CN103200648B - 一种实现帧长搜索及下行定时同步的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现帧长搜索及下行定时同步的方法，包括：基站在所有可能的帧长集FL0={FL₀，FL₁，…，FL_nF-1}中选择一种帧长进行工作，其中nF≥2，终端在已知系统可能帧长集而未知具体帧长情况下，终端将所有可能的帧长集进行分组，并顺序在各个帧长组内进行帧长搜索及下行定时同步流程，快速实现帧长搜索和下行定时同步。此方法相对于依次对所有可能帧长进行下行定时同步搜索的方法，可以大大节约小区搜索时间。

Description

一种实现帧长搜索及下行定时同步的方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术，特别是涉及一种实现帧长搜索及下行定时同步的方法。

背景技术

系统帧长是无线通信系统的一个重要参数，对系统的性能产生很大的影响，比如传输容量、业务延时等等。系统帧长较小时，系统数据面传输延时较小，控制信息反馈较快，但由于开销的增多，会导致系统传输容量的下降，特别是对于时分双工（TDD）系统。通常对传输延时较为敏感的业务（如语音业务），要求采用较小的帧长，而对传输时延敏感度较低的业务（如视频业务）则恰好相反，需重点考虑系统传输效率，即在有限的带宽内尽可能提高系统容量，采用较长的帧长。为了较好支持多种业务，适合于不同场合应用，并能够与已有无线通信系统实现良好的电磁兼容（兼容其帧长模式），无线通信系统通常需要支持多种帧长。

在无线通信系统中，终端要进行通信，必须先完成下行定时同步，使终端与基站保持时间同步，进而获取相关系统参数。现有的大部分无线通信系统都采用固定帧长，在每帧固定位置发射相关性能很好的同步序列，终端己知系统帧长情况下，通过相关的方法检测同步序列，初次检测到同步序列后，在以帧长为周期的搜索窗内检测同步序列，经过多帧确认后，即可实现下行定时同步。

发明内容

本发明主要解决在支持多种帧长的无线通信系统中，终端在仅知道系统可能的帧长集而不知道具体帧长的情况下，如何正确获取帧长信息，快速实现下行定时同步，完成小区搜索。

本发明通过如下技术方案实现：

一种实现帧长搜索及下行定时同步的方法，其特征在于，基站在所有可能的帧长集FL0={FL₀，FL₁，…，FL_nF-1}中选择一种帧长进行工作，其中nF≥2，在已知系统可能帧长集而未知具体帧长情况下，终端将所有可能的帧长集进行分组，并顺序在各个帧长组内进行帧长搜索及下行定时同步流程，快速实现帧长搜索和下行定时同步。

本发明提出的帧长搜索及下行定时同步方法中，基站在每帧固定位置发射用于终端完成小区搜索及下行定时同步的下行同步信道，包括同步序列和携带系统帧号，任选其它必要系统参数的信号。

根据本发明的方法，其特征在于，同步序列的自相关性和互相关性良好，最后一个符号在每帧出现的时间位置为Ts，其中0≤Ts≤FL，FL为系统工作帧长。

根据本发明的方法，所述相邻基站或者使用不同的同步序列，在逻辑上不同的同步序列对应不同的基站编号；或者使用正交的频率资源发射相同的同步序列，在逻辑上不同频率资源对应不同的基站编号，从而使终端侧可以更好的区分相邻基站。

本发明提出的帧长搜索及下行定时同步方法中，终端按照下面的方法将系统可能的帧长集FL进行分组：

首先，计算FL中的最大帧长FLM₀，将FL中所有能整除FLM₀的帧长构成帧长组S₀；

其次，如果剩余帧长集不为空集，则计算Δ₁中的最大帧长FLM₁，将Δ₁中所有能整除FLM₁的帧长构成帧长组S₁；

然后，如果剩余帧长集不为空集，则计算Δ₂中的最大帧长FLM₂，将Δ₂中所有能整除FLM₂的帧长构成帧长组S₂；

按照上述方法，依次进行分组，直到剩余帧长集为空集，最终将FL分成n_G组，即帧长组

本发明提出的帧长搜索及下行定时同步方法中，在完成帧长集分组后，终端按照的顺序在各个帧长组内进行帧长搜索及下行定时同步流程，一旦进入到实际帧长所在组的帧长搜索及下行定时同步流程，即可正确获取系统工作帧长，实现下行定时同步，结束帧长搜索及下行定时同步流程。

