CN104540156A - 一种适用于lte系统的同频小区检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无线通信技术领域，具体是一种适用于LTE系统的同频小区检测方法。当两个小区使用相同的主同步信号和不同的辅同步信号时，本发明方法同时检测出两个小区的小区标识组号。该方法首先接收两帧数据，利用普通的小区检测法先检测出强信号小区的主同步和辅同步信号；在此基础上通过建立并求解方程组，获得强信号小区信道参数的估计；接着利用信道估计值对强小区信号进行重构，然后通过干扰抵消获得弱信号小区的接收信号；对消除干扰后的信号进行相关检测，最终获得弱信号小区的小区标识组号。本发明可以极大提高弱信号小区的检测成功率。

Description

一种适用于LTE系统的同频小区检测方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种适用于LTE系统的同频小区标识组号的检测方法。

背景技术

LTE（Long Term Evolution）是3GPP（3rd Generation Partnership Project）制定的新一代移动通信标准。在LTE系统中，移动台利用小区基站发送的主同步信号（primary synchronization signal, PSS）和辅同步信号（secondary synchronization signal, SSS）来完成小区检测。具体而言，移动台利用PSS检测小区标识组内编号（也即                                                ），并进行符号定时；利用SSS检测小区标识组号（也即 ），并进行10ms帧定时。

普通的小区检测法主要是利用PSS和SSS良好的相关特性，通过相关运算来完成检测，具体包含以下步骤：

（1）把接收到的时域信号与标准的PSS进行相关，寻找相关峰，确定子帧边界，并通过最大的相关值确定发送的PSS和相应的；

（2）根据“3rd Generation Partnership Project（3GPP）Technical Specification Group Radio Accessnetwork; Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA); Physical channels and modulation, Release 8, 3GPP TS 36.211 V8.5.0.2008”（以下简称3GPP-LTE）协议，由可以生成SSS中的两个加扰序列和；

（3）用对接收SSS信号的偶数序列进行解扰，把解扰后的序列和3GPP-LTE协议中定义的进行循环移位相关，根据最大相关值确定（或）；

（4）根据上一步得到的值生成，用对接收SSS信号的奇数序列进行解扰，把解扰后的序列和进行循环移位相关，根据最大相关值确定（或 ）；

（5）比较和，从而确定 ，随即获得小区的SSS和。

然而，由于频谱资源的限制和LTE高带宽的要求，LTE同频组网已成为趋势。尽管同频组网可以大大提高频谱资源利用率，但同频干扰会严重影响小区的检测性能，特别是弱信号小区的检测性能。在同频干扰下，普通的小区检测法对强信号小区检测有效，但对于弱信号小区检测无效。此时，采用干扰抵消的方法可以对弱信号小区进行检测。但是，当两个小区采用相同的PSS时，现有的干扰抵消方法无法区分两个小区的信道，从而导致重建强信号小区SSS信号的失败，并最终导致弱信号小区检测的失败。因此，在有同频干扰的情况下，需要更有效的方法来对同频小区，特别是弱信号小区进行检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效的适用于LTE系统的同频小区检测方法，其应用场景为两个小区使用相同的PSS和不同的SSS。

本发明提出的适用于LTE系统的同频小区检测方法，其针对两个小区使用相同的PSS和不同的SSS的情形，通过求解方程组、干扰抵消、相关检测等步骤完成对两个小区 的检测。具体步骤为：

步骤1： 接收两帧数据，采用普通的小区检测法检测出PSS、强信号小区的SSS和  ；

步骤2： 利用第1帧的子帧0和第2帧的子帧0中接收到的PSS和SSS频域信号，建立非线性方程组，通过求解方程组，获得两个子帧0中强信号小区PSS/SSS子载波上信道CFR的估计值；

步骤3：通过干扰抵消的方法来去除强信号小区对弱信号小区的同频干扰。具体的，利用强信号小区的信道估计值  和强信号小区的SSS重构强信号小区在两个子帧0中的SSS接收信号，并分别从原始接收信号中减去重构信号，也即：

步骤4： 采用普通的小区检测法对步骤3得到的两个信号  分别进行SSS检测，得到弱信号小区  的两个可能值；

步骤5： 利用第1帧的子帧5和第2帧的子帧5中接收到的PSS和SSS信号，采用步骤2到步骤4进行处理，同样可以获得弱信号小区  的两个可能值；

步骤6： 对的4个可能值进行统计，将出现次数最多的作为  的最终检测结果。若4个都不一样，则随机挑选一个。

本发明中，所述建立方程组的过程具体如下：

根据3GPP-LTE协议的规定，在下行无线数据帧结构中，一个10ms的帧被分为10个子帧，在子帧0和子帧5中发送PSS和SSS，其中子帧0和子帧5的PSS相同，子帧0和子帧5的SSS不同。PSS和SSS长度都为62，被分配在62个中心子载波上。考虑强信号小区和弱信号小区采用相同PSS信号和不同SSS信号的场景，连续接收两帧，则频域上接收到的子帧0中PSS和SSS信号的第k个值可以分别表示为：

           (I)

其中，分别表示第1帧和第2帧，, 表示发送的PSS信号的第k个值， 为强信号小区发送的SSS信号的第k个值， 为弱信号小区发送的SSS信号的第k个值, 和  分别表示在第帧第0子帧发送PSS的时隙内  所对应的子载波上强信号小区和弱信号小区的CFR, 和  分别表示在第帧第0子帧发送SSS的时隙内  和  所对应的子载波上强信号小区和弱信号小区的CFR。因为，，所以一共有( 个方程。

假定  和  已知（通过步骤1获得），则式(I)的方程中包含2个未知数，即  和 ，式(II)的方程中包含3个未知数：、 和。因为，，所以一共有个未知数。此时未知数个数少于方程个数，这样的欠定方程组没有唯一解。为了获得唯一解，需要降低未知数的个数或者增加方程的个数。

根据3GPP-LTE协议的规定，PSS和SSS是在相邻的两个时隙发送，因此可以认为信道在这两个时隙内基本不变，也即有，。由此，方程组(I)可重写为

            (II)

由此，未知数的个数降低为个。

根据3GPP-LTE协议，PSS和SSS是被分配在连续的62个子载波上。利用相邻子载波上信道响应的相似性，可以认为，，。由此，可将未知数的个数降低为个。

但与此同时，由于

与

线性相关，因此方程的个数也将减少31个,变为个。最终建立的方程组如下式所示:

           (III)

其中。此时方程组与未知数个数相等，方程组可解。

采用牛顿迭代或其它