CN104427564A - 一种用于td-lte小区切换的快速下行主同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于TD-LTE(时分双工-长期演进)小区切换的快速下行主同步方法，包括以下步骤：终端芯片对本地PSS信号进行处理；终端芯片在服务小区PSS前后相应的时间周期内接收目标小区的信号；通过滑动窗将接收的信号降采样；计算经过滑动窗降采样后的信号与本地降采样处理后的信号之间的相关系数；通过移动窗口遍历整个区间，寻找相关系数最大值对应的PSS序列序号和PSS序列起始点位置，认为相关系数最大值对应的窗口内有PSS发送；同步判决累计；主同步完毕。若本次同步判决发生错误，则继续在下一个接收区间内重复上述过程。本方法不需要对现有协议进行修改，不需要增加额外信令开销，运算及实现复杂度低，便于在TD-LTE实际系统中使用。

Description

一种用于TD-LTE小区切换的快速下行主同步方法

技术领域

本发明涉及无线通信系统的技术领域，特别涉及一种用于TD-LTE小区切换的快速下行主同步方法。

背景技术

TD-LTE是TD-SCDMA(时分双工-同步码分复用接入)的演进，通过使用OFDM(正交频分复用)、MIMO(多输入多输出)、快速调度等技术，TD-LTE的峰值速率和频谱效率相比TD-SCDMA有了很大的提升。目前中国TD-LTE试验采用的频段B39(1880MHz-1920MHz)中的1880MHz-1900MHz的20MHz已经分配给TD-SCDMA系统使用，如果将B39中1900MHz-1920MHz的20MHz用于TD-LTE系统，那么为了避免系统间的上下行干扰，就必须保持两个系统的上下行切换点在时间上同步。

B39的TD-SCDMA和TD-LTE不同的上下行分配策略，会产生不同的偏移结果，如下表1所示。图2示出，在TD-SCDMA上下行时隙配比2：4及TD-LTE上下行子帧配比1：3时，TD-SCDMA在时隙2与时隙3之间完成上下行转换，TD-LTE在子帧2和子帧3之间完成上下行转换，两个切换点必须在时间上完全同步才能避免异系统的干扰。TD-SCDMA系统的帧头与全球定位系统(GPS)的每秒脉冲对齐，因此TD-LTE系统的帧头需要比GPS的每秒脉冲延时0.7ms。

表1B39TD-SCDMA和TD-LTE典型配置表

典型配置	TD-SCDMA(DL／UL)	TD-LTE(DL／UL)	同步偏移
				1	3：3	2：2	1.025ms
2	4：2	3：1	0.7ms
				3	1：5	1：3	0.675ms

PSS序列d(n)是频域Zadoff-Chu序列，由下式产生：

$d_u\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}{e}^{-j\frac{\mathrm{\πun}(n+1)}{63}}& n=\mathrm{0,1},\·\·\·,30\\ e^{-j\frac{\mathrm{\πu}(n+1)(n+2)}{63}}& n=\mathrm{31,32},\·\·\·,61\end{array}\right.$

其中，Zadoff-Chu根序列索引u由下表给出：

表2Zadoff-Chu根序列索引表

表示主同步序列的编号。在LTE TDD的帧格式中，PSS映射在子帧1和子帧6的第三个OFDM符号上。频域上位于频率中心的1.08M的带宽上，包含6个RB，72个子载波。实际上，只使用了频率中心周围的62个子载波，两边各留5个子载波用做保护波段。

在网络配置时，由于B38的TD-LTE系统与TD-SCDMA系统的频点隔离度比较好，所以无需考虑与TD-SCDMA系统的上下行同步。有些B38的TD-LTE小区的帧头也设置为与GPS的每秒脉冲对齐，因此TD-LTE系统的实际网络中就有可能会存在不同频点小区间不同步的情况。

因为UE的移动性以及无线传播环境的变化，UE可能会在不同的小区间进行切换。目前多数终端芯片切换同步算法的设计默认TD-LTE小区完全同步。如果TD-LTE的服务小区和目标小区存在不同步的情况，终端芯片有可能无法完成与目标小区的同步过程，存在切换失败的可能性。如图3所示，当UE从B39频段的服务小区向B38频段的目标小区切换时，两个小区存在0.7ms的同步偏移，如果芯片的数据缓存是从服务小区的帧头时间点开始，UE需要至少缓存1.89ms的数据，才能收到B38频段目标小区的主同步信号(PSS)。而目前终端的缓存能力在1.5ms左右，所以UE无法与B38目标小区的下行同步，从而导致切换失败。

