CN102857996B - 一种小区搜索定时同步的方法 - Google Patents

Abstract

一种小区搜索定时同步的方法，该方法包括：用户UE保存的主同步信号与接收信号进行互相关运算，得到相关序列；对相关序列进行分段得到相关序列对应的序列分段；计算每个相关序列对应的序列分段的峰均比值，由多个相关序列中最大的峰均比值得到定时同步的位置。应用本发明实施例以后，在上行强干扰信号存在的条件下，准确定时并完成小区搜索。

Description

一种小区搜索定时同步的方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种小区搜索定时同步的方法。

背景技术

用户端(UE)在开机或从信号盲区转入基站覆盖区域时需要进行小区搜索。小区搜索过程借助于基站发送的第一同步信号和第二同步信号共同完成。首先，UE利用第一同步信号进行符号定时估计和扇区ID检测，然后利用定时估计结果和扇区ID进行粗频偏估计。定时估计是通过本地UE保存的主同步信号与接收信号进行互相关运算取最大值，由最大值得到定时同步的位置。最后，联合使用第一同步信号和第二同步信号进行CP长度检测和小区组ID检测。

但是在UE进行小区搜索过程中，如果同时有其它UE在该UE附近发送上行信号时，而该进行小区搜索的UE离基站比较远，接收到的下行信号就会比上行信号弱。这种情况下，如果仍然采用主同步信号与接收信号互相关后取最大值进行定时同步的方法，小区搜索的性能会受到影响。

参见附图1，横轴代表互相关运算的绝对值的位置，纵轴代表强度。图1中的0～1000点左右的位置的信号为下行接收信号与主同步互相关运算后的值。大约4500～8700点的部分为上行干扰信号与主同步互相关运算后的值，上行干扰信号比下行接收信号高20dB。如采用传统的互相关绝对值检测方法来进行定时同步，下行信号互相关后的峰值无法超过上行干扰信号的值，则会导致定时错误，无法完成小区搜索。

发明内容

本发明实施例提出一种小区搜索定时同步的方法，在上行强干扰信号存在的条件下，准确定时并完成小区搜索。

一种小区搜索定时同步的方法，该方法包括：

用户端UE保存的主同步信号与接收信号进行互相关运算，得到相关序列；

对相关序列进行分段得到相关序列对应的序列分段；

计算每个相关序列对应的序列分段的峰均比值，由多个相关序列中最大的峰均比值得到定时同步的位置。

所述UE保存的主同步信号与接收信号进行互相关运算，得到相关序列包括：

k是时刻，从0开始到K-1结束，K是主同步信号变化到时域以后的长度；s_u ^*(k)是保存的主同步信号的第u个主同步信号的时域波形，u＝1，2，3；r()是接收信号；Δ代表接收信号的偏移量，取值范围是0到接收信号长度-主同步信号长度-1；P_u(Δ)是相关运算序列。

所述对相关序列分段得到相关序列对应的序列分段包括：以一个OFDM符号为检测窗长，将经过下采样的相关序列分为序列分段。

对于特殊子帧配置为1、2、3、4、6、7或8的相关序列，所述对相关序列分段得到相关序列对应的序列分段包括：以不大于五个OFDM符号为检测窗长，将经过下采样的相关序列分为序列分段。

所述对相关序列分段得到相关序列对应的序列分段包括：

以H个OFDM符号为检测窗长，将经过下采样的相关序列分为序列分段；H≤A-2B，A是主同步信号与上行信号的间隔，B是传播时延。

所述计算每个相关序列对应的序列分段的峰均比值包括：计算每个序列分段中的峰值所在位置θ_m和每个序列分段中的最大值max_P(m)，由θ_m和max_P(m)确定序列分段的峰均比值。

确定θ_m位于第一序列分段的前半部分或最后一个序列分段的后半部分，所述由θ_m和max_P(m)确定序列分段的峰均比值包括：对θ_m两侧的数据根据max_P(m)计算峰均比值，取最小峰均比值作为该序列分段的峰均比值。

