CN103581069A - 用于lte的使用干扰消除的辅同步信号检测 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于LTE的使用干扰消除的辅同步信号检测，其中公开了用于从接收信号中的强功率SSS序列去除干扰使得能够检测到接收信号中的弱功率SSS序列的方法和系统。该方法和系统可使用接收信号来进行第一小区搜索以检测强功率SSS序列。通过使用与强功率SSS序列对应的已知SSS序列，能够估计接收强功率SSS序列的信道。然后，所估计的信道可用于确定强功率SSS和PSS序列对接收信号的贡献，使得其能够被消除。通过从接收信号消除强功率SSS和PSS序列的贡献，可使用接收信号来进行第二小区搜索以检测弱功率SSS序列。

Description

用于LTE的使用干扰消除的辅同步信号检测

相关申请的交叉参考

本申请要求于2011年11月21日提交的美国临时专利申请第61/562,196号以及于2012年7月23日提交的美国临时专利申请第61/674,567号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本申请总体上涉及蜂窝网络，并且更具体地涉及蜂窝网络中的同步信号检测。

背景技术

图1示出了在陆地区域110（称为小区）中分布的长期演进（LTE）蜂窝网络100，各个小区通过基站120来服务。小区100地理上连接在一起，使得LTE终端130（例如，移动电话、膝上型计算机、平板计算机等）能够经由基站120在广阔的区域中与核心网络（未示出）进行无线通信。

在LET终端能通过诸如图1中的LET蜂窝网络100的LTE蜂窝网络进行通信之前，LTE终端通常需要进行小区搜索以获得与小区频率和码元同步并且检测小区的物理层标识。例如，LTE终端可进行小区搜索以获得与小区的同步并且检测其所在的小区或者某些其他小区的物理层标识。另外，LTE终端可继续进行小区搜索以获得与其他附近小区的同步并且检测其他附近小区的物理层标识。这允许LTE终端在保持与LTE蜂窝网络充分的连通性的同时从一个小区移动至另一个小区。例如，如果由于LTE终端的移动而造成由当前小区支持的信号质量低于由其他附近小区中的一个支持的信号质量，则与当前小区的通信可移交至支持更高信号质量的附近小区。

从LTE蜂窝网络中的基站广播两个同步信号（主同步信号（PSS）和辅同步信号（SSS））以协助小区搜索。这两个信号在LTE帧内的时域位置通常在帧与帧之间恒定以支持同步并且取决于LTE蜂窝网络是在频分复用模式（FDD）还是在时分复用模式（TDD）中操作。如图2中所示，一般的LTE帧结构200持续10ms并且包括两个5ms的半帧。各个半帧进一步分为均持续1ms的5个子帧（0到4和5到9）。子帧通常携带14个正交频分复用（OFDM）码元。在FDD模式中操作的LTE蜂窝网络中，PSS通常在子帧0和5的最后的OFDM码元中传输，而SSS通常在同一子帧中的就在PSS之前的倒数第二个OFDM码元中传输。在TDD模式中操作的LTE蜂窝网络中，PSS通常在子帧1和6的第三OFDM码元中传输，而SSS通常在子帧0和5的最后的OFDM码元中传输。

在小区搜索期间，LTE终端使用PSS和SSS以获得与小区的频率和码元同步并且检测小区的物理层小区标识。检测物理层小区标识涉及从由基站广播的SSS序列获得组标识NID1=(0，...，167)，并且从由基站广播的PSS序列获得由NID1标识的组内的标识NID2=（0，1，2）。在从PSS序列检测到该组内的标识NID2之后从SSS序列检测组标识NID1。在检测到NID1和NID2之后，可使用NID=(3*NID1)+NID2的关系来确定物理层单元标识，其中NID是物理层单元标识。因为在各个组内存在168个唯一组标识NID1和三个唯一标识NID2，所以在LTE蜂窝网络中存在总共504个唯一物理层标识。