TD-LTE系统切换过程的同步算法可以分为主同步和辅同步两个过程。现在多数的终端芯片的主同步算法的设计并不区分是初始接入还是因为移动性引入的新小区同步。当终端芯片初始同步时，必须考虑在没有LTE覆盖的地区，由于干扰和噪声的影响误检出PSS的情况，一般同步算法会通过设定虚警概率来解决这个问题；而用户因为移动性所进行的同步时，服务小区会将邻区信息传递给终端芯片，如果邻区信息里有LTE小区，那么这个小区的PPS在这个场景下会一定存在，所以终端在设计主同步算法时不需考虑虚警概率的影响。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种用于TD-LTE小区切换的快速下行主同步方法，优化TD-LTE小区不同步的情况，保证UE在切换过程中能够完成与目标小区的下行同步。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于TD-LTE小区切换的快速下行主同步方法，包括以下主同步过程：

步骤1，本地信号处理，终端芯片对本地PSS信号进行处理；

步骤2，信号接收，终端芯片在服务小区PSS前后相应的时间周期内接收目标小区的信号，定义的接收区间的长度是根据TD-LTE的典型配置设定，能够保证终端在两个小区不同步时仍能切换成功；

步骤3，接收信号滑动窗降采样，通过滑动窗将接收的信号降采样；

步骤4，相关检测，计算经过滑动窗降采样后的信号与本地降采样处理后的信号之间的相关系数；

步骤5，滑动窗遍历，通过移动窗口遍历整个区间，寻找相关系数最大值对应的PSS序列序号和PSS序列起始点位置，认为相关系数最大值对应的窗口内有PSS发送，完成PSS同步判决；

步骤6，同步判决累计；

步骤7，主同步完毕，终端芯片本次主同步判决过程结束；

若本次同步判决发生错误，则继续在下一个接收区间内重复上述过程。

进一步地，所述步骤1中，设LTE系统对应的快速傅里叶变换(FFT)对应的采样点数为L，则本地3个PSS序列经过逆快速傅里叶变换(IFFT)和K点的降采样后的信号可以表示为

d_j=[d_l，j，d_2，jLd_N，j]

降采样点数K为LTE20MHz系统对应的FFT采样点数2048的约数，N表示d_j序列的长度；d_j(j∈{1，2，3})分别对应d_u(n)(u∈{25，29，34})经过IFFT和K点的降采样后的信号，并且存在L＝N×K。

进一步地，所述步骤2中，终端芯片在接收到服务小区发送的包含在RRC层连接重配消息中的切换信令后，根据服务小区给出的目标小区频点信息，在服务小区的PPS前后接收一定时间段内的目标小区相应频点信号；设服务小区的PPS时间位置点为t_i，i表示接收次数，i∈(1，2，L，I)，则接收信号的时间接收区间可以表示为

[t_i-T_l，t_i+T₂]

其中T₁和T₂为固定值，表示在t_i-T₁时间点开始，在t_i+T₂时间点截止，即接收并储存T₁+T₂时间周期的数据；接收的采样点数据表示为

s_i=[s₁，s₂，L，s_M]

M表示接收数据采样点的长度，设定初始最大相关系数C_max=0。

进一步地，所述步骤3中，滑动窗口长度设置为L，当前窗口起始点指示为则接收窗口内经过降采样的信号表示为

$s_{i,l}^{\±}=[s_{1+K\×l},s_{1+K\×(l+1)},L,s_{1+K\×(l+N-1)}]$

其中，运算符表示计算结果向下取整，序列长度为N。

进一步地，所述步骤4中，将本地经过处理的信号与接收窗口内经过降采样的信号之间做互相关运算，定义互相关系数为

${c^{\′}}_{i,j,l}=(1-\mathrm{\α})\underset{x=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}{c^{\′}}_{x,j,l}+\frac{\mathrm{\α}\·d_j\·s_{i,l}^{\±\′}}{{\left|\right|s_{i,l}^{\±\′}\left|\right|}_2}$