根据本发明的方法，所述帧长搜索及下行定时同步流程具体为：

第一步，启动定时器T，开始帧长组S_k下的帧长搜索及下行定时同步流程，其中T的时长要比完成系统最大帧长搜索及下行定时同步流程所耗时间大，0≤k≤n_G-1；

第二步，定时时间到后，读取同步流程状态：如果处于失步或预同步状态，则说明系统工作帧长不在当前搜索的帧长组内，启动下一帧长组的帧长搜索及下行定时同步流程，即k＜＝k+1，返回到第一步；如果处于同步状态，说明系统工作帧长在当前搜索的帧长组内，并且己经正确获取，帧长搜索及下行定时同步流程结束。

本发明提出的帧长搜索及下行定时同步方法中，上述帧长组S_k下的帧长搜索及下行定时同步流程具体为：

第一步，设定帧长为帧长组S_k中的最大帧长FLM_k，则终端进行0到FLM_k的周期定时，进入失步状态；

第二步，一旦检测到有效的同步序列，即有效基站编号对应的同步序列，调整定时，使同步序列最后一个符号在每帧出现的时间位置为T_s，进入到预同步状态；其中T_s为最后一个符号在每帧出现的时间位置，Ts大于等于零且小于等于系统工作帧长；

第三步，在预同步状态下，在每帧定时大于等于T_s-T_lw并且小于等于T_s+T_rw的时间窗内检测同步序列，其中T_lw，T_rw分别为同步序列搜索窗左边窗和右边窗的时长（与相邻基站传播时延差及传播延时扩展等参数有关），一旦无法检测到有效的同步序列，返回到失步状态，即返回到第二步；若检测到有效同步序列，记录检测到的最强同步序列对应的基站，并统计每个基站的检测次数，如果连续M帧检测到同步序列，则进入到准同步状态；

第四步，进入准同步状态后，按照大数定理，对在预同步状态下检测到的所有基站进行判决，决定终端需要接入的基站，即选择第三步检测次数最大的基站作为接入的基站。

第五步，在准同步状态下，在每帧定时大于等于T_s-T_lw并且小于等于T_s+T_rw的时间窗口内检测第四步所确定的基站所对应的同步序列，并解调相应的帧号Fn(i)，其中i≥0。计算该帧长组所有可能帧长条件下相邻两次解调帧号的差值：对于帧长组内的第j个帧长FL_j，i≥1时第i次解调帧号差值表示为ΔFn_j(i-1)＝mod(Fn(i)-Fn(i-1),FnM_j+1)，其中mod(a,b)表示数a对b取模，FnM_j为帧长FL_j对应的最大帧号;

第六步，连续解调N+1帧后，检查相邻两帧的帧号差值，确定系统实际帧长。对于该帧长组的任一帧长FL_j，连续解调N+1帧后，都构成一个长度为N的帧号差值序列ΔFn_j={ΔFn_j(0),ΔFn_j(1),...,ΔFn_j(N-1)}。检查该帧长组中所有帧长对应的差值序列，找到满足ΔFn_j(i-1)=Delta_Fn的差值序列，其中Delta_Fn为常数，则帧长FL＝FLM_k/Delta_Fn即为系统所采用帧长。调整终端定时范围为0到FL。在解调出对应基站的系统参数后，即进入同步状态，完成帧长搜索。

在以上帧长与下行定时同步流程中，预同步跳转到准同步的条件是连续M帧检测到有效同步序列，由于在准同步状态下需要根据预同步下统计的M帧检测到的基站信息判决终端需要接入的基站，要求M≥系统基站编号数+1。M值越大，越能准确选取到信号最强的基站，但导致系统下行定时同步的时间越长，需折中考虑。在准同步状态下，需要连续解调N+1帧才可以检测出实际系统帧长，要求N≥2。在依次进行几个帧长组帧长搜索与下行定时同步时，定时器T的时长要比完成最大帧长搜索及下行定时同步流程所耗时间大，由于系统可能的最大帧长为FLM，即要求T＞(M+N+2)*FLM。

