CN102801679B - 一种移动通信系统的初始同步方法、装置及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种移动通信系统的初始同步方法、装置及设备，用收到的下行帧信号计算相关值，设定特征窗，计算相关值累加和；用绝对值大于预设阀值T的相关值累加和及其对应的特征窗中间位置的相关值计算局部峰均比；选最大的前N个局部峰均比，记录其对应的相关值；确定其绝对值大于设定的门限值R的相关值对应的各局部峰均比；取局部峰均比中的最大值对应的相关值完成初始同步。本发明涉及移动通信技术领域，解决功率较小的DwPTS干扰信号的局部峰均比或者高信噪比环境下的噪声信号的局部峰均比大于真正下行同步信号的局部峰均比，导致设备定时同步不准确和易造成干扰的问题。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，尤其一种移动通信系统的初始同步方法、装置及设备。
背景技术
时分双工(TDD，Time Division Duplexing)类蜂窝型基站，是基于时分工作，对于定时有较高的要求。而其定时同步通常基于侦听技术，其核心是要精确检测出下行导频时隙(DwPTS，Downlink Pilot Time Slot)的位置。
现有技术中，常用特征窗搜索或局部峰均比计算来确定接收帧数据中的下行同步码段（Sync-DL，Synchronous Downlink）的位置，进而确定DwPTS的位置。
Sync-DL码段包含4个符号，共64个码片，在Sync-DL码段的左右两端分别设有保护时隙(GP，Guard Period)码段，在Sync-DL左端有3个符号的GP段，共48个码片，用于对于常规时隙的拖尾保护；在Sync-DL右端有6个符号的GP段，共96个码片，用于上行建立过程中的传输时延保护。由于Sync-DL码段的数据以全功率发送，而左、右两个GP码段以零功率发送，因此，在没有干扰的情况下，与左、右两面的GP码段相比Sync-DL码段的功率值是“峰”值。如果计算左、右两面GP码段码片的功率值之和与Sync-DL码段码片的功率值之和的比值，则该比值将趋于零。
特征窗法根据上述特征，接收端搜索并确定子帧数据中的Sync-DL码段位置时先建立一个特征窗，其特征窗的数据结构类似于Sync-DL码段所在位置的数据结构，即包括中间4个符号的数据段和左、右各2个符号的数据段。在UE进行小区初始搜索时，先从任意时间开始接收足够长的子帧数据，然后，在这段子帧数据上滑动上述特征窗，同时计算特征窗左、右两面数据段码片的功率值之和与中间数据段码片的功率值之和的比值(简称为特征窗功率比值)，当特征窗功率比值最小时，即确定该位置为Sync-DL码段的大致位置，由此确定DwPTS位置。特征窗法对各时隙发射功率相差不大时是适用的，但当其他时隙发射功率远大于DwPTS的发射功率的情况下，特征窗功率比值最少时，并不一定是DwPTS的真正位置。如果仍采用特征窗功率比值最小的位置作为DwPTS的正确位置就很可能会导致Sync-DL码段位置的错判，进而造成定时同步的失败。
与特征窗法不同，局部峰均比判定法则增加了相关的步骤来抵抗噪声的影响。通过将接收到的下行帧信号与本地存储的Sync-DL码进行滑动相关，再计算不同目标段上相关值与其前后各48个相关值累加和的比值，根据其比值的最大值来找到相关峰值，并以此确定DwPTS的位置。局部峰均比判定法可以有效克服特征窗法所存在的不足，但现有的局部峰均比算法又存在下面两个问题：（1）非同步目标基站发送的DwPTS信号比较弱时，功率较小的DwPTS干扰信号的局部峰均比可能大于真正下行同步信号局部峰均比，导致下行同步码起始位置判断错误。（2）高信噪比环境下，噪声信号的局部峰均比有时会出现大于真正下行同步信号局部峰均比值，对后续的判定造成干扰。
发明内容
本发明实施例提供了一种移动通信系统的初始同步方法，用以解决功率较小的DwPTS干扰信号的局部峰均比或者高信噪比环境下的噪声信号的局部峰均比大于真正下行同步信号的局部峰均比，导致设备定时同步不准确和易造成干扰的问题。
本发明实施例提供的一种移动通信系统的初始同步方法，包括：