其中运算符(·)′表示共轭转置，运算符||·||₂表示矢量的2-范数，α表示遗忘因子，为预先定义的常量，相关系数的定义综合考虑了本次计算的相关系数和先前计算的影响；判断互相关系数c′_i，j，l(j∈{1，2，3})是否大于初始最大相关系数C_max，若C_max<c′_i，j，l，令初始最大相关系数等于本次计算的互相关系数C_max=c′_i，j，l，记录对应的同步PSS序列序号j_corr=j和同步序列起始点位置l_corr=l，同步序列起始点位置为接收窗口起始位置。

进一步地，所述步骤5中，遍历滑动窗起始点指示l，判断窗口是否仍在接收信号区间内，若在接收区间内执行步骤4，l＝l+1；若不在接收区间内滑动窗遍历结束，当前的j_corr表示判决出来的PPS序列编号，而l_corr表示PSS的发送起始点位置；第i次接收主同步判决结束。

进一步地，所述步骤6中，经过后续辅同步判断，若本次PPS判决正确，则丢弃第i次接收计算及存储的互相关系数c′_i，j，l，并执行步骤7；若本次PPS判决不正确，判断目标小区接收次数是否达到门限，若目标小区接收次数没有达到门限i<I，则执行步骤2，若目标小区接收次数达到门限i=I，则执行步骤7。

本发明方法的有益效果是：为终端芯片在切换时重新设计了PSS同步算法，保证两个小区不同步时，终端芯片仍然能够完成PSS同步；接收目标小区信号在服务小区PSS位置附近，区别于传统同步算法从服务小区帧头开始接收目标小区信号的方法，可以节省大量的芯片缓存开销；互相关系数的定义考虑了多个半帧的接收情况，互相关系数的计算方法综合考虑了前几次接收的影响及本次接收的互相关系数，可以获得时域分集增益，并且可以通过调整遗忘因子，适应不同信道条件的影响；本发明方法不改变现有的TD-LTE协议，不需要增加额外信令开销，网络侧没有任何改变，只在终端芯片在切换时主同步算法做少量改动即可实现，运算及实现复杂度低，便于在TD-LTE实际系统中使用。

附图说明

图1为本发明的一种用于TD-LTE小区切换的快速下行主同步方法的流程示意图。

图2为现有技术中B39的TD-SCDMA目前商用的上下行时隙配比2∶4时上下行转换和TD-LTE典型上下行子帧配比1∶3时上下行转换的示意图。

图3为现有技术中UE从B39频段的服务小区向B38频段的目标小区切换时的示意图。

图4为本发明提出的TD-LTE小区切换的快速下行主同步方法与主同步过程对比方法二的从B39小区切换至B38小区时的判错概率的仿真评估结果对比曲线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，但并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供一种用于TD-LTE小区切换的快速下行主同步方法，包括以下步骤：终端芯片首先对本地PSS信号进行处理；然后终端芯片在服务小区PSS前后相应的时间周期内接收目标小区的信号，并通过滑动窗将接收的信号降采样；计算经过滑动窗降采样后的信号与本地降采样处理后的信号之间的相关系数，相关系数的定义综合考虑了本次计算的相关系数和先前计算的影响；滑动窗口寻找相关系数最大值对应的PSS序列序号和PSS序列起始点位置，认为相关系数最大值对应的窗口内有PSS发送；同步判决累计；主同步完毕。

本发明的优选实施例为，在采用表1中目前B39频段的TD-LTE和TD-SCDMA两个系统基本使用的配置2及TD-LTE带宽采用20MHz系统的场景下，本发明应用于TD-LTE切换过程中主同步过程的具体操作步骤为：

步骤1，本地信号处理：设LTE系统对应的快速傅里叶变换(FFT)对应的采样点数为L，则本地3个PSS序列经过逆快速傅里叶变换(IFFT)和K点的降采样后的信号可以表示为

d_j=[d_l，j，d_2，jLd_N，j]

降采样点数K为LTE20MHz系统对应的FFT采样点数2048的约数，综合考虑算法的复杂度和精确性，取值K∈{8，16}，即进行8或16倍降采样，优选采用16倍的降采样；N表示d_j序列的长度；d_j(j∈{1，2，3})分别对应d_u(n)(u∈{25，29，34})经过IFFT和K点的降采样后的信号，并且存在L=N×K。