通常，LTE终端从某些基站接收强功率同步信号（即，PSS和SSS）并且从其他基站接收较弱功率同步信号。在LTE终端，强功率同步信号可淹没弱功率同步信号，这防止LTE终端获得与生成弱功率同步信号的小区的同步并且防止检测这些小区的物理层标识。获得与这些小区的同步并且检测这些小区的物理层标识由于几个原因而可以是有利的，这些原因包括例如由于LTE终端的移动而将通信从一个小区移交至另一个小区。

发明内容

本文公开了一种用于在接收信号中检测第一辅同步信号（SSS）序列以及第二辅同步信号序列的方法，该方法包括：在接收信号中检测第一辅同步信号序列；估计接收第一辅同步信号序列的信道；使用信道估计来估计第一辅同步信号序列对接收信号的贡献；从接收信号消除第一辅同步信号序列的贡献估计以产生干扰消除的接收信号；以及使用干扰消除的接收信号来检测第二辅同步信号序列。

优选地，该方法进一步包括：在检测第二辅同步信号序列之前从接收信号消除第三辅同步信号序列的贡献估计。

优选地，估计信道进一步包括：使用接收信号以及与第一辅同步信号序列对应的已知辅同步信号序列。

优选地，估计信道进一步包括：将接收信号的采样的频域表示乘以与第一辅同步信号序列对应的已知辅同步信号序列。

优选地，该方法进一步包括：基于在接收信号中的第一辅同步信号序列的位置来获得接收信号的采样。

优选地，该方法进一步包括：基于频域表示中的元素（element）的估计的能量以及信道的估计的延迟扩展来去除采样的频域表示中的噪声。

优选地，该方法进一步包括：使用第二辅同步信号序列来获取与小区的同步。

优选地，该方法进一步包括：使用第二辅同步信号序列来确定小区的物理层小区标识。

本文还公开了一种用于在接收信号中检测第一辅同步信号（SSS）以及第二辅同步信号序列的终端，该终端包括：信道估计器，被配置为估计接收第一辅同步信号序列的信道；干扰消除器，被配置为通过以下操作来产生干扰消除的接收信号：使用信道估计来估计第一辅同步信号序列对接收信号的贡献并且从接收信号消除第一辅同步信号序列的贡献估计，以及使用信道估计来估计第一主同步信号序列对接收信号的贡献并且从接收信号消除第一主同步信号序列的贡献估计；以及检测器，被配置为使用干扰消除的接收信号来检测第二辅同步信号序列。

优选地，序列检测器被进一步配置为在接收信号中检测第一辅同步信号序列。

优选地，信道估计器被进一步配置为使用接收信号和与第一辅同步信号序列对应的已知辅同步信号序列。

优选地，信道估计器被进一步配置为将接收信号的采样的频域表示乘以与第一辅同步信号序列对应的已知辅同步信号序列来估计信道。

优选地，基于接收信号中的第一辅同步信号序列的位置来获得接收信号的采样。

优选地，信道估计器被进一步配置为基于频域表示中的元素的估计的能量和信道的估计的延迟扩展来去除采样的频域表示中的噪声。

优选地，序列检测器被进一步配置为使用第二辅同步信号序列来获得与小区的同步。

优选地，序列检测器被进一步配置为使用第二辅同步信号序列来确定小区的物理层小区标识。

本文还公开了一种用于在接收信号中检测第一序列和第二序列的终端，该终端包括：信道估计器，被配置为估计接收第一序列的信道；干扰消除器，被配置为使用信道估计来估计第一序列对接收信号的贡献并且被配置为从接收信号消除贡献估计以产生干扰消除的接收信号；以及检测器，被配置为使用干扰消除的接收信号来检测第二序列。