利用接收到的下行帧信号计算相关值，针对计算出的相关值设定特征窗，并滑动该特征窗，在所述特征窗的每个滑动位置，分别计算所述特征窗内相关值累加和；
根据绝对值大于预设阀值T的相关值累加和及其对应的特征窗中间位置的相关值计算局部峰均比；
从计算出的各局部峰均比中选择出最大的前N个局部峰均比，并记录所选择的N个局部峰均比对应的N个特征窗中间位置的相关值；
确定记录的N个相关值中绝对值大于设定的门限值R的相关值对应的各局部峰均比；
根据确定出的各局部峰均比中的最大值对应的特征窗中间位置完成初始同步。
本发明实施例提供了一种移动通信系统的初始同步装置，包括：
相关值累加和计算模块，用于利用接收到的下行帧信号计算相关值，针对计算出的相关值设定特征窗，并滑动该特征窗，在所述特征窗的每个滑动位置，分别计算所述特征窗内相关值累加和；
局部峰均比计算模块，用于根据绝对值大于预设阀值T的相关值累加和及其对应的特征窗中间位置的相关值计算局部峰均比；从计算出的各局部峰均比中选择出最大的前N个局部峰均比，并记录所选择的N个局部峰均比对应的N个特征窗中间位置的相关值；
相关值比较模块，用于确定所述局部峰均比计算模块记录的N个相关值中绝对值大于设定的门限值R的相关值对应的各局部峰均比；
初始同步模块，用于根据所述相关值比较模块确定出的各局部峰均比中的最大值对应的特征窗中间位置完成初始同步。
本发明实施例提供了一种移动通信设备，包括上述移动通信系统的初始同步装置。
本发明实施例的有益效果包括：
本发明通过对接收到的下行帧信号与本地存储的同步码进行滑动相关运算，计算出相关值累加和并记录下对应的特征窗中间位置的相关值；选择绝对值大于预设阀值T的相关累加和，并记录其对应的相关值，据此计算局部峰均比；设置门限值R，取上述保留的相关累加和对应的相关值的绝对值大于门限R的相关值，保留其对应的局部峰均比，使用保留的峰均比最大值对应的定时信息进行初始同步。选择绝对值大于预设阀值T的相关累加和，克服了高信噪比造成的噪声信号的局部峰均比大于真正下行同步信号局部峰均比，导致下行同步码起始位置判断错误，进而造成定时同步的失败的问题；门限值R的设置，去掉了相关值的绝对值小于R的相关值，克服了DwPTS信号功率较小时，局部峰均比大于真正下行同步信号局部峰均比，导致下行同步码起始位置判断错误，进而造成定时同步失败的问题，提高了设备的定时同步的准备性，并避免了对后续的判定造成干扰。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种移动通信系统的初始同步方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种移动通信系统的初始同步装置的结构图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明实施例提供的一种移动通信系统的初始同步方法、装置及设备的具体实施方式进行说明。
本发明实施例提供的一种移动通信系统的初始同步方法，如图1所示，具体包括以下步骤：
S101、利用接收到的下行帧信号计算相关值，针对计算出的相关值设定特征窗，并滑动该特征窗，在所述特征窗的每个滑动位置，分别计算所述特征窗内相关值累加和；
S102、根据绝对值大于预设阀值T的相关值累加和及其对应的特征窗中间位置的相关值计算局部峰均比；
S103、从计算出的各局部峰均比中选择出最大的前N个局部峰均比，并记录所选择的N个局部峰均比对应的N个特征窗中间位置的相关值；
S104、确定记录的N个相关值中绝对值大于设定的门限值R的相关值对应的各局部峰均比；
S105、根据确定出的各局部峰均比中的最大值对应的特征窗中间位置完成初始同步。
进一步地，步骤S101中可利用接收到的下行帧信号与本地存储的同步码进行滑动相关运算，计算出M个相关值，记为C(m),m＝0,1...M-1。
进一步地，滑动相关可以看作是将本地存储的同步码及其循环移位序列分别跟接收到的下行帧信号相关，其相关值的计算属于现有技术，这里不再赘述。
上述步骤S101中针对计算出的相关值设定特征窗，具体通过下述方式实现：设定所述特征窗的窗长为2L+1或者2L（即可以为奇数或者偶数），特征窗的滑动范围为[0，M-1]；其中M为计算出的相关值的个数。