步骤2，信号接收：终端芯片在接收到服务小区发送的包含在RRC层连接重配消息中的切换信令后，根据服务小区给出的目标小区频点信息，在服务小区的PPS前后接收一定时间段内的目标小区相应频点信号。设服务小区的PPS时间位置点为t_i，i表示接收次数，i∈(1，2，L，I)，最大接收次数I设置为4。则接收信号的时间接收区间可以表示为

[t_i-T₁，t_i+T₂］

其中T₁和T₂为固定值，表示在t_i-T₁时间点开始，在t_i+T₂时间点截止，即接收并储存T₁+T₂时间周期的数据。如表1所示，B39频段的TD-LTE小区与B38频段的TD-LTE小区与B39频段的TD-LTE小区最大同步偏移1.025ms，并且目前终端芯片的数据缓存周期长度为1.5ms，因此优选终端由于移动性从B39小区切换到B38小区时，T₁＝0.25ms，T₂＝1.25ms。而终端由于移动性从B38小区切换到B39小区时，T₁＝1.25ms，T₂＝0.25ms。接收的采样点数据表示为

s_i＝[s₁，s₂，L，s_M]

M表示接收数据采样点的长度，设定初始最大相关系数C_max＝0。

步骤3，接收信号滑动窗降采样：滑动窗口长度设置为L，当前窗口起始点指示为则接收窗口内经过降采样的信号表示为

$s_{i,l}^{\&PlusMinus;}=[s_{1+K\&times;l},s_{1+K\&times;(l+1)},L,s_{1+K\&times;(l+N-1)}]$

其中，运算符表示计算结果向下取整，序列长度为N。

步骤4，相关检测：将本地经过处理的信号与接收窗口内经过降采样的信号之间做互相关运算，定义互相关系数为

${c^{\&prime;}}_{i,j,l}=(1-\mathrm{\&alpha;})\underset{x=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{c^{\&prime;}}_{x,j,l}+\frac{\mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;d_j\&CenterDot;{s_{i,l}^{\&PlusMinus;}}^{\&prime;}}{{\left|\right|{s_{i,l}^{\&PlusMinus;}}^{\&prime;}\left|\right|}_2}$

其中运算符(·)′表示共轭转置，运算符||·||₂表示矢量的2-范数，α表示遗忘因子，为预先定义的常量；判断互相关系数c′_i，j，l(j∈{1，2，3})是否大于初始最大相关系数C_max，若C_max＜c′_i，j，l，令初始最大相关系数等于本次计算的互相关系数C_max＝c′_i，j，l，记录对应的同步PSS序列序号j_corr＝j和同步序列起始点位置l_corr＝l，同步序列起始点位置为接收窗口起始位置。

步骤5，滑动窗遍历：遍历滑动窗起始点指示l，判断窗口是否仍在接收信号区间内，若在接收区间内执行步骤4，l＝l+1；若不在接收区间内滑动窗遍历结束，当前的j_corr表示判决出来的PPS序列编号，而l_corr表示PSS的发送起始点位置；第i次接收主同步判决结束。

步骤6，同步判决累计：经过后续辅同步判断，若本次PPS判决正确，则丢弃第i次接收计算及存储的互相关系数c′_i，j，l，并执行步骤7；若本次PPS判决不正确，判断目标小区接收次数是否达到门限，若目标小区接收次数没有达到门限i＜I，则执行步骤2，若目标小区接收次数达到门限i＝I，则执行步骤7。

步骤7，主同步完毕：终端芯片本次主同步判决过程结束。

若本次同步判决发生错误，则继续在下一个接收区间内重复上述过程。

本发明方法已经进行了多次仿真实验和评估。根据3GPP36.212协议，利用MATLAB软件编写链路级仿真程序，给出了在加性高斯白噪声(AWGN)下，提出的TD-LTE小区切换的快速下行主同步方法的判错概率。TD-LTE上下行配比为配置2，TD-LTE的系统带宽为20MHz，接收信号和本地信号做16倍的降采样，即K＝16。仿真平台模拟了10000次PSS的判决过程，对于每次判决过程，最多接收目标小区信号4次，即i＝4。判错概率定义为在i次目标小区信号接收及判决后，PSS起始位置或PSS序号仍然判断错误的次数除以10000次传输。具体的仿真评估的相关参数列于表3，判错概率的仿真评估结果如图4所示。

表3仿真参数表

链路级仿真参数	参数设置
		基站端天线数目	1
用户端天线数目	1
		TD-LTE上下行配比	DL：UL＝3：1
TD-LTE系统带宽	20MHz
		降采样率	16
噪声	AWGN
		最大接收次数I	4