优选地，信道估计器被进一步配置为使用接收信号和与第一序列对应的已知序列。

优选地，信道估计器被进一步配置为将接收信号的采样的频域表示乘以与第一序列对应的已知序列来估计信道。

优选地，信道估计器被进一步配置为基于频域表示中的元素的估计的能量和信道的估计的延迟扩展来去除采样的频域表示中的噪声。

附图说明

结合在本文中并且形成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施方式并且与描述一起进一步用于解释实施方式的原理并使得本领域中的技术人员能实现并使用这些实施方式。

图1示出了根据本公开的实施方式的LTE蜂窝网络。

图2示出了根据本公开的实施方式的一般LTE帧结构。

图3示出了根据本公开的实施方式的使用干扰消除（interferencecancelation）来检测在LTE蜂窝网络中的弱功率SSS序列的方法的流程图。

图4示出了根据本公开的实施方式的示例性LTE终端。

将参照附图来描述本公开的实施方式。要素首先出现的附图通常由对应参考数字中的最左数位来表示。

具体实施方式

在下面的描述中，为了提供对本发明的实施方式的透彻理解而给出了大量具体细节。然而，对本领域中的技术人员显而易见的是，在没有这些具体细节的情况下也可以实现包括结构、系统以及方法的实施方式。本文中的描述和表示是由本领域的有经验的或有技术的人员使用，从而向本领域中的其他技术人员最有效地传达其工作的通常手段。在其他情况中，未描述已知的方法、过程、组件和电路以避免不必要地使本发明的各方面模糊。

在说明书中对“一个实施方式”、“实施方式”、“实例实施方式”等的引用表示所描述的实施方式可包括具体特征、结构或特性，但是各个实施方式可能不必包括该具体特征、结构或特性。此外，这些术语不一定指代相同的实施方式。此外，当联系实施方式描述具体特征、结构或特性时，认为无论是否明确地描述，联系其他实施方式来影响这种特征、结构或特性是在本领域的技术人员的知识范围内的。

下面描述的是从接收信号中的一个或多个强功率SSS序列去除干扰使得在接收信号中的一个或多个弱功率SSS序列能够被检测到的方法和系统。该方法和系统能够使用接收信号进行第一小区搜索以检测强功率SSS序列。使用与此强功率SSS序列对应的已知SSS序列，能够估计接收强功率SSS序列的信道。然后，所估计的信道可用于确定强功率SSS序列对接收信号的贡献的估计使得其能够被消除。所估计的信道能够进一步用于确定发送强功率SSS序列的小区的PSS序列的贡献的估计使得该PSS序列的贡献也能够从接收信号消除。通过强功率SSS序列的估计贡献和从接收信号消除的PSS序列，能够使用接收信号来进行第二小区搜索以检测弱功率SSS序列。

一旦被检测，弱功率SSS序列就可用于获得与弱功率SSS序列所源于的小区的同步并且检测该小区的物理层标识。获得与此小区的同步并且检测此小区的物理层标识由于几个原因是有益的，这几个原因包括由于（例如）LTE终端的移动而将来自当前小区的通信移交至与弱功率SSS序列对应的小区。

应当注意的是，如“强功率”的对SSS/PSS序列的描述是指在不消除来自一个或多个其他SSS序列的对接收信号的估计贡献的情况下在小区搜索期间能从接收信号检测的到那些SSS/PSS，而如“弱功率”的对SSS序列的描述是指在不消除来自一个或多个其他SSS序列的对接收信号的估计贡献的情况下在小区搜索期间不能从接收信号检测到的那些SSS/PSS。

还应注意，尽管以下在LTE蜂窝网络的背景中描述了本公开的方法和系统，但本公开的方法和系统不限于此。本领域的技术人员将会认识到本公开的方法和系统可用于在小区搜索操作期间的其他蜂窝网络。

