CN103731905A

CN103731905A - 一种td-lte系统中小区初始接入方法与装置

Info

Publication number: CN103731905A
Application number: CN201210388472.XA
Authority: CN
Inventors: 周小林; 侯东阳; 王习姁
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2012-10-11
Filing date: 2012-10-11
Publication date: 2014-04-16

Abstract

本发明属无线通信领域，具体涉及一种TD-LTE系统中小区初始接入方法与装置。本发明方法包括三个主要步骤，分别是基于LTE系统的频点扫描、利用Zadoff-Chu序列生成主同步信号进行小区标识与时间同步、利用主同步信号的相关特性进一步检测、修正频偏；另外，基于频点扫描方案中产生频偏的原因及数值，提供了频偏检测方法。本发明方法可提高频点扫描系统的精确度，参考不同信噪比时频偏检测的性能，确定阙值，使系统在真实的复杂环境中更具适应性。

Description

一种TD-LTE系统中小区初始接入方法与装置

技术领域

本发明属于无线通信领域，具体涉及一种TD-LTE系统中小区初始接入方法与装置。

该方法包括三个主要步骤，基于LTE系统的频点扫描、利用Zadoff-Chu序列生成主同步信号进行小区标识与时间同步、利用主同步信号的相关特性进一步检测、修正频偏；本发明还基于频点扫描方案中产生频偏的原因及数值，提供一种频偏检测方案。

背景技术

2004年，3GPP组织启动了准4G技术的核心——长期演进技术（LTE）的标准化工作，开始了向第四代移动通信技术（4G）的演进。LTE俗称3.9G技术，采用了MIMO(Multiple-Input Multiple-Out-put)与OFDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing)作为其唯一的标准。上行采用单载波频分多址技术（SC-FDMA），下行采用正交频分多址技术（OFDMA），OFDMA技术将给定的信道再划分为多个有正交特性的、使用不同子载波进行调制的子信道，并且这些子载波为并行传输，大大提高了频谱利用率，降低了系统延迟并优化了小区边缘用户性能，适用于高速传输。此外为了提高信道容量，用户可以灵活自由分配下行信道的不同带宽，LTE系统中主要支持6种带宽，有1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz。

本发明拟提供TD-LTE系统中小区初始接入的频点扫描方案与主同步方案，利用两步粗扫和一步细扫的分层扫描加快中心频率扫描，最后将频率确定在100KHz的栅格；主同步方案使用Zadoff-Chu序列生成同步标记序列，完成小区组内标识与时间同步。在此基础上，本发明拟基于频点扫描方案中产生频偏的原因及数值，提供一种频偏检测方案，利用主同步信号的相关特性，对各种频偏情况中的相关峰值进行研究及分析由峰值的大小判断是否发生频偏，并对其做出修正，提高系统精确度。

发明内容

本发明的目的是提供一种TD-LTE系统中小区初始接入方法与装置。尤其涉及一种小区初始接入时快速搜索频率的扫描方案与频偏检测方法。

其中，快速搜索频率的扫描方案由两步粗扫和一步细扫组成。

具体而言，本发明的TD-LTE系统中小区初始接入方法，其特征在于，该接入方法包包括步骤：

（1）基于LTE系统的频点扫描；

（2）利用Zadoff-Chu序列生成主同步信号，进行小区标识与时间同步；

（3）在频点扫描所得的中心频率的基础上，利用主同步信号的相关特性进一步检测、修正频偏。

本发明中，频点扫描方案由两步粗扫和一步细扫组成，100MHz经三步扫描、划分窗口后，最终得到100KHz的信道栅格；

第一步粗扫将100MHz的总频带均分为5个宽度为20MHz的窗口，测量各窗口功率，通过判断精确到10MHz；第二步粗扫将10MHz的窗口均分为10个1MHz的子窗口，测量各子窗口功率，分析功率的单调性，精确到1MHz；一步细扫将1MHz的窗口均分为10个100KHz的LTE信道栅格，取最大功率所对应的频率作为中心频点，误差在±100KHz之内，发生误差的概率以所示图1说明。

本发明中，利用Zadoff-Chu序列的相关特性，即相同根值u所生成的序列在0点处有明显的自相关峰值，且互相关近似成正交特性，在相邻的三个小区内进行标识与时间同步；

主同步信号（PSS）利用Zadoff-Chu序列产生，对于固定的u，Zadoff-Chu序列均表现出极好的周期性与相关特性，Zadoff-Chu序列如下所示：

经证明，若取与N_ZC互质的u，则自相关性近似为自相关特性符合r_u(σ)=δ(σ)，互相关性近似为

r_{mk} (σ) = Σ_{n = 0}^{N_{ZC} - 1} x_{m} (n) x_{k}^{*} [(n + σ)] = \frac{1}{\sqrt{N_{ZC}}} .