TD-LTE切换方向	B39小区切换到B38小区
		接收窗时间位置	T1＝0.25ms，T2＝1.25ms

在采用表1中目前B39频段的TD-LTE和TD-SCDMA两个系统基本使用的配置2及TD-LTE带宽采用20MHz系统的场景下，本发明应用于TD-LTE切换过程中主同步过程的具体操作步骤如上所述。对接收信号和本地信号做8倍的降采样，即K＝8，则基于上述仿真场景的判错概率的仿真评估结果与图4中所示采用16倍降采样的结果类似；在采用表1中目前B39频段的TD-LTE和TD-SCDMA两个系统基本使用的配置1及TD-LTE带宽采用20MHz系统的场景下，本发明应用于TD-LTE切换过程中主同步过程的具体操作步骤如上所述。对接收信号和本地信号做8或16倍的降采样，即K＝8或K＝16，则基于上述仿真场景的判错概率的仿真评估结果与图4中所示采用16倍降采样的结果类似，此处不再具体描述。

主同步过程对比方法一：

在采用表1中目前B39频段的TD-LTE和TD-SCDMA两个系统基本使用的配置2及TD-LTE带宽采用20MHz系统的场景下，本发明应用于TD-LTE切换过程中主同步过程对比方法一的具体操作步骤为：

步骤1，本地信号处理：设LTE系统对应的快速傅里叶变换(FFT)对应的采样点数为L，则本地3个PSS序列经过逆快速傅里叶变换(IFFT)和K点的降采样后的信号可以表示为

d_j＝[d_1，j，d_2，jLd_N，j]

降采样点数K为LTE20MHz系统对应的FFT采样点数2048的约数，综合考虑算法的复杂度和精确性，取值K∈{8，16}，即进行8或16倍降采样，优选采用16倍的降采样；N表示d_j序列的长度；d_j(j∈{1，2，3})分别对应d_u(n)(u∈{25，29，34})经过IFFT和K点的降采样后的信号，并且存在L＝N×K。

步骤2，终端芯片在接收到服务小区发送的包含在RRC层连接重配消息中的切换信令后，根据服务小区给出的目标小区频点信息，从服务小区帧头开始，接收1.5ms时间周期内目标小区相应频点的信号。接收信号的采样点数据表示为

s_i＝[s₁，s₂，L，s_M]

M表示接收数据采样点的长度。设定初始最大相关系数C_max＝0。

步骤3，接收信号滑动窗降采样：滑动窗口长度设置为L，当前窗口起始点指示为l则接收窗口内经过降采样的信号表示为

$s_{i,l}^{\&PlusMinus;}=[s_{1+K\&times;l},s_{1+K\&times;(l+1)},L,s_{1+K\&times;(l+N-1)}]$

其中，运算符表示计算结果向下取整，序列长度为N。

步骤4，将本地经过处理的信号与接收窗口内经过降采样的信号之间做互相关运算，定义互相关系数为

${c^{\&prime;}}_{i,j,l}=\frac{d_j\&CenterDot;s_{i,l}^{\&PlusMinus;\&prime;}}{{\left|\right|s_{i,l}^{\&PlusMinus;\&prime;}\left|\right|}_2}$

其中运算符(·)′表示共轭转置，运算符||·||₂表示矢量的2-范数，α表示遗忘因子，为预先定义的常量。判断互相关系数c′_i，j，l(j∈{1，2，3})是否大于初始最大相关系数C_max，若C_max＜c′_i，j，l，令初始最大相关系数等于本次计算的互相关系数C_max＝c′_i，j，l，记录对应的同步PSS序列序号j_corr＝j和同步序列起始点位置l_corr＝l，同步序列起始点位置为接收窗口起始位置。

步骤5，滑动窗遍历：遍历滑动窗起始点指示l，判断窗口是否仍在接收信号区间内，若在接收区间内执行步骤4，l＝l+1；若不在接收区间内滑动窗遍历结束，当前的j_corr表示判决出来的PPS序列编号，而l_corr表示PSS的发送起始点位置；第i次接收主同步判决结束。