2.使用干扰消除的SSS序列检测

现在参照图3，根据本公开的实施方式描述了用于检测LTE蜂窝网络中的弱功率SSS序列（例如，NID1值）的方法的流程图300。流程图300的方法可由LTE终端（例如，移动电话、膝上型电脑、寻呼机、个人数字助理、平板电脑、电子阅读器等）中的诸如数字信号处理器的处理器来实现。

流程图300的方法开始于步骤302，这里，由LTE终端进行最初的小区搜索以检测在LTE网络上接收的采样信号x(k)中的强功率SSS序列。接收信号x(k)对应于从LTE蜂窝网络中的基站广播的重叠OFDM码元所组成的“合成”OFDM码元，并且k表示采样实例（sampling instance）。在接收信号x(k)中检测的强功率SSS序列与重叠OFDM码元中的一个对应。在接收信号x(k)中检测强功率SSS序列的方法是已知的并且在本文中不详细说明。

在步骤304，估计由LTE终端接收在步骤302检测的强SSS序列的信道。在一个实施方式中，通过对接收信号x(k)进行快速傅里叶变换（FFT）以将接收信号x(k)变换到频域中来估计该信道。假定LTE网络中使用的OFDM码元具有例如128个相关联的时域采样并且以合适的速率来采样接收信号x(k)使得其包括与上述“合成”OFDM码元的时域采样对应的128个时域采样，则可进行接收信号x(k)的128点FFT以恢复由“合成”OFDM码元的64个正交音（tone）承载的数据。将接收信号x(k)的FFT表示为：

$X={\mathrm{FFT}}_{N_{\mathrm{fft}}}\left(x\right)---\left(1\right)$

在等式（1）中，N_fft=128。

在进行FFT之后，可提取出接收信号X的频域表示中的感兴趣音。将所提取的感兴趣音表示为：

$\hat{X}=[X\left(\mathrm{StartTone}\right),...,X\left(\mathrm{EndTone}\right)]---\left(2\right)$

其中，StartTone和EndTone是变量。在一个实施方式中，确定变量StartTone和EndTone，使得感兴趣的音总共包括63个：在DC音两侧的31个最近音和DC音自身。在其他实施方式中，可从包括所有音的接收信号的频域表示中提取更多或更少的音。

接下来，由

表示的在SSS上的所提取的感兴趣音可以与被估计信道的强功率SSS序列对应的已知SSS序列C点乘。将这两个值的点积表示为：

$Y={\hat{X}}_{\mathrm{SSS}}*C---\left(3\right)$

其中*表示点乘的运算符。

在获得了矢量Y之后，可用接近矢量Y中的DC音的两个音中的一个的值、接近矢量Y中的DC音的两个音的平均值或某些其他值来代替矢量Y在其DC音指数（index）处的值。可通过例如将在指数63处的音的值附加至矢量Y的末尾或者通过将指数1处的音的值预附加至矢量Y的开始来将矢量Y延伸至长度64。此矢量可通过确定64点或128点快速傅里叶逆变换（IFFT）来变换。为了进行128点IFFT，可在矢量Y的开始和末尾对该矢量附加相等数量的零，以使其从64长度的矢量变成128长度的矢量。将此矢量的IFFT表示为：

$y={\mathrm{IFFT}}_{N_{\mathrm{ifft}}}\left(Y\right)---\left(4\right)$

在等式（4）中，N_ifft=64或128。

接下来，通过使用与具有最高能量的矢量y中的值相关联的矢量y中的指数Loc_Max的估计并且通过使用被估计信道的延迟扩展ChanSpread的估计，矢量y中的噪声值可置零。将矢量y如下具体置零：

y(1:Loc_Max-2)=0;   (5)

y((Loc_Max+ChanSpread+1):N_ifft)=0   (6)