当发生误差时，即频率产生±100KHz的偏移，会对相关序列造成影响。

本发明中，分析频点扫描方案中所产生频偏的原因与数值大小，结合主同步信号的相关特性，在小区标识与符号定时的检测同时进行频偏检测，增加频点扫描方案的精确度；

本发明所述的频偏检测方案在时域中进行，取某一阈值，若三个相关序列所得到的最大相关峰值未达到该阈值时，则认为发生频偏并进行修正，修正后的中心频率重新进行主同步信号小区标识与符号定时。

进一步，本发明提供了一种频偏检测方法，其特征在于，其中包括，单独的主同步小区检测与符号定时的过程是从输入信号中分离出带有主同步信号的载波，与三种u值对应的三个主同步检测信号进行互相关运算，记录三个互相关序列的最大值，再比较这三个最大值找出最大一个，其对应的主同步检测信号的序号即为小区标识，横坐标的偏移可进行时间定时。本发明确定了某一阈值，在比较得到三个主同步序列最大值的最大值后，将该值与之前确定的阈值做比较，若大于该阈值，则认为频点扫描正确，未发生频偏，若小于该阈值，则认为发生频偏。由于频点扫描方案中，通常频偏的产生是由于第三步扫描时，错误选择了临近的栅格，即向左或向右偏移100KHz，因此，先将中心频点向左移100KHz，重新进行主同步信号检测，若所得的最大值大于该阈值，则认为进行了正确的修正，重新记录中心频点，并在该频率检测小区标志与符号定时，若最大值仍小于该阈值，则认为频偏方向判断错误，那么可直接得到正确的中心频率应为右移100KHz，则重新记录中心频率，并在该频率下进行住同步信号检测。

本发明中，参考不同信噪比时频偏检测的性能，确定阙值，使系统在真实的复杂环境中更具适应性；为了确定这一阈值，本发明分别仿真了在各种噪声情况下，未发生频偏、向左偏移与向右偏移的模拟实际传输情况进行了仿真。对比频偏对峰值造成的影响与噪声的干扰，进而确定阈值，使该系统在复杂环境中仍能正常的运行。

为了便于理解，下面通过附图和具体实施例对本发明的一种TD-LTE系统中小区初始接入方法进行详细的描述。需要特别指出的是，具体实施例和附图仅是为了说明，显然本领域的技术人员可以根据本文说明，对本发明进行各种修正或改变，这些修正和改变也将纳入本发明范围之内。

附图说明

图1是各系统带宽时，测量100次，中心频点与系统带宽判断精确度的仿真结果。

图2是主同步小区标志方案流程图。

图3是带有频偏检测功能的主同步小区标志方案流程图。

具体实施方式

实施例1

第一步粗扫将100MHz的总频带均等划分为5个宽度为20MHz的窗口，测量各窗口功率，由最小功率与次小功率取均值记为P_Noise，通过比较最大功率-P_Noise与次大功率-P_Noise的大小与位置，将有用信号范围精确到10MHz的子窗口；第二步粗扫将10MHz的窗口均等划分为10个1MHz的子窗口，测量各窗口功率，分析功率的单调性精确到1MHz的窗口；细扫将1MHz的窗口均等分为10个100KHz的LTE信道栅格，取最大功率所对应的频率作为中心频点，误差在±100KHz之内。