特征窗的滑动范围指明了特征窗在滑动时，该特征窗内的最小相关值的下限，以及该特征窗内最大相关值的上限，举例来说，假设M个相关值为0、1、2……9，特征窗长为3，特征窗的滑动范围为[0，9]，那么该特征窗在滑动时，可以从相关值为0开始，此时特征窗内的值为（0、1、2），以后可以依次从2、3……开始滑动，直至以7开始滑动即特征窗内的相关值为（7、8、9）停止，因为此时特征窗内的最大值已经达到了特征窗滑动范围的最大值。
进一步地，上述步骤S101中滑动该特征窗，在该特征窗的每个滑动位置，分别计算该特征窗内相关值累加和S(i)，当特征窗的长度为2L+1时，该特征窗内相关值累加和的计算公式为每个S(i)对应的特征窗中间位置的相关值为A(i)＝C(i+L)；
当特征窗的长度为2L时，该特征窗内相关值的累加和的计算公式为每个S(i)对应的特征窗中间位置的相关值可以取A(i)＝C(i+L-1)或者A(i)＝C(i+L)（特征窗长度为偶数时，特征窗中间位置的相关值有两个），但在此种情况下，特征窗滑动过程中，每次特征窗中间位置的相关值应该保持取值一致，也就是都取值为A(i)＝C(i+L-1)或者都取值为A(i)＝C(i+L)。
进一步地，步骤S102中根据绝对值大于预设阀值T的相关值累加和及其对应的特征窗中间位置的相关值计算局部峰均比，具体包括下述步骤：
从|S(i)|选择大于预设阀值T的相关值累加和S(j)，并记录S(j)对应的特征窗中间位置的相关值A(j)；
利用公式计算局部峰均比Pr(j)；
上述S(i)为特征窗在各个滑动位置时该特征窗内各相关值的累加和；j和i为整数，且j小于i；
上述预设阀值T在不同的信噪环境下，根据噪声功率设置。
进一步地，步骤S102中利用预置阀值T与相关值累加和S(i)的绝对值作比对，并保留绝对值大于T的S(i)的主要目的是去掉噪声信号，因为功率很小的噪声信号可能存在较大的局部峰均比，这对后续步骤利用局部峰均比判定下行同步码的起始位置造成干扰，而步骤S102的操作正是为了消除掉噪声的影响。阀值T需要根据噪声估计算法得到的噪声功率来进行设置，原则上应保证大于噪声信号所计算出的相关值累加和。利用噪声估计算法得到的噪声功率是惯用手段，在不同的信噪环境下有不同的计算方法，这里不再赘述。
较佳地，步骤S103中从计算出的各局部峰均比中选择出最大的前N个局部峰均比，其中N为整数，且大于等于3；N的取值是凭借多次测试的经验得到的，测试过程属于现有技术的范畴，这里不再赘述。
进一步地，步骤S104中确定记录的N个相关值中绝对值大于设定的门限值R的相关值对应的各局部峰均比，具体包括：
从|A(n)|中选择大于预设门限值R的相关值A(k)，并记录A(k)对应的局部峰均比Pr(k)；
其中，门限值r为常数；
上述A(n)为步骤S103中选择的最大的前N个局部峰均比对应的N个特征窗中间位置的相关值；其中k和n为整数，且k小于n。
较佳地，常数r的取值范围为[3，6]。
进一步地，步骤S104中设置门限值R，并使用步骤S102中得到的A(j)的绝对值进行比对，保留绝对值大于R的A(j)的目的是去掉功率较小的DwPTS干扰信号，因为当非同步目标基站发送的DwPTS信号比较小时，也有可能其局部峰均比较大。这也对后续步骤利用局部峰均比判定下行同步码的起始位置造成干扰，因此设置绝对门限值R就可以消除功率较小的DwPTS信号的干扰。其中常数值r的取值范围的确定是经过多次测试得到的经验值。由于r的取值范围测试方法不是本发明方案讨论的问题，这里不再赘述。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种移动通信系统的初始同步装置和设备，由于这些装置和设备所解决问题的原理与前述一种移动通信系统的初始同步方法相似，因此该装置和设备的实施可以参见前述方法的实施，重复之处不再赘述。
本发明实施例提供了一种移动通信系统的初始同步装置，如图2所示，包括：
相关值累加和计算模块201，用于利用接收到的下行帧信号计算相关值，针对计算出的相关值设定特征窗，并滑动该特征窗，在所述特征窗的每个滑动位置，分别计算所述特征窗内相关值累加和；
