CN102695263B - 一种鲁棒的lte系统下行定时同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种鲁棒的LTE系统下行定时同步方法，包括：步骤一，接收端连续存储M个PSS传输周期的时域信号序列；步骤二，对M个PSS传输周期的时域信号序列进行窄带滤波；步骤三，对滤波后的数据进行降采样；步骤四，对第m个PSS传输周期的降采样数据进行滑动差分镜像相关，得到第i个时刻的相关值；步骤五，对相关值进行叠加，获得叠加结果；步骤六，判断叠加结果是否存在明显峰值区间，若存在，则完成主同步信号的捕获，并根据最大相关峰的位置获取定时信息；否则返回步骤一。本发明有效降低了初始频偏的影响，保证了较低信噪比区间内的定时同步，在初始频偏未得到补偿并且信道传输环境未知的接收条件下有较好的应用，具有较好的鲁棒特性。

Description

一种鲁棒的LTE系统下行定时同步方法

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，涉及一种鲁棒的LTE系统下行定时同步方法。

背景技术

在LTE系统中，小区基站每5ms周期发送携带小区识别号的主同步信号(PrimarySynchronizationSignal，PSS)，该主同步信号的主要作用之一是进行下行同步。LTE系统的PSS由ZC序列生成，共有三组不同的序列可供使用。由于在小区搜索阶段，基站具体发送了哪组PSS对用户是盲的，因此，一般利用PSS的定时同步中，用户预先存储三组本地PSS序列，然后每组PSS分别与接收信号进行滑动相关，当检测到明显的相关峰值时，认为得到定时信息。这样处理有一个问题，就是三组相关运算复杂度高，不利于快速获取定时信息。另外，如果用户处于同步网络中，采用本地同步序列和接收序列相关时，其他小区发送的同步信号对本小区接收信号将形成干扰。因此，该方法在不同频偏时的检测性能不同，特别是在较大频偏的情况下，其检测性能较差。另外，PSS序列优良的相关特性使得该方法在较高信噪比区间内可以取得较好的定时性能，但是在信号接收能量较低，即低信噪比时，性能却比较差。

在初始同步阶段，接收机尚未获取接收信号中的频偏和用户经历的信道状态，因此，为保证较好的定时同步性能，定时方法需要具备以下特性：(1)对频偏不敏感；(2)在较低信噪比时仍能保证正常工作。也就是说，实际应用中，定时方法需要对频偏和信噪比具备较好的鲁棒特性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种鲁棒的LTE系统下行定时同步方法，该方法在较大频偏和低信噪比的条件下具有较好的鲁棒性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种鲁棒的LTE系统下行定时同步方法，包括以下步骤：

步骤一，接收端连续存储M个PSS传输周期的时域信号序列；

步骤二，对M个PSS传输周期的时域信号序列进行窄带滤波；

步骤三，对滤波后的数据进行降采样；

步骤四，对第m个PSS传输周期的降采样数据进行滑动差分镜像相关，得到第i个时刻的相关值R_i(m)；其中m＝0，1，2，...M-1；

步骤五，对相关结果进行叠加，获得

步骤六，判断叠加结果R(i)是否存在明显峰值区间，若存在，则完成主同步信号的捕获，并根据最大相关峰的位置获取定时信息；否则返回步骤一。

作为本发明的一种优选方案，步骤一的详细实现过程为：接收端连续存储M个PSS传输周期的时域信号序列，记为：

y＝[y₀(0)，y₀(1)，...，y₀(N-1)，y₁(0)，y₁(1)，...，y₁(N-1)，...，y_M-1(0)，y_M-1(1)，...，y_M-1(N-1)]