所述对θ_m两侧的数据根据max_P(m)计算峰均比值，取最小峰均比值作为该序列分段的峰均比值包括：

序列分段的峰均比值ratio(m)等于

$\min (\frac{\max \_P\left(m\right)}{\frac{1}{{\mathrm{\θ}}_m}\underset{k=(m-1)*\mathrm{Interval}+1}{\overset{{\mathrm{\θ}}_m+(m-1)*\mathrm{Interval}}{\mathrm{\Σ}}}\left|P\left(k\right)\right|},\frac{\max \_P\left(m\right)}{\frac{1}{\mathrm{Interval}-{\mathrm{\θ}}_m+1}\underset{k={\mathrm{\θ}}_m+(m-1)*\mathrm{Interval}}{\overset{m*\mathrm{Interval}}{\mathrm{\Σ}}}\left|P\left(k\right)\right|}),$

m＝1或FrameLen_down/Interval；

Interval是检测窗长，FrameLen_down是相关序列的长度，Interval是检测窗长。

确定θ_m不是位于第一序列分段的前半部分，也不是位于最后一个序列分段的后半部分，所述由θ_m和max_P(m)确定序列分段的峰均比值包括：以θ_m为中心，两侧各取半个序列分段的数据，由max_P(m)计算峰均比值，取最小峰均比值作为该序列分段的峰均比值。

所述以θ_m为中心，两侧各取半个序列分段的数据，由max_P(m)计算峰均比值，取最小峰均比值作为该序列分段的峰均比值包括：

序列分段的峰均比值ratio(m)等于

$\min (\frac{\max \_P\left(m\right)}{\frac{1}{\mathrm{Interval}/2+1}\underset{k={\mathrm{\θ}}_m-\mathrm{Interval}/2}{\overset{{\mathrm{\θ}}_m}{\mathrm{\Σ}}}\left|P\left(k\right)\right|},\frac{\max \_P\left(m\right)}{\frac{1}{\mathrm{Interval}/2+1}\underset{k={\mathrm{\θ}}_m}{\overset{{\mathrm{\θ}}_m+\mathrm{Interval}/2}{\mathrm{\Σ}}}\left|P\left(k\right)\right|}),$

(m＝2，...，FrameLen_down/Interval-1)；

Interval是检测窗长，FrameLen_down是相关序列的长度，Interval是检测窗长。

从上述技术方案中可以看出，在本发明实施例中，UE保存的主同步信号与接收信号进行互相关运算，得到相关序列；对相关序列进行分段得到相关序列对应的序列分段；计算每个相关序列对应的序列分段的峰均比值，由多个相关序列中最大的峰均比值得到定时同步的位置。由于主同步信号的自相关性较强，即使下行信号较弱，但下行信号的峰均比值仍然要比上行干扰信号的峰均比值大。能够在上行强干扰信号存在的条件下，准确定时并完成小区搜索。

附图说明

图1为现有技术中本地主同步信号与接收信号互相关运算的绝对值示意图；

图2为本发明实施例小区搜索定时同步的方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点表达得更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

在本发明实施例中，采用接收信号与主同步信号互相关后的峰均比值作为判断定时同步位置的依据。在通过互相关运算以后，采用将互相关运算得到的序列分段，计算出序列分段的峰均比值，之后选择最大峰均比值的方法来确定定时同步的位置。由于主同步信号的自相关性强，下行信号虽然弱，但峰均比值仍然比上行干扰的信号大。具有定时准确，尤其在上行强干扰信号存在的条件下，仍能准确定时并完成小区搜索。

附图2是小区搜索定时同步的方法流程示意图，具体包括以下步骤：

步骤201、主同步信号与接收信号进行互相关运算，得到相关序列。

发送信号表示为s(t)，接收信号为r(t)，w(t)是加性高斯白噪声。则接收机信号表示为：

r(t)＝s(t)+w(t)                            (1)