在支持多种帧长的无线通信系统中，终端在仅知道系统可能的帧长集而不知道具体帧长的情况下，本发明提出的对所有可能帧长集分组，并依次在每个帧长组进行帧长搜索和下行定时同步的方法，可以快速完成下行定时同步和小区搜索，相对于依次对所有可能帧长进行下行定时同步搜索的方法，可以大大节约小区搜索时间。

附图说明

图1为基站发射信号格式。

图2为终端帧长搜索及下行定时同步流程。

图3为一个帧长组内的帧长搜索及下行定时同步流程。

具体实施方式

本发明通过如下内容对发明进行详细描述，但本领域技术人员了解，下述具体实施方式并不是对本发明保护范围的限制，任何在本发明基础上做出的改进和变化都在本发明的保护范围之内。

系统支持FL₀,FL₁,…，FL_nF-1共nF(nF≥2)种帧长，在系统启动前，基站侧根据具体要求（如主要业务类型、系统容量或需保证良好电磁兼容的其他无线通信系统相应帧长等参数）选择工作在其中一种帧长，系统启动后固定工作在该帧长，直到重新选择帧长并重启系统。

基站发射的下行信号格式如图1所示，每帧包括用于终端完成小区搜索及下行定时同步的下行同步信道(PSCH)以及其他物理信道，如传输下行控制信息的下行控制信道以及传输下行业务信息的下行业务信道，由于其他物理信道与本发明内容关联不大，不作详细说明。PSCH出现在每帧的固定位置，包括同步序列和携带系统帧号及其它必要系统参数的信号。同步序列的自相关性和互相关性良好，最后一个符号在每帧出现的时间位置为Ts（0≤Ts≤FL_k）。相邻基站或者使用不同的同步序列，在逻辑上不同的同步序列对应不同的基站编号；或者使用正交的频率资源发射相同的同步序列，在逻辑上不同频率资源对应不同的基站编号，从而使终端侧可以更好的区分相邻基站。

在知道系统可能的帧长集而不知道采用的具体帧长情况下，按照本发明提出的方法，终端在进行小区搜索时，可以快速检测出系统帧长并完成下行定时同步。

终端按照下面的方法将系统可能的帧长集FL0={FL₀，FL₁，…，FL_nF-1)进行分组：

首先，计算FL中的最大帧长FLM₀，将FL中所有能整除FLM₀的帧长构成帧长组S₀；

其次，如果剩余帧长集不为空集，则计算Δ₁中的最大帧长FLM₁，将Δ₁中所有能整除FLM₁的帧长构成帧长组S₁；

然后，如果剩余帧长集不为空集，则计算Δ₂中的最大帧长FLM₂，将Δ₂中所有能整除FLM₂的帧长构成帧长组S₂；

按照上述方法，依次进行分组，直到剩余帧长集为空集，最终将FL分成n_G组，即帧长组 $S_0,S_1,\·\·\·{,S}_{n_G-1.}$

完成帧长分组后，按照的顺序在各个帧长组内进行帧长搜索及下行定时同步流程，一旦进入到实际帧长所在组的帧长搜索及下行定时同步流程，即可正确获取系统工作帧长，实现下行定时同步，结束帧长搜索及下行定时同步流程。按照图2所示流程进行帧长搜索及下行定时同步流程：

第一步，启动定时器T，开始帧长组S_k下的帧长搜索及下行定时同步流程；

第二步，定时时间到后，读取同步流程状态：如果处于失步或预同步状态，则说明系统工作帧长不在当前搜索的帧长组内，启动下一帧长组的帧长搜索及下行定时同步流程，即k＜＝k+1，返回到第一步；如果处于同步状态，说明系统工作帧长在当前搜索的帧长组内，并且己经正确获取，帧长搜索及定时同步流程结束。

终端在帧长组S_k(k=0，1，…，n_G-1)内进行帧长搜索及下行定时同步流程时，先将帧长设定为该帧长组的最大帧长FLM_k，按照图3所示步骤进行帧长搜索及下行定时同步：