其中，1个PSS传输周期为5ms，N为每个5ms内的接收数据长度，M为需要叠加的5ms周期的个数，M≥1。

作为本发明的另一种优选方案，所述时域信号序列的数据采样率为30.72MHz，降采样后的数据采样率为0.96MHz，降采样后的数据记为：

$\stackrel{\‾}{y}=[{\stackrel{\‾}{y}}_0\left(0\right),{\stackrel{\‾}{y}}_0\left(1\right),...,{\stackrel{\‾}{y}}_0(\stackrel{\‾}{N}-1),{\stackrel{\‾}{y}}_1\left(0\right),{\stackrel{\‾}{y}}_1\left(1\right),...,{\stackrel{\‾}{y}}_1(\stackrel{\‾}{N}-1),...,{\stackrel{\‾}{y}}_{M-1}\left(0\right),{\stackrel{\‾}{y}}_{M-1}\left(1\right),...,{\stackrel{\‾}{y}}_{M-1}(\stackrel{\‾}{N}-1)]$

其中，为第m个5ms周期内降采样后的接收数据，为降采样后每个5ms内的数据长度。

作为本发明的再一种优选方案，步骤四中，对第m个5ms周期的降采样数据进行时域滑动差分镜像相关，得到第i个时刻的相关值为：

$R_i\left(m\right)=\frac{1}{30}\underset{k=1}{\overset{30}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{m,i}\left(k\right)=\frac{1}{30}\underset{k=1}{\overset{30}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\‾}{y}}_m^{*}(k+1+C){\stackrel{\‾}{y}}_m(k+C){\stackrel{\‾}{y}}_m^{*}(-k+C){\stackrel{\‾}{y}}_m(-k-1+C)$

其中，上标^*表示复共轭，C＝i+64/2为对称中心，k为求和索引。

作为本发明的再一种优选方案，步骤六中，根据R(i)的绝对值或绝对值的平方判断是否存在明显峰值区间。

本发明的有益效果在于：本发明所述的鲁棒的LTE系统下行定时同步方法采用对时域接收信号进行时域差分镜像运算，并在多个主同步信号周期内进行相关结果累加的方法实现同步，有效降低了初始频偏的影响，并能保证较低信噪比区间内的定时同步，因此本发明所述方法在初始频偏未得到补偿并且信道传输环境未知的接收条件下有较好的应用，具有较好的鲁棒特性。

附图说明

图1为本发明所述的鲁棒的LTE系统下行定时同步方法的流程图；

图2为实施例二所述的5ms数据的接收示意图。

具体实施方式

针对上述问题，本发明提出一种鲁棒的LTE系统下行定时同步方法，该方法的主要内容为：叠加多个PSS周期内相关运算结果，每个PSS周期内的相关运算采用镜像差分运算，其中，时域差分运算可有效降低频偏影响，镜像运算在PSS符号内可产生相关峰值，多个PSS周期相关结果的叠加可有效提高峰值结果，因此，该方法对初始频偏不敏感，并且在低信噪比的条件下仍能观察到较明显的相关峰值。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

实施例一

本实施例提供一种鲁棒的LTE系统下行定时同步方法，该方法对初始频偏和低信噪比具有较好的鲁棒特性，具体流程如图1所示，包括以下步骤：

(1)信号存储。

接收端连续存储M个PSS传输周期(每周期为5ms)的时域信号序列，将该接收信号记为：y＝[y₀(0)，y₀(1)，...，y₀(N-1)，y₁(0)，y₁(1)，...，y₁(N-1)，...，y_M-1(0)，y_M-1(1)，...，y_M-1(N-1)]，其中，N为每个5ms内的接收数据长度，M为需要叠加的5ms周期的个数，M≥1。

(2)滤波得到同步信号带宽上的接收数据。

对M个5ms内的接收信号进行窄带滤波。数据信号占用带宽为LTE下行系统的传输带宽，最大为18MHz，其中，主同步信号占用62个子载波，带宽为930kHz，两边各有5个保护空子载波，因此总占用带宽为1.08MHz。对接收数据进行同步信号带宽(0.93～1.08MHz)上的滤波处理以消除数据子载波的干扰。窄带滤波器可根据滤波器组或一般带通滤波器的设计方法得到，此处无特殊定义。