其中，N_ifft是等式（4）中所使用的值。例如可通过将等式（4）的矢量y中的各个元素平方并且识别具有最大值的被平方的元素的指数来估计指数Loc_Max。可选地，例如可在基于在LTE蜂窝网络上更早或更晚接收的信号和/或基于由其他天线接收的相同信号x(k)来以与矢量y相似的方式计算多个矢量，将这些计算的矢量的各个元素平方并且将各个所计算的矢量的对应的平方元素相加或取平均，并且最后使用相加或取平均的平方元素来识别具有最大值的相加或取平均的被平方的元素的指数之后，估计指数Loc_Max。还应注意，在上面的等式（5）中所使用的值2可以被安排为可配置的并且能被设定成任意合适值。选择待置零的噪声值位置的方法可以以其他可选方式来进行，例如选择小于作为对y估计的噪声功率的比例缩放版本而获得的阈值的所有值。

在矢量y中的噪声值已被置零之后，可检测矢量y的64点或128点（如在等式（4）中所选择的）FFT，以估计由LTE终端接收强功率SSS序列的信道。将矢量y的噪声值被置零后的矢量y的FFT表示为：

${H=\mathrm{FFT}}_{N_{\mathrm{fft}}}\left(y\right)---\left(7\right)$

在等式（7）中，N_fft=64或128，这取决于在等式（4）中选择的N_ifft。

在步骤306，使用在等式（7）中获得的所估计的信道H来确定强功率SSS和PSS序列对接收信号x(k)的贡献的估计。从等式（7）中的信道估计H中选择在传输同步信号的音位置处所需的信道估计并且将其称为H_SSS。可通过将估计的信道H_SSS分别与对应于强功率SSS序列的已知SSS序列C_SSS或对应于强功率PSS序列C_PSS点乘来具体确定强功率SSS和PSS序列对接收信号x(k)的贡献的估计。将这两个值的点积表示为：

R_SSS=H_SSS*C_SSS   (8)

R_PSS=H_SSS*C_PSS   (8a)

其中，*表示点乘法的运算符。

在步骤308，强功率SSS序列的估计的贡献R_SSS和强功率PSS的估计的贡献R_PSS可如下分别从在接收信号X的频域表示中的感兴趣音和

中消除。

${\tilde{X}}_{\mathrm{SSS}}={\hat{X}}_{\mathrm{SSS}}-R_{\mathrm{SSS}}---\left(9\right)$

${\tilde{X}}_{\mathrm{PSS}}={\hat{X}}_{\mathrm{PSS}}-R_{\mathrm{PSS}}---\left(9a\right)$

最后，在步骤310，使用在上面的等式（9）中表示的干扰消除接收信号

来进行弱功率SSS序列的小区搜索。弱功率SSS序列的小区搜索可使用已知技术来进行，其可使用如以上等式（9a）中表示的来从接收信号消除干扰的PPS序列。

一旦被检测，弱功率SSS序列就可用于获得与弱功率SSS序列所源自的小区的同步并且检测该小区的物理层标识。获得与此小区的同步并且检测此小区的物理层标识由于几个原因可以是有益的，这几个原因包括由于例如LTE终端的移动而将来自当前小区的通信移交至与弱功率SSS序列对应的小区。

应当注意，在进行步骤310之前，对于在接收信号x(k)中检测的其他强功率SSS和PSS序列可再次重复步骤302-308。另外，还应注意，与步骤302中检测的强功率SSS和PSS序列相反，可再重复步骤304-308以去除在步骤310中检测的弱功率SSS和PSS序列。

图4示出了根据本公开的实施方式的示例性LTE终端400的框图。LTE终端400可以是例如移动电话、膝上型电脑、寻呼机、个人数字助理、平板计算机、电子阅读器等并可用于实现使用如图3的流程图300中所示的干扰消除来检测LTE蜂窝网络中的弱功率SSS序列（例如，NID1值）的方法。

如图4中所示，LTE终端400包括天线402、收发机404以及小区搜索模块406。小区搜索模块406具体包括信道估计器408、干扰消除器410以及检测器412。可以以硬件、软件或其任意组合来实现这些模块。例如，这些模块中的一个或多个可由在计算机可读介质中所存储的软件来实现并且由诸如数字信号处理器的处理器来执行。在其他示例中，这些模块中的一个或多个可由被具体配置为实现一个或多个模块的功能的专门硬件块或专用处理器来实现。