第一步，设定帧长为FLM_k，则终端进行0到FLM_k的周期定时，进入失步状态；

第二步，一旦检测到有效的同步序列（即有效基站编号对应的同步序列），调整定时，使同步序列最后一个符号在每帧出现的时间位置为T_s，进入到预同步状态；

第三步，在预同步状态下，在每帧定时大于等于T_s-T_lw并且小于等于T_s+T_rw的时间窗内检测同步序列，一旦无法检测到有效的同步序列，返回到失步状态，即返回到第二步；检测到有效同步序列，记录检测到的最强同步序列对应的基站，并统计每个基站的检测次数，如果连续M帧检测到同步序列，则进入到准同步状态；

第四步，进入准同步状态后，按照大数定理，对在预同步状态下检测到的所有基站进行判决，决定终端需要接入的基站，即选择第三步检测次数最大的基站作为接入的基站。

第五步，在准同步状态下，在每帧定时大于等于T_s-T_lw并且小于等于T_s+T_rw的时间窗口内检测第四步所确定的基站所对应的同步序列，并解调相应的帧号Fn(i)（表示第i次解调出的帧号,其中i≥0）。计算该帧长组所有可能帧长条件下相邻两次解调帧号的差值：对于帧长组内的第j个帧长FL_j，第i（i≥1）次解调帧号差值表示为ΔFn_j(i-1)＝mod(Fn(i)-Fn(i-1),FnM_j+1)；

第六步，连续解调N+1帧后，检查相邻两帧的帧号差值，确定系统实际帧长。对于该帧长组的任一帧长FL_j，连续解调N+1帧后，都构成一个长度为N的帧号差值序列ΔFn_j={ΔFn_j(0),ΔFn_j(1),...,ΔFn_j(N-1)}。检查该帧长组中所有帧长对应的差值序列，找到满足ΔFn_j(i-1)=Delta_Fn（Delta_Fn为常数）的差值序列，则帧长FL＝FLM_k/Delta_Fn即为系统所采用帧长。调整终端定时范围为0到FL。在解调出对应基站的系统参数后，即进入同步状态，完成小区搜索。

下面以系统支持10ms,20ms,30ms,40ms,50ms,60ms,80ms,100ms共8种帧长，并且对应的帧号F_n分别满足

0≤F_n≤99，0≤F_n≤49，0≤F_n≤99，0≤F_n≤39，0≤F_n≤19，0≤F_n≤49，0≤F_n≤24，0≤F_n≤9

为例对上述内容进行说明。假设系统工作在40ms帧长。基站在每帧的最开始发射同步信道(PSCH)，包括相关性能很好的同步序列和携带系统帧号及其它系统参数的信号。同步序列在同步信道的最开始，最后一个符号出现的时间位置为T_s。相邻基站使用不同的同步序列，在逻辑上对应不同的基站编号，从而使终端侧可以更好的区分相邻基站；或者相邻基站使用正交的频率资源发射相同的同步序列，在逻辑上不同频率资源对应不同的基站编号，从而使终端侧可以更好的区分相邻基站。终端在已知系统可能帧长集的条件下，按照下面的方法将所有可能的帧长集FL0={10ms,20ms,30ms,40ms,50ms,60ms,80ms,100ms}进行分组：首先，FL中最大帧长为100ms，将FL中所有能整除100ms的帧长构成帧长组S₀，即S₀＝{10ms,20ms,50ms,100ms}；

其次，去除S₀后，剩余帧长集Δ₁=FL-S₀＝{30ms,40ms,60ms,80ms}，最大帧长为80ms，将Δ₁中所有能整除80ms的帧长构成帧长组S₁，即S₁＝{40ms,80ms}；

然后，去除S₀，S₁后FL剩余帧长集Δ₂=FL-S₀-S₁＝{30ms,60ms}，最大帧长为60ms，Δ₂中的帧长均能被60ms整除，所以S₂＝{30ms,60ms}；至此，分组完成，将FL分成3组。取进入到准同步状态前，预同步状态下连续检测到的有效同步序列的帧数M=16；准同步状态下，检测出实际系统帧长所需帧数N=8，则要求定时器T>26*100ms=2.6S，取T=3S。完成帧长分组后，按照S₀→S₁→S₂的顺序在各个帧长组内进行帧长搜索及下行定时同步流程，一旦进入到实际帧长所在组（即帧长组S₁）的帧长搜索及下行定时同步流程，即可正确获取系统工作帧长，实现下行定时同步，结束帧长搜索及下行定时同步流程：按照图2所示流程进行帧长搜索及下行定时同步流程：首先，启动定时器T，开始帧长组S₀下的帧长搜索及下行定时同步流程：