在n时刻对接收到的进行采样，得到

r(n)＝s(n)+w(n)                            (2)

UE的符号定时可通过使用本地保存的3个同步信号进行相关运算得到：

$P_u\left(\mathrm{\Δ}\right)=\frac{\left|\underset{k=0}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}{s_u}^{*}\left(k\right)r(k+\mathrm{\Δ})\right|}{\left|\underset{k=0}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}{s_u}^{*}\left(k\right)s_u\left(k\right)\right|}---\left(3\right)$

s_u ^*(k)是保存的主同步信号的第u个主同步信号的时域波形，u＝1，2，3；P_u(Δ)代表s_u ^*(k)与接收信号序列r(k+Δ)的相关运算值；Δ代表接收信号的偏移量，取值范围是0到接收信号s(t)长度-主同步信号r(t)长度-1；分母表示发送主同步信号的能量，用来对相关运算的结果进行归一化处理。由于u有三个值，1、2和3，则对应三个P_u(Δ)。k是时刻，从0开始到K-1结束，K是主同步信号变换到时域以后的长度。

步骤202、对相关序列进行分段得到序列分段。

相关后的序列经过下采样后，其长度为M点，选择合适的检测窗长Interval把相关后的序列分为N段进行处理，N＝M/Interval。对于样值序列间隔几个样值取样一次，这样得到的新序列就是原序列的下采样。

检测窗长的确定要考虑主同步信号与上行信号之间的距离，同时考虑基站与UE的传播时延。通过配置合适的检测窗长，可以避免主同步信号与上行干扰信号出现在一个检测窗内，确保上行干扰信号不会影响到主同步信号的峰均比值检测。

具体来说，以LTE系统特殊子帧配置7即下行导频时隙(DwPTS)∶保护间隔(GP)∶上行导频时隙(UpPTS)＝10∶2∶2为例进行详细说明。

主同步信号位于DwPTS的第三个正交频分复用(OFDM)符号，与UpPTS的距离为10个OFDM符号。考虑基站与UE之间的传播时延为GP/2＝1，主同步信号与UpPTS存在时延的最小距离为8个OFDM符号。此时，检测窗长只要不大于8个OFDM符号即可。即检测窗长为H，当满足H≤A-2B时，即可以避免主同步信号与上行干扰信号出现在一个检测窗内，确保上行干扰信号不会影响到主同步信号的峰均比值检测，其中A是主同步信号与上行信号的间隔，B是传播时延。

同样地，对LTE系统所有特殊子帧配置进行分析，参照表一，配置合适的检测窗长，可以保证上行干扰信号不会影响到主同步信号的峰均比值检测。

由表一可知，对于格式0及格式5之外的其他配置来说，主同步信号的峰值与上行信号的距离均超过了5个OFDM符号。峰均比值的检测窗窗长取不大于5个OFDM符号时，可以确保下行信号的峰值不会与上行信号出现在一个检测窗内。即使在极端情况下GP全部被上下行信号占用也不会影响峰值检测。也就是说以不大于5个OFDM符号为检测窗长，就可以将经过下采样的相关序列分为序列分段。

对于格式0和格式5来说，由于下行同步的峰值出现在主同步信号的头部，与上行信号有一个OFDM的距离，配置检测窗长为一个OFDM符号可以满足该场景下的检测要求。也就是说对于格式0至格式8而言，以一个OFDM符号为检测窗长，将经过下采样的相关序列分为序列分段。

表一

步骤203、计算每个序列分段中的峰值和每个序列分段中峰值所在位置。

计算每个序列分段中的峰值max_P(m)和每个序列分段中的最大值即峰值所在位置θ_m。

[max_P(m)，θ_m]＝max(|P((m-1)*Interval+1)|，|P((m-1)*Interval+2)|，...，|P(m*Interval)|)

m＝1，2，...，Interval                 (4)