在LTE终端400的操作中，天线402被配置为接收由位于不同小区中的基站在LTE网络上传输的信号。这些信号可根据图2中所示的基本LTE帧结构来格式化并且包括如上面提到的PSS和SSS序列。收发器404被配置为将由天线402接收的信号下变频并且采样。此信号的下变频和采样的部分与以上在图3中提及的接收信号x(k)对应，并且能够由收发器404提供至小区搜索模块406，以进行使用如图3的流程图300中所示的干扰消除来检测弱功率SSS序列（例如，NID1值）的方法。具体地，检测器412可以被配置为进行流程图300中的步骤302和310，信道估计器408可以被配置为进行步骤304，干扰消除器410可以被配置为进行步骤306和308。然而，应注意的是，信道估计器408、干扰消除器410以及检测器412可以被配置为进行其他功能。

3.结论

本公开借助于示出具体功能及其关系的实现的功能块来描述。为了便于描述而在本文中人为定义了这些功能块的界限。只要可适当实现功能块的具体功能及其关系，就可定义可选边界。

Claims (10)

1.一种用于在接收信号中检测第一辅同步信号（SSS）序列以及第二辅同步信号序列的方法，所述方法包括：

在所述接收信号中检测所述第一辅同步信号序列；

估计接收所述第一辅同步信号序列的信道；

使用信道估计来估计所述第一辅同步信号序列对所述接收信号的贡献；

从所述接收信号消除所述第一辅同步信号序列的贡献估计以产生干扰消除的接收信号；以及

使用所述干扰消除的接收信号来检测所述第二辅同步信号序列。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

在检测所述第二辅同步信号序列之前从所述接收信号消除第三辅同步信号序列的贡献估计。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，估计所述信道进一步包括：

使用所述接收信号以及与所述第一辅同步信号序列对应的已知辅同步信号序列。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，估计所述信道进一步包括：

将所述接收信号的采样的频域表示乘以与所述第一辅同步信号序列对应的已知辅同步信号序列。

5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括：

基于在所述接收信号中的所述第一辅同步信号序列的位置来获得所述接收信号的采样。

6.根据权利要求4所述的方法，进一步包括：

基于所述频域表示中的元素的估计的能量以及所述信道的估计的延迟扩展来去除所述采样的所述频域表示中的噪声。

7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

使用所述第二辅同步信号序列来获取与小区的同步。

8.根据权利要求要求1所述的方法，进一步包括：

使用所述第二辅同步信号序列来确定小区的物理层小区标识。

9.一种用于在接收信号中检测第一辅同步信号（SSS）以及第二辅同步信号序列的终端，所述终端包括：

信道估计器，被配置为估计接收所述第一辅同步信号序列的信道；

干扰消除器，被配置为通过以下操作来产生干扰消除的接收信号：

使用信道估计来估计所述第一辅同步信号序列对所述接收信号的贡献并且从所述接收信号消除所述第一辅同步信号序列的贡献估计；以及

使用所述信道估计来估计第一主同步信号序列对所述接收信号的贡献并且从所述接收信号消除所述第一主同步信号序列的贡献估计；以及

检测器，被配置为使用所述干扰消除的接收信号来检测所述第二辅同步信号序列。

10.一种用于在接收信号中检测第一序列和第二序列的终端，所述终端包括：

信道估计器，被配置为估计接收所述第一序列的信道；

干扰消除器，被配置为使用所述信道估计来估计所述第一序列对所述接收信号的贡献并且被配置为从所述接收信号消除贡献估计以产生干扰消除的接收信号；以及

检测器，被配置为使用所述干扰消除的接收信号来检测所述第二序列。

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