第一步，设定帧长为100ms，则终端进行0到100ms的周期定时，进入失步状态；

第二步，一旦检测到有效同步序列，调整定时，使同步序列最后一个符号出现的时间位置为T_s，进入到预同步状态；

第三步，在预同步状态下，一旦在每帧定时大于等于T_s-T_lw并且小于等于T_s+T_rw的时间窗口内无法检测到有效同步序列，返回到失步状态，即返回到第二步。

因此，一直在循环进行第二步和第三步的流程，当定时器T时间到后，处于失步或预同步状态，表明系统工作帧长不在帧长组S₀内。

然后，重新启动定时器T，开始帧长组S₁下的帧长搜索及下行定时同步流程，按照图3所示步骤进行帧长搜索及下行定时同步：

第一步，设定帧长为80ms，则终端进行0到80ms的周期定时，进入失步状态；

第二步，一旦检测到有效同步序列，调整定时，使同步序列出现的位置为T_s，进入到预同步状态；

第三步，在预同步状态下，在每帧的定时大于等于T_s-T_lw并且小于等于T_s+T_rw的时间窗口内都能检测到有效同步序列，则记录检测到的最强同步序列对应的基站编号，并统计每个基站的检测次数，如果连续M帧检测到同步序列，则进入到准同步状态；否则重复第三步。

第四步，进入准同步状态后，按照大数定理，对在预同步状态下检测到的所有基站进行判决，决定终端需要接入的基站，即选择第三步检测次数最多的基站作为接入的基站。

第五步，在准同步状态下，在定时大于等于T_s-T_lw并且小于等于T_s+T_rw的时间窗口内检测第四步所确定的基站所对应的同步序列，并解调相应的帧号Fn(i)（表示第i次解调出的帧号,其中i≥0）。计算该帧长组所有可能帧长条件下相邻两次解调帧号的差值;

第六步，连续解调N+1帧后，检查相邻两帧的帧号差值，确定系统实际帧长。假设检测到帧号依次为{35,37,39,1,3,5,7,9,11}，对于80ms帧长，帧号差值序列ΔFn₀＝{2,2,12,2,2,2,2,2}；对于40ms帧长，帧号差值序列ΔFn₁＝{2,2,2,2,2,2,2,2}。因此，Delta_Fn＝2，帧长FL＝80ms/2＝40ms即为系统所采用帧长。在解调出对应基站的系统参数后，即进入同步状态。

因此，当定时器T时间到后，处于同步状态，表明系统完成了下行定时同步。

Claims (8)

1.一种实现帧长搜索及下行定时同步的方法，其特征在于，基站在所有可能的帧长集FL0＝{FL₀,FL₁,…,FL_nF-1}中选择一种帧长进行工作，其中nF≥2，终端在已知系统可能帧长集而未知具体帧长情况下，终端将所有可能的帧长集进行分组，并顺序在各个帧长组内进行帧长搜索及下行定时同步流程，快速实现帧长搜索和下行定时同步，节约搜索时间。

2.如权利要求1所述实现帧长搜索及下行定时同步的方法，其特征在于，基站在每帧固定位置发射用于终端完成帧长搜索及下行定时同步的下行同步信道，包括同步序列和携带系统帧号。

3.如权利要求2所述实现帧长搜索及下行定时同步的方法，其特征在于，同步序列的自相关性和互相关性良好，最后一个符号在每帧出现的时间位置为Ts，其中Ts大于等于零且小于等于系统工作帧长。

4.如权利要求3所述实现帧长搜索及下行定时同步的方法，其特征在于，相邻基站或者使用不同的同步序列，在逻辑上不同的同步序列对应不同的基站编号；或者使用正交的频率资源发射相同的同步序列，在逻辑上不同频率资源对应不同的基站编号，从而使终端侧可以更好的区分相邻基站。