步骤6，同步判决累计：经过后续辅同步判断，若本次PPS判决正确，则丢弃第i次接收计算及存储的互相关系数c′_i，j，l，并执行步骤7；若本次PPS判决不正确，判断目标小区接收次数是否达到门限，若目标小区接收次数没有达到门限i＜I，则执行步骤2，若目标小区接收次数达到门限i＝I，则执行步骤7。

步骤7，主同步完毕：终端芯片本次主同步判决过程结束。

主同步过程对比方法一与本发明方法的区别是终端芯片在TD-LTE小区切换的主同步过程中，目标小区信号的接收是从服务小区帧头开始的，并且不区分切换前后不同频段对目标小区信号接收位置和周期的影响，并在计算相关系数时没有考虑前几次接收的影响。基于上述仿真场景，UE从B39频段的服务小区向B38频段的目标小区切换时，UE需要从服务小区帧头时间点开始至少缓存1.89ms的数据，才能收到B38频段目标小区的主同步信号(PSS)，所以主同步过程对比方法一在此场景下的主同步判错概率是100％。

在采用表1中目前B39频段的TD-LTE和TD-SCDMA两个系统基本使用的配置2及TD-LTE带宽采用20MHz系统的场景下，主同步过程对比方法一应用于TD-LTE切换过程的具体操作步骤如上所述。基于上述仿真场景，UE从B39频段的服务小区向B38频段的目标小区切换时，对接收信号和本地信号做8倍的降采样，即K＝8，主同步过程对比方法一在此场景下的主同步判错概率是100％，此处不再具体描述；在采用表1中目前B39频段的TD-LTE和TD-SCDMA两个系统基本使用的配置1及TD-LTE带宽采用20MHz系统的场景下，主同步过程对比方法一应用于TD-LTE切换过程的具体操作步骤如上所述。基于上述仿真场景，UE从B39频段的服务小区向B38频段的目标小区切换时，对接收信号和本地信号做8或16倍的降采样，即K＝8或K＝16，主同步过程对比方法一在此场景下的主同步判错概率是100％，此处不再具体描述。

主同步过程对比方法二：

在采用表1中目前B39频段的TD-LTE和TD-SCDMA两个系统基本使用的配置2及TD-LTE带宽采用20MHz系统的场景下，本发明应用于TD-LTE切换过程中主同步过程对比方法二的具体操作步骤为：

步骤1，本地信号处理：设LTE系统对应的快速傅里叶变换(FFT)对应的采样点数为L，则本地3个PSS序列经过逆快速傅里叶变换(IFFT)和K点的降采样后的信号可以表示为

d_j＝[d_1，j，d_2，jLd_N，j]

降采样点数K为LTE20MHz系统对应的FFT采样点数2048的约数，综合考虑算法的复杂度和精确性，取值K∈{8，16}，即进行8或16倍降采样，优选采用16倍的降采样；N表示d_j序列的长度；d_j(j∈{1，2，3})分别对应d_u(n)(u∈{25，29，34})经过IFFT和K点的降采样后的信号，并且存在L＝N×K。

步骤2，信号接收：终端芯片在接收到服务小区发送的包含在RRC层连接重配消息中的切换信令后，根据服务小区给出的目标小区频点信息，在服务小区的PPS前后接收一定时间段内的目标小区相应频点信号。设服务小区的PPS时间位置点为t_i，i表示接收次数，i∈(1，2，L，I)，最大接收次数I设置为4。则接收信号的时间接收区间可以表示为

[t_i-T₁，t_i+T₂]

其中T₁和T₂为固定值，表示在t_i-T₁时间点开始，在t_i+T₂时间点截止，即接收并储存T₁+T₂时间周期的数据。如表1所示，B39频段的TD-LTE小区与B38频段的TD-LTE小区与B39频段的TD-LTE小区最大同步偏移1.025ms，并且目前终端芯片的数据缓存周期长度为1.5ms，因此优选终端由于移动性从B39小区切换到B38小区时，T₁＝0.25ms，T₂＝1.25ms。而终端由于移动性从B38小区切换到B39小区时，T₁＝1.25ms，T₂＝0.25ms。接收的采样点数据表示为

s_i＝[s₁，s₂，L，s_M]

M表示接收数据采样点的长度，设定初始最大相关系数C_max＝0。

步骤3，接收信号滑动窗降采样：滑动窗口长度设置为L，当前窗口起始点指示为l则接收窗口内经过降采样的信号表示为

$s_{i,l}^{\&PlusMinus;}=[s_{1+K\&times;l},s_{1+K\&times;(l+1)},L,s_{1+K\&times;(l+N-1)}]$