在PSC频域结构中，共有64个子载波，去除-32处的子载波索引与中心点，即有-31到-1与1到31共62个点，所以选取长度为63的Zadoff-Chu序列，再去除中心点，故有0到61共计62个点。把Nzc=63代入Zadoff-Chu序列的表达式中，得到：

u的三个根为25、29、34，可以用来构成三个序列分别对应N_ID_2的三个值，0、1、2，从而在临近的三个小区中进行小区标志。即：

N_ID_2	U
		0	25
1	29
		2	34

由于下行采用OFDMA技术，信号经由多个子载波并行传送，所以首先需要分离出接受到的信号中包含主同步信号的子信道，这里使用了一个截止频率为0.96MHz的低通滤波器，为了降低计算量、加快系统效率，对滤波后的信号又进行了降采样，得到长度为64的处理后的待检测信号。把该信号分别与u=25、u=29、u=34的Zadoff-Chu主同步检测序列在时域中进行相关运算，并记录三个互相关序列各自的最大值MaxCorrA、MaxCorrB、MaxCorrC，并记下各自的对应的位置PositionA、PositionB、PositionC。对比MaxCorrA、MaxCorrB、MaxCorrC，找出三个相关值中的最大值P_MAX，记录其对应的主同步信号序号，该序号即为选择的最优小区，若两个理想的主同步信号进行相关，则峰值应在0点处，因此该最大值对应的横坐标位置即为同步所需的定时。该过程的仿真流程以图2说明。

考虑到频点扫描方案中所发现的扫描中心频率时可能出现的频偏，由于第一步扫描时虽可能有误差，但在第二部扫描中对于单调性的检测会及时的给予修正，因此，可以认为频偏的产生主要来自于在第三步频点扫描时误选了临近的窗口，由于第三步扫描的子窗口宽度为100KHz，所以认为所选的子窗口与正确的子窗口相连，即中心频率fc存在100KHz的频率偏移，如果把频率偏移的这部分情况进行修正，则可大大提高频点扫描系统的精确度。

若没有频偏，则得到的最佳匹配序列的峰值均大于0.1，若发生频偏，首先相关值整体偏小，在0到0.01附近，且没有明显的峰值。可以认为，若待检测信号与三个主同步序列相关后，所得到的三个最大峰值均小于某门限值Pth2，则可认为频点扫描时发生频率偏移。

观察无噪声情况下发生频偏时的的峰值大小（以图3说明），可取阙值Pth2，即在判断最优小区时，找出MaxCorrA、MaxCorrB、MaxCorrC的最大值，并与Pth2比较，若大于Pth2，则认为选择了正确的中心频率，若小于Pth2，则认为发生了频偏，首先先将频点扫描得到的fc+100KHz，记为fccorr，并在该中心频率下再次进行主同步序列检测，若三组主同步相关序列得到的最大值大于Pth2，则记fc=fccorr，若三组主同步相关序列得到的最大值依然小于Pth2，则记fc=fc-100KHz。由于频偏情况下，相关值峰值明显减小，不再远大于其他点的相关值，由于噪声可能进行小区标识与定时时，会有很大误差，所以本发明采取的是利用主同步序列先对频点扫描的中心频率进行频偏校正，再用经过校正的中心频率进行最终的主同步小区标识与定时。

为了使该频偏检测方案在复杂情况下更具稳定性，本发明中参考了噪声为10dB与20dB情况下发生频偏时的相关序列，取Pth2=0.05。

Claims

1.一种TD-LTE系统中小区初始接入方法，其特征在于，其包括步骤：

（1）基于LTE系统的频点扫描；

2.根据权利要求1所述的TD-LTE系统中小区初始接入方法，其特征在于，所述步骤（1）的频点扫描由两步粗扫和一步细扫组成，100MHz经三步扫描、划分窗口后，最终得到100KHz的信道栅格。

3.根据权利要求1所述的TD-LTE系统中小区初始接入方法，其特征在于，所述步骤（2）中利用Zadoff-Chu序列的相关特性，即相同根值u所生成的序列在0点处有明显的自相关峰值，且互相关近似成正交特性，在相邻的三个小区内进行标识与时间同步。

4.根据权利要求1所述的TD-LTE系统中小区初始接入方法，其特征在于，所述步骤（3）中分析频点扫描中所产生频偏的原因与数值大小，结合主同步信号的相关特性，在小区标识与符号定时的检测同时进行频偏检测，增加频点扫描方案的精确度。

5.一种频偏检测方法，其特征在于，该频偏检测方法在时域中进行，取某一阈值，若三个相关序列所得到的最大相关峰值未达到该阈值时，则认为发生频偏并进行修正，修正后的中心频率重新进行主同步信号小区标识与符号定时。

6.按权利要求5所述的方法，其特征在于，该方法中参考不同信噪比时频偏检测的性能，确定阙值，使系统在真实的复杂环境中更具适应性。