5.如权利要求1-4任一项所述实现帧长搜索及下行定时同步的方法，其特征在于，终端按照下面的方法将系统可能的帧长集FL进行分组：

首先，计算FL中的最大帧长FLM₀，将FL中所有能整除FLM₀的帧长构成帧长组S₀；

其次，如果剩余帧长集不为空集，则计算Δ₁中的最大帧长FLM₁，将Δ₁中所有能整除FLM₁的帧长构成帧长组S₁；

然后，如果剩余帧长集不为空集，则计算Δ₂中的最大帧长FLM₂，将Δ₂中所有能整除FLM₂的帧长构成帧长组S₂；

按照上述方法，依此进行分组，直到剩余帧长集为空集，最终将FL分成n_G组，即S₀,S₁,…,S_nG-1。

6.如权利要求5所述实现帧长搜索及下行定时同步的方法，其特征在于，在完成帧长集分组后，终端按照S₀→S₁→…→S_nG-1的顺序在各个帧长组内进行帧长搜索及下行定时同步流程，一旦进入到实际帧长所在组的帧长搜索及下行定时同步流程，即可正确获取系统工作帧长，实现下行定时同步，结束帧长搜索及下行定时同步流程。

7.如权利要求6所述实现帧长搜索及下行定时同步的方法，其特征在于，所述帧长搜索及下行定时同步流程具体为：

第一步，启动定时器T，开始帧长组S_k下的帧长搜索及下行定时同步流程，其中T的时长要比完成系统最大帧长搜索及下行定时同步流程所耗时间大，0≤k≤n_G-1；

第二步，定时时间到后，读取同步流程状态：如果处于失步或预同步状态，则说明系统工作帧长不在当前搜索的帧长组内，启动下一帧长组的帧长搜索及下行定时同步流程，即k＜＝k+1，返回到第一步；如果处于同步状态，说明系统工作帧长在当前搜索的帧长组内，并且己经正确获取，帧长搜索及下行定时同步流程结束。

8.如权利要求7所述的实现帧长搜索及下行定时同步的方法，其特征在于，所述帧长组S_k下的帧长搜索及下行定时同步流程具体为：

第一步，设定帧长为帧长组S_k中的最大帧长FLM_k，则终端进行0到FLM_k的周期定时，进入失步状态；

第二步，一旦检测到有效的同步序列，即有效基站编号对应的同步序列，调整定时，使同步序列最后一个符号出现的时间位置为T_s，进入到预同步状态，其中T_s为最后一个符号在每帧出现的时间位置，Ts大于等于零且小于等于系统工作帧长；

第三步，在预同步状态下，在每帧定时大于等于T_s-T_lw并且小于等于T_s+T_rw的时间窗内检测同步序列，其中T_lw，T_rw分别为同步序列搜索窗左边窗和右边窗的时长，与相邻基站传播包括时延差及传播延时扩展的参数有关一旦无法检测到有效的同步序列，返回到失步状态，即返回到第二步；检测到有效同步序列，记录检测到的最强同步序列对应的基站，并统计每个基站的检测次数，如果连续M帧检测到同步序列，则进入到准同步状态；

第四步，进入准同步状态后，按照大数定理，对在预同步状态下检测到的所有基站进行判决，决定终端需要接入的基站，即选择第三步检测次数最大的基站作为接入的基站；

第五步，在准同步状态下，在每帧定时大于等于T_s-T_lw并且小于等于T_s+T_rw的时间窗口内检测第四步所确定的基站所对应的同步序列，并解调相应的帧号Fn(i)，其中i≥0；计算该帧长组所有可能帧长条件下相邻两次解调帧号的差值：对于帧长组内的第j个帧长FL_j，i≥1时第i次解调帧号差值表示为ΔFn_j(i-1)＝mod(Fn(i)-Fn(i-1),FnM_j+1)，其中mod(a,b)表示数a对b取模，FnM_j为帧长FL_j对应的最大帧号；

第六步，连续解调N+1帧后，检查相邻两帧的帧号差值，确定系统实际帧长；对于该帧长组的任一帧长FL_j，连续解调N+1帧后，都构成一个长度为N的帧号差值序列ΔFn_j＝{ΔFn_j(0),ΔFn_j(1),…,ΔFn_j(N-1)}；检查该帧长组中所有帧长对应的差值序列，找到满足的差值序列，其中Delta_Fn为常数，则帧长FL＝FLM_k/Delta_Fn即为系统所采用帧长；调整终端定时范围为0到FL；在解调出对应基站的系统参数后，即进入同步状态。