局部峰均比计算模块202，用于根据绝对值大于预设阀值T的相关值累加和及其对应的特征窗中间位置的相关值计算局部峰均比；从计算出的各局部峰均比中选择出最大的前N个局部峰均比，并记录所选择的N个局部峰均比对应的N个特征窗中间位置的相关值；
相关值比较模块203，用于确定所述局部峰均比计算模块记录的N个相关值中绝对值大于设定的门限值R的相关值对应的各局部峰均比；
初始同步模块204，用于根据所述相关值比较模块确定出的各局部峰均比中的最大值对应的特征窗中间位置完成初始同步。
进一步地，相关值累加和计算模块201，具体用于：利用接收到的下行帧信号与本地存储的同步码进行滑动相关运算，计算出多个相关值。滑动相关运算为现有技术，这里不再赘述。
进一步地，局部峰均比计算模块202，具体用于：
从|S(i)|选择大于预设阀值T的相关值累加和S(j)，并记录S(j)对应的特征窗中间位置的相关值A(j)；
利用公式计算局部峰均比Pr(j)；
其中S(i)为相关值累加和计算模块计算的相关值的累加和；j和i为整数，且j小于i；
上述预设阀值T在不同的信噪环境下，根据噪声功率设置。
进一步地，相关值比较模块203，具体用于：
从|A(n)|中选择大于预设门限值R的相关值A(k)，并记录A(k)对应的局部峰均比Pr(k)；
其中，门限值r为常数；
A(n)为局部峰均比计算模块202中选择出的最大的前N个局部峰均比对应的N个特征窗中间位置的相关值；其中k和n为整数，且k小于n。
本发明实施例提供了一种移动通信系统的初始同步设备，包括本发明实施例提供的上述移动通信系统的初始同步装置。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质（可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等）中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域技术人员可以理解实施例中的系统中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的系统中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个系统中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
本发明通过对接收到的下行帧信号与本地存储的同步码进行滑动相关运算，计算出相关值累加和并记录下对应的特征窗中间位置的相关值；选择绝对值大于预设阀值T的相关累加和，并记录其对应的相关值，据此计算局部峰均比；设置门限值R，取上述保留的相关累加和对应的相关值的绝对值大于门限R的相关值，保留其对应的局部峰均比，使用保留的峰均比最大值对应的定时信息进行初始同步。选择绝对值大于预设阀值T的相关累加和，克服了高信噪比造成的噪声信号的局部峰均比大于真正下行同步信号局部峰均比，导致下行同步码起始位置判断错误，进而造成定时同步的失败的问题；门限值R的设置，去掉了相关值的绝对值小于R的相关值，克服了DwPTS信号功率较小时，局部峰均比大于真正下行同步信号局部峰均比，导致下行同步码起始位置判断错误，进而造成定时同步的失败的问题，提高了设备的定时同步可靠性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (12)
1.一种移动通信系统的初始同步方法，其特征在于，包括：
利用接收到的下行帧信号计算相关值，针对计算出的相关值设定特征窗，并滑动该特征窗，在所述特征窗的每个滑动位置，分别计算所述特征窗内相关值累加和；
根据绝对值大于预设阀值T的相关值累加和及其对应的特征窗中间位置的相关值计算局部峰均比；
将计算出的各局部峰均比从大到小选择前N个，并记录所选择的N个局部峰均比对应的N个特征窗中间位置的相关值；
确定记录的N个相关值中绝对值大于设定的门限值R的相关值对应的各局部峰均比；