(3)降采样。

接收数据为高采样率数据(一般为30.72MHz)，对滤波后数据进行降采样，降采样后数据采样率为0.96MHz(等效为32倍降采样)，该采样率下可采用N_fft＝64的IFFT/FFT处理。记降采样后数据为：

$\stackrel{\‾}{y}=[{\stackrel{\‾}{y}}_0\left(0\right),{\stackrel{\‾}{y}}_0\left(1\right),...,{\stackrel{\‾}{y}}_0(\stackrel{\‾}{N}-1),{\stackrel{\‾}{y}}_1\left(0\right),{\stackrel{\‾}{y}}_1\left(1\right),...,{\stackrel{\‾}{y}}_1(\stackrel{\‾}{N}-1),...,{\stackrel{\‾}{y}}_{M-1}\left(0\right),{\stackrel{\‾}{y}}_{M-1}\left(1\right),...,{\stackrel{\‾}{y}}_{M-1}(\stackrel{\‾}{N}-1)]$

其中，为第m个5ms周期内降采样后的接收数据，为降采样后每个5ms内的数据长度。

(4)时域滑动差分镜像相关。

对第m个5ms周期的降采样数据进行滑动差分镜像相关，得到第i个时刻的相关值为：

$R_i\left(m\right)=\frac{1}{30}\underset{k=1}{\overset{30}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{m,i}\left(k\right)=\frac{1}{30}\underset{k=1}{\overset{30}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\‾}{y}}_m^{*}(k+1+C){\stackrel{\‾}{y}}_m(k+C){\stackrel{\‾}{y}}_m^{*}(-k+C){\stackrel{\‾}{y}}_m(-k-1+C)$

其中，上标^*表示复共轭，C＝i+64/2为对称中心。

(5)相关结果叠加。

按下式进行相关结果叠加：其中，M为正整数，可根据性能和复杂度的需求进行确定，如：信噪比较高时取较小值，信噪比较低取较大整数值。

(6)相关峰值判断。

根据R(i)的绝对值或绝对值的平方判断是否存在明显峰值区间，若存在，则完成主同步信号的捕获，并根据最大相关峰的位置获取定时信息；若不存在，则继续检测或者更换其他频段重复上述步骤。

实施例二

本实施例以移动用户的单天线接收为例，对本发明所述的鲁棒的LTE系统下行定时同步方法进行详细说明。连续5ms内的数据接收如图2所示，取M＝5。系统传输带宽为20MHz，接收数据采样率为30.72MHz，则5ms内数据长度N＝15360，接收数据可表示为：

y＝[y₀(0)，y₀(1)，...，y₀(15359)，y₁(0)，y₁(1)，...，y₁(15359)，...，y₄(0)，y₄(1)，...，y₄(15359)]。

LTE为多带宽处理系统，假设采用滤波器组得到同步信号带宽上的信号，则对第1个5ms时间内的接收数据进行数据滤波得到1.08MHz带宽上的1.92MHz采样率的信号，进行2倍降采样得到0.96MHz的接收信号，每5ms周期内包含符号数M个周期内的接收数据表示为：

$\stackrel{\‾}{y}=[y_0\left(0\right),y_0\left(1\right),...,y_0\left(479\right),y_1\left(0\right),y_1\left(1\right),...,y_1\left(479\right),...,y_4\left(0\right),y_4\left(1\right),...,y_4\left(479\right)].$

对m＝0，1，2，3，4分别进行如下操作

$R_i\left(m\right)=\frac{1}{30}\underset{k=1}{\overset{30}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{m,i}\left(k\right)=\frac{1}{30}\underset{k=1}{\overset{30}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\‾}{y}}_m^{*}(k+1+C){\stackrel{\‾}{y}}_m(k+C){\stackrel{\‾}{y}}_m^{*}(-k+C){\stackrel{\‾}{y}}_m(-k-1+C)$

其中，i＝0，1，...，416，i的最大取值为416，是因为的最大取值是479，即由(k+1+i+32)_max，k＝30＝479求解i可得；C＝i+32。对上述每5ms周期内的结果进行求和平均，即：