这样，根据公式(4)就可以得到每个峰值序列分段中的峰值和每个序列分段中的峰值所在位置。

步骤204、判断峰值是位于第一序列分段的前半部分或最后序列分段的后半部分。

m＝1，则判断序列分段是第一序列分段，且第一序列分段的峰值在前半部分，则执行步骤205；m＝Interval，则判断序列分段是最后序列分段，且最后序列分段的峰值在后半部分，则执行步骤205；否则，则该序列分段即不是第一序列分段的前半部，也不是最后序列分段的后半部分，执行步骤206。

步骤205、对峰值前后的数据计算峰均比值，取最小峰均比值作为该序列分段的峰均比值。

对于每个P_u序列，每个序列分段的值求出峰均比值，P_u序列的长度为FrameLen_down，共可以得到FrameLen_down/Interval个峰均比值。

当θ_m位于第一个窗的前半窗内或位于最后一个窗的后半窗内，对θ_m两侧的数据根据max_P(m)计算峰均比值，取最小峰均比值作为该序列分段的峰均比值。具体峰均比值按照公式(5)计算：

$\min (\frac{\max \_P\left(m\right)}{\frac{1}{{\mathrm{\θ}}_m}\underset{k=(m-1)*\mathrm{Interval}+1}{\overset{{\mathrm{\θ}}_m+(m-1)*\mathrm{Interval}}{\mathrm{\Σ}}}\left|P\left(k\right)\right|},\frac{\max \_P\left(m\right)}{\frac{1}{\mathrm{Interval}-{\mathrm{\θ}}_m+1}\underset{k={\mathrm{\θ}}_m+(m-1)*\mathrm{Interval}}{\overset{m*\mathrm{Interval}}{\mathrm{\Σ}}}\left|P\left(k\right)\right|}),$

m＝1或FrameLen_down/Interval；                         (5)

步骤206、以序列分段的峰值为中心，峰值两侧各取半个序列分段的数据计算峰均比值，取最小峰均比值作为该序列分段的峰均比值。

取得每个序列分段的最大值以后，为保证计算峰均比值的可靠性，选择最大峰值两边各Interva1/2+1个点计算峰均比值。

θ_m为最大峰值在窗内的位置。一般情况下，峰均比值按照公式(6)计算：

$\min (\frac{\max \_P\left(m\right)}{\frac{1}{\mathrm{Interval}/2+1}\underset{k={\mathrm{\θ}}_m-\mathrm{Interval}/2}{\overset{{\mathrm{\θ}}_m}{\mathrm{\Σ}}}\left|P\left(k\right)\right|},\frac{\max \_P\left(m\right)}{\frac{1}{\mathrm{Interval}/2+1}\underset{k={\mathrm{\θ}}_m}{\overset{{\mathrm{\θ}}_m+\mathrm{Interval}/2}{\mathrm{\Σ}}}\left|P\left(k\right)\right|})---\left(6\right)$

(m＝2，...，FrameLen_down/Interval-1)

步骤207、由多个相关序列中最大的峰均比值得到定时同步的位置。

找出三个P_u序列的所有峰均比值中的最大峰均比值。最大峰均比值所对应的主同步信号序列即为发送的主同步信号序列。根据主同步信号序列的u值可以确定扇区号的估计值。最大峰均比值中的峰值所对应的偏移量Δ即为第一同步信号起始位置的估计值，进一步得到定时同步的位置。

通过步骤201至207，可以有效解决多UE小区搜索上行信号强干扰的问题。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种小区搜索定时同步的方法，其特征在于，该方法包括：

用户端UE保存的主同步信号与接收信号进行互相关运算，得到相关序列；

对相关序列进行分段得到相关序列对应的序列分段；

计算每个相关序列对应的序列分段的峰均比值，由多个相关序列中最大的峰均比值得到定时同步的位置；

所述计算每个相关序列对应的序列分段的峰均比值包括：计算每个序列分段中的峰值所在位置θ_m和每个序列分段中的最大值max_P(m)，由θ_m和max_P(m)确定序列分段的峰均比值；