其中，运算符表示计算结果向下取整，序列长度为N。

步骤4，将本地经过处理的信号与接收窗口内经过降采样的信号之间做互相关运算，定义互相关系数为

${c^{\&prime;}}_{i,j,l}=\frac{d_j\&CenterDot;s_{i,l}^{\&PlusMinus;\&prime;}}{{\left|\right|s_{i,l}^{\&PlusMinus;\&prime;}\left|\right|}_2}$

其中运算符(·)′表示共轭转置，运算符||·||₂表示矢量的2-范数，α表示遗忘因子，为预先定义的常量。判断互相关系数c′_i，j，l(j∈{1，2，3})是否大于初始最大相关系数C_max，若C_max＜c′_i，j，l，令初始最大相关系数等于本次计算的互相关系数C_max＝c′_i，j，l，记录对应的同步PSS序列序号j_corr＝j和同步序列起始点位置l_corr＝l，同步序列起始点位置为接收窗口起始位置。

步骤5，滑动窗遍历：遍历滑动窗起始点指示l，判断窗口是否仍在接收信号区间内，若在接收区间内执行步骤4，l＝l+1；若不在接收区间内滑动窗遍历结束，当前的j_corr表示判决出来的PPS序列编号，而l_corr表示PSS的发送起始点位置；第i次接收主同步判决结束。

步骤6，同步判决累计：经过后续辅同步判断，若本次PPS判决正确，则丢弃第i次接收计算及存储的互相关系数c′_i，j，l，并执行步骤7；若本次PPS判决不正确，判断目标小区接收次数是否达到门限，若目标小区接收次数没有达到门限i＜I，则执行步骤2，若目标小区接收次数达到门限i=I，则执行步骤7。

步骤7，主同步完毕：终端芯片本次主同步判决过程结束。

主同步过程对比方法二与本发明方法的区别是终端芯片在TD-LTE小区切换的主同步过程中，计算相关系数时不考虑前几次接收的影响，所以没有时域分集增益。UE从B39频段的服务小区向B38频段的目标小区切换时，对接收信号和本地信号做16倍的降采样，即K=16，则基于上述仿真场景的判错概率的仿真评估结果如图4中所示，从图4可以看出，在i=1时，因为对于第一次信号接收，本发明方法和主同步过程对比方法二的处理流程完全相同，所以误判概率相同，当i＞1时，因为本发明方法可以获得时间分集增益，所以误判概率低于主同步过程对比方法二。

在采用表1中目前B39频段的TD-LTE和TD-SCDMA两个系统基本使用的配置2及TD-LTE带宽采用20MHz系统的场景下，主同步过程对比方法二应用于TD-LTE切换过程的具体操作步骤如上所述。UE从B39频段的服务小区向B38频段的目标小区切换时，对接收信号和本地信号做8倍的降采样，即K＝8，则基于上述仿真场景的判错概率的仿真评估结果与图4中所示主同步过程对比方法二中做16倍降采样的结果类似，此处不再具体描述。类似地，在i=1时，因为对于第一次信号接收，本发明方法和主同步过程对比方法二的处理流程完全相同，所以误判概率相同，当i＞1时，因为本发明方法可以获得时间分集增益，所以误判概率仍低于主同步过程对比方法二。

在采用表1中目前B39频段的TD-LTE和TD-SCDMA两个系统基本使用的配置1及TD-LTE带宽采用20MHz系统的场景下，主同步过程对比方法二应用于TD-LTE切换过程的具体操作步骤如上所述。UE从B39频段的服务小区向B38频段的目标小区切换时，对接收信号和本地信号做8或16倍的降采样，即K＝8或K=16，则基于上述仿真场景的判错概率的仿真评估结果与图4中所示主同步过程对比方法二中做16倍降采样的结果类似，此处不再具体描述。类似地，在i=1时，因为对于第一次信号接收，本发明方法和主同步过程对比方法二的处理流程完全相同，所以误判概率相同，当i＞1时，因为本发明方法可以获得时间分集增益，所以误判概率仍低于主同步过程对比方法二。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。

Claims (7)

