEST_PATH_IMAGE064
直方图。
具体实施方式
实施举例：
Figure 951918DEST_PATH_IMAGE003
=23，系统带宽为10MHz发送实例。
接收端主同步检测得=2，频偏估计、CP类型盲检及信道估计在此略过，时间点往前推移并采用相干解调的方法得到辅同步62点的频域值
Figure 397168DEST_PATH_IMAGE066
，取出偶数位频域数据，即，n=0,1,2…30。根据
Figure 89684DEST_PATH_IMAGE065
=2可得
Figure 472386DEST_PATH_IMAGE069
，从而再根据
Figure 61630DEST_PATH_IMAGE070
可得
Figure 106946DEST_PATH_IMAGE057
。对m进行盲检，令m=0时，根据协议TS36.211产生得到，并求得
Figure 175582DEST_PATH_IMAGE057
与的相关值为0.4978。同理，依次令m=0,1,2…30时，产生得到
Figure 343707DEST_PATH_IMAGE041
，并求得
Figure 214711DEST_PATH_IMAGE057
与的相关值，如表4所示。将
Figure 830948DEST_PATH_IMAGE041
以直方图直观地描绘出来如图1所示。显然通过相关值比较，可得候选索引
Figure 257381DEST_PATH_IMAGE039
=7。
表3 实施例中候选索引
Figure 446923DEST_PATH_IMAGE039
的分析过程
Figure 471773DEST_PATH_IMAGE072
 确定
Figure 573721DEST_PATH_IMAGE039
后，取出奇数位频域数据
Figure 503762DEST_PATH_IMAGE044
，即
Figure 44465DEST_PATH_IMAGE045
，n=0,1,2…30。利用解主同步信号所得的
Figure 360040DEST_PATH_IMAGE004
生成长度为31的±1序列
Figure 147736DEST_PATH_IMAGE046
。利用步骤4得到的
Figure 548762DEST_PATH_IMAGE039
按照协议得到
Figure 581571DEST_PATH_IMAGE047
；根据公式可得
Figure 285750DEST_PATH_IMAGE048
。对m进行盲检，令m=0时，根据协议TS36.211产生得到
Figure 688919DEST_PATH_IMAGE074
，并求得
Figure 509107DEST_PATH_IMAGE048
与
Figure 550007DEST_PATH_IMAGE074
的相关值为0.4978。同理，依次令m=0,1,2…30时，产生得到
Figure 164659DEST_PATH_IMAGE051
，并求得与
Figure 475740DEST_PATH_IMAGE051
的相关值，如表4所示。将
Figure 620414DEST_PATH_IMAGE051
以直方图直观地描绘出来如图1所示。显然通过相关值比较，可得候选索引
Figure 422279DEST_PATH_IMAGE050
=8。
表4 实施例中候选索引
Figure 285193DEST_PATH_IMAGE050
的分析过程
Figure 260233DEST_PATH_IMAGE075
 由于
Figure 774260DEST_PATH_IMAGE076
，则根据步骤8可得且判定当前为0号时隙，再查表2可得
Figure 831657DEST_PATH_IMAGE078
，再联合主同步检测结果可得小区号
Figure 984289DEST_PATH_IMAGE079
，至此小区搜索过程完成。
以上所述，仅是本发明的一较佳实例，本发明所主张的权利范围并不局限于此。本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种FDD-LTE改进型辅同步信号检测的小区搜索方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将辅同步信号分为偶序和奇序两组长度分别为31的数据；
步骤二：将偶序数据序列与本地生成以m值为参数的31组数据进行相关，确定候选索引                                                
Figure 2011103655571100001DEST_PATH_IMAGE001
；
步骤三：将奇序数据序列与本地生成以
Figure 473675DEST_PATH_IMAGE001
值为参数的31组数据进行相关，确定；
步骤四：根据
Figure 328498DEST_PATH_IMAGE001
与
Figure 295186DEST_PATH_IMAGE002
的大小关系， 确定
Figure 2011103655571100001DEST_PATH_IMAGE003
与
Figure 254177DEST_PATH_IMAGE004
，然后根据
Figure 255500DEST_PATH_IMAGE003
与
Figure 15646DEST_PATH_IMAGE004
，确定时隙编号与小区组号
Figure 2011103655571100001DEST_PATH_IMAGE005
；在发射端由给定的参数
Figure 971095DEST_PATH_IMAGE006
计算获得，计算方式为除以3后向下取整；因此在小区搜索过程中，根据搜索获得
Figure 2011103655571100001DEST_PATH_IMAGE007
与主同步信号检测所得的扇区号
Figure 901190DEST_PATH_IMAGE008
后根据相应的计算方式计算获得。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以辅同步信号的生成方式逆推得出
Figure 337299DEST_PATH_IMAGE005
，将接收信号分为奇序数据与偶序数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过得出辅同步信号的生成过程中直接受
Figure 11994DEST_PATH_IMAGE005
影响的
Figure 722330DEST_PATH_IMAGE003
与
Figure 89857DEST_PATH_IMAGE004
再唯一确定。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将接收到的奇序数据和偶序数据，与根据
Figure 2011103655571100001DEST_PATH_IMAGE009
与本地生成的序列分别进行相关，根据峰值确定接收数据里各自使用的
Figure 19898DEST_PATH_IMAGE009
与
Figure 232705DEST_PATH_IMAGE002
。
5.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，通过得出的
Figure 63127DEST_PATH_IMAGE009
与，根据大小关系，确认两者间大的为
Figure 753313DEST_PATH_IMAGE004
，小的为
Figure 832128DEST_PATH_IMAGE003
，再根据与哪一个先被检出，即
Figure 114708DEST_PATH_IMAGE009
与哪一个相等来确定所检测出的时隙为0号或是10号。
6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，根据所得的与
Figure 997213DEST_PATH_IMAGE004
的组合，通过查表的方式确定
Figure 38112DEST_PATH_IMAGE005
。
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