根据确定出的各局部峰均比中的最大值对应的特征窗中间位置完成初始同步。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用接收到的下行帧信号计算相关值，具体包括：
利用接收到的下行帧信号与本地存储的同步码进行滑动相关运算，计算出多个相关值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述针对计算出的相关值设定特征窗，具体包括：
设定所述特征窗的窗长为奇数或者偶数，且设定所述特征窗的滑动范围为[0，M-1]；所述M为计算出的相关值的个数。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据绝对值大于预设阀值T的相关值累加和及其对应的特征窗中间位置的相关值计算局部峰均比，具体包括：
从|S(i)|选择大于预设阀值T的相关值累加和S(j)，并记录S(j)对应的特征窗中间位置的相关值A(j)；
利用公式计算局部峰均比Pr(j)；
所述S(i)为特征窗在各个滑动位置时该特征窗内各相关值的累加和；所述j和i为整数，且j小于i；
所述预设阀值T在不同的信噪环境下，根据噪声功率设置。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定记录的N个相关值中绝对值大于预设门限值R的相关值对应的各局部峰均比，具体包括：
从|A(n)|中选择大于预设门限值R的相关值A(k)，并记录A(k)对应的局部峰均比Pr(k)；
其中，门限值r为常数；
所述A(n)为所述最大的前N个局部峰均比对应的N个特征窗中间位置的相关值；所述k和n为整数，且k小于n。
6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述N为整数，且大于等于3。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述常数r的取值范围为[3，6]。
8.一种移动通信系统的初始同步装置，其特征在于，包括：
相关值累加和计算模块，用于利用接收到的下行帧信号计算相关值，针对计算出的相关值设定特征窗，并滑动该特征窗，在所述特征窗的每个滑动位置，分别计算所述特征窗内相关值累加和；
局部峰均比计算模块，用于根据绝对值大于预设阀值T的相关值累加和及其对应的特征窗中间位置的相关值计算局部峰均比；将计算出的各局部峰均比从大到小选择前N个，并记录所选择的N个局部峰均比对应的N个特征窗中间位置的相关值；
相关值比较模块，用于确定所述局部峰均比计算模块记录的N个相关值中绝对值大于设定的门限值R的相关值对应的各局部峰均比；
初始同步模块，用于根据所述相关值比较模块确定出的各局部峰均比中的最大值对应的特征窗中间位置完成初始同步。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述相关值累加和计算模块，具体用于利用接收到的下行帧信号与本地存储的同步码进行滑动相关运算，计算出多个相关值。
10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述局部峰均比计算模块，具体用于从|S(i)|选择大于预设阀值T的相关值累加和S(j)，并记录S(j)对应的特征窗中间位置的相关值A(j)；
利用公式计算局部峰均比Pr(j)；
所述S(i)为相关值累加和计算模块计算的相关值的累加和；所述j和i为整数，且j小于i；所述预设阀值T在不同的信噪环境下，根据噪声功率设置。
11.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述相关值比较模块，具体用于从|A(n)|中选择大于预设门限值R的相关值A(k)，并记录A(k)对应的局部峰均比Pr(k)；其中，门限值r为常数；所述A(n)为所述最大的前N个局部峰均比对应的N个特征窗中间位置的相关值；所述k和n为整数，且k小于n。
12.一种移动通信设备，其特征在于，包括如权利要求9-11任一项所述的移动通信系统的初始同步装置。
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