1.一种用于TD-LTE小区切换的快速下行主同步方法，其特征在于，包括以下主同步过程：

步骤1，本地信号处理，终端芯片对本地PSS信号进行处理；

步骤2，信号接收，终端芯片在服务小区PSS前后相应的时间周期内接收目标小区的信号，定义的接收区间的长度是根据TD-LTE的典型配置设定，能够保证终端在两个小区不同步时仍能切换成功；

步骤3，接收信号滑动窗降采样，通过滑动窗将接收的信号降采样；

步骤4，相关检测，计算经过滑动窗降采样后的信号与本地降采样处理后的信号之间的相关系数；

步骤5，滑动窗遍历，通过移动窗口遍历整个区间，寻找相关系数最大值对应的PSS序列序号和PSS序列起始点位置，认为相关系数最大值对应的窗口内有PSS发送，完成PSS同步判决；

步骤6，同步判决累计；

步骤7，主同步完毕，终端芯片本次主同步判决过程结束；

若本次同步判决发生错误，则继续在下一个接收区间内重复上述过程。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中，设LTE系统对应的快速傅里叶变换(FFT)对应的采样点数为L，则本地3个PSS序列经过逆快速傅里叶变换(IFFT)和K点的降采样后的信号可以表示为

d_j＝[d_1，j，d_2，jLd_N，j]

降采样点数K为LTE20MHz系统对应的FFT采样点数2048的约数，N表示d_j序列的长度；d_j(j∈{1，2，3})分别对应d_u(n)(u∈{25，29，34})经过IFFT和K点的降采样后的信号，并且存在L＝N×K。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2中，终端芯片在接收到服务小区发送的包含在RRC层连接重配消息中的切换信令后，根据服务小区给出的目标小区频点信息，在服务小区的PPS前后接收一定时间段内的目标小区相应频点信号；设服务小区的PPS时间位置点为t_i，i表示接收次数，i∈(1，2，L，I)，则接收信号的时间接收区间可以表示为

[t_i-T₁，t_i+T₂]

其中T₁和T₂为固定值，表示在t_i-T₁时间点开始，在t_i+T₂时间点截止，即接收并储存T₁+T₂时间周期的数据；接收的采样点数据表示为

s_i＝[s₁，s₂，L，s_M]

M表示接收数据采样点的长度，设定初始最大相关系数C_max＝0。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，滑动窗口长度设置为L，当前窗口起始点指示为l则接收窗口内经过降采样的信号表示为

$s_{i,l}^{\&PlusMinus;}=[s_{1+K\&times;l},s_{1+K\&times;(l+1)},L,s_{1+K\&times;(l+N-1)}]$

其中，运算符表示计算结果向下取整，序列长度为N。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤4中，将本地经过处理的信号与接收窗口内经过降采样的信号之间做互相关运算，定义互相关系数为

${c^{\&prime;}}_{i,j,l}=(1-\mathrm{\&alpha;})\underset{x=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{c^{\&prime;}}_{x,j,l}+\frac{\mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;d_j\&CenterDot;{s_{i,l}^{\&PlusMinus;}}^{\&prime;}}{{\left|\right|{s_{i,l}^{\&PlusMinus;}}^{\&prime;}\left|\right|}_2}$

其中运算符(·)′表示共轭转置，运算符||·||₂表示矢量的2-范数，α表示遗忘因子，为预先定义的常量，相关系数的定义综合考虑了本次计算的相关系数和先前计算的影响；判断互相关系数c′_i，j，l(j∈{1，2，3})是否大于初始最大相关系数G_max，若C_max＜c′_i，j，l，令初始最大相关系数等于本次计算的互相关系数C_max＝c′_i，j，l，记录对应的同步PSS序列序号j_corr＝j和同步序列起始点位置l_corr＝l，同步序列起始点位置为接收窗口起始位置。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤5中，遍历滑动窗起始点指示l，判断窗口是否仍在接收信号区间内，若在接收区间内执行步骤4，l＝l+1；若不在接收区间内滑动窗遍历结束，当前的j_corr表示判决出来的PPS序列编号，而l_corr表示PSS的发送起始点位置；第i次接收主同步判决结束。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤6中，经过后续辅同步判断，若本次PPS判决正确，则丢弃第i次接收计算及存储的互相关系数c′_i，j，l，并执行步骤7；若本次PPS判决不正确，判断目标小区接收次数是否达到门限，若目标小区接收次数没有达到门限i＜I，则执行步骤2，若目标小区接收次数达到门限i＝I，则执行步骤7。