确定θ_m位于第一序列分段的前半部分或最后一个序列分段的后半部分，所述由θ_m和max_P(m)确定序列分段的峰均比值包括：对θ_m两侧的数据根据max_P(m)计算峰均比值，取最小峰均比值作为该序列分段的峰均比值；

所述对θ_m两侧的数据根据max_P(m)计算峰均比值，取最小峰均比值作为该序列分段的峰均比值包括：

序列分段的峰均比值ratio(m)等于

$\min (\frac{\max \_P\left(m\right)}{\frac{1}{{\mathrm{\θ}}_m}\underset{k=(m-1)*\mathrm{Interval}+1}{\overset{{\mathrm{\θ}}_m+(m-1)*\mathrm{Interval}}{\mathrm{\Σ}}}\left|P\left(k\right)\right|},\frac{\max \_P\left(m\right)}{\frac{1}{\mathrm{Interval}-{\mathrm{\θ}}_m+1}\underset{k={\mathrm{\θ}}_m+(m-1)*\mathrm{Interval}}{\overset{m*\mathrm{Interval}}{\mathrm{\Σ}}}\left|P\left(k\right)\right|}),$

m＝1或FrameLen_down/Interval；

Interval是检测窗长，FrameLen_down是相关序列的长度；

确定θ_m不是位于第一序列分段的前半部分，也不是位于最后一个序列分段的后半部分，所述由θ_m和max_P(m)确定序列分段的峰均比值包括：以θ_m为中心，两侧各取半个序列分段的数据，由max_P(m)计算峰均比值，取最小峰均比值作为该序列分段的峰均比值；

所述以θ_m为中心，两侧各取半个序列分段的数据，由max_P(m)计算峰均比值，取最小峰均比值作为该序列分段的峰均比值包括：

序列分段的峰均比值ratio(m)等于

$\min =(\frac{\max \_P\left(m\right)}{\frac{1}{\mathrm{Interval}/2+1}\underset{k={\mathrm{\θ}}_m-\mathrm{Interval}/2}{\overset{{\mathrm{\θ}}_m}{\mathrm{\Σ}}}\left|P\left(k\right)\right|},\frac{\max \_P\left(m\right)}{\frac{1}{\mathrm{Interval}/2+1}\underset{k={\mathrm{\θ}}_m}{\overset{{\mathrm{\θ}}_m+\mathrm{Interval}/2}{\mathrm{\Σ}}}\left|P\left(k\right)\right|}),$

m＝2,…,FrameLen_down/Interval-1；

FrameLen_down是相关序列的长度，Interval是检测窗长。

2.根据权利要求1所述小区搜索定时同步的方法，其特征在于，所述UE保存的主同步信号与接收信号进行互相关运算，得到相关序列包括：

k是时刻，从0开始到K-1结束，K是主同步信号变化到时域以后的长度；s_u ^*(k)是保存的主同步信号的第u个主同步信号的时域波形，u＝1，2，3；r()是接收信号；Δ代表接收信号的偏移量，取值范围是0到接收信号长度-主同步信号长度-1；P_u(Δ)是相关运算序列。

3.根据权利要求1所述小区搜索定时同步的方法，其特征在于，所述对相关序列分段得到相关序列对应的序列分段包括：以一个OFDM符号为检测窗长，将经过下采样的相关序列分为序列分段。

4.根据权利要求1所述小区搜索定时同步的方法，其特征在于，对于特殊子帧配置为1、2、3、4、6、7或8的相关序列，所述对相关序列分段得到相关序列对应的序列分段包括：以不大于五个OFDM符号为检测窗长，将经过下采样的相关序列分为序列分段。

5.根据权利要求1所述小区搜索定时同步的方法，其特征在于，所述对相关序列分段得到相关序列对应的序列分段包括：

以H个OFDM符号为检测窗长，将经过下采样的相关序列分为序列分段；H≤A-2B，A是主同步信号与上行信号的间隔，B是传播时延。