$R\left(i\right)=\frac{1}{5}\underset{m=0}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{R}_i\left(m\right).$

遍历i的取值区间(0≤i≤384)，根据|R(i)|或者|R(i)|²判定最大峰值处为PSS位置，同时也得到5ms定时信息。

本发明所述的鲁棒的LTE系统下行定时同步方法的关键是：采用多个PSS周期内镜像差分相关结果叠加的方法得到相关峰值。在定时同步过程中，在初始频偏和信噪比不确定性(尤其是信号接收质量较差信噪比较低)的情况下，本发明给出一种具有较好鲁棒性的定时同步方法，可以应用于3GPPLTE系统下行接收用户的初始同步。

本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。

Claims (5)

1.一种鲁棒的LTE系统下行定时同步方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，接收端连续存储M个PSS传输周期的时域信号序列；所述PSS传输周期为主同步信号传输周期；

步骤二，对M个PSS传输周期的时域信号序列进行窄带滤波；M≥1；

步骤三，对滤波后的数据进行降采样；

步骤四，对第m个PSS传输周期的降采样数据进行滑动差分镜像相关，得到第i个时刻的相关值R_i(m)；其中m＝0，1,2，…M-1；

步骤五，对相关结果进行叠加，获得

步骤六，判断叠加结果R(i)是否存在峰值区间，若存在，则完成主同步信号的捕获，并根据最大相关峰的位置获取定时信息；否则返回步骤一。

2.根据权利要求1所述的鲁棒的LTE系统下行定时同步方法，其特征在于，步骤一的详细实现过程为：接收端连续存储M个PSS传输周期的时域信号序列，记为：

y＝[y₀(0),y₀(1),...,y₀(N-1),y₁(0),y₁(1),...,y₁(N-1),...,y_M-1(0),y_M-1(1),...,y_M-1(N-1)]

其中，1个PSS传输周期为5ms，N为每个5ms内的接收数据长度，M为需要叠加的5ms周期的个数。

3.根据权利要求2所述的鲁棒的LTE系统下行定时同步方法，其特征在于：所述时域信号序列的数据采样率为30.72MHz，降采样后的数据采样率为0.96MHz，降采样后的数据记为：

$\stackrel{\‾}{y}=\[{\stackrel{\‾}{y}}_0\left(0\right),{\stackrel{\‾}{y}}_0\left(1\right),...,{\stackrel{\‾}{y}}_0(\stackrel{\‾}{N}-1),{\stackrel{\‾}{y}}_1\left(0\right),{\stackrel{\‾}{y}}_1\left(1\right),...,{\stackrel{\‾}{y}}_1(\stackrel{\‾}{N}-1),...,{\stackrel{\‾}{y}}_{M-1}\left(0\right),{\stackrel{\‾}{y}}_{M-1}\left(1\right),...,{\stackrel{\‾}{y}}_{M-1}(\stackrel{\‾}{N}-1)\]$

其中，为第m个5ms周期内降采样后的接收数据，为降采样后每个5ms内的数据长度。

4.根据权利要求3所述的鲁棒的LTE系统下行定时同步方法，其特征在于：步骤四中，对第m个5ms周期的降采样数据进行时域滑动差分镜像相关，得到第i个时刻的相关值为：

$R_i\left(m\right)=\frac{1}{30}\underset{k=1}{\overset{30}{\Σ}}{r}_{m,i}\left(k\right)=\frac{1}{30}\underset{k=1}{\overset{30}{\Σ}}{\stackrel{\‾}{y}}_m^{*}(k+1+C){\stackrel{\‾}{y}}_m(k+C){\stackrel{\‾}{y}}_m^{*}(-k+C){\stackrel{\‾}{y}}_m(-k-1+C)$

其中，上标^*表示复共轭，C＝i+64/2为对称中心，k为求和索引。

5.根据权利要求1所述的鲁棒的LTE系统下行定时同步方法，其特征在于：步骤六中，根据R(i)的绝对值或绝对值的平方判断是否存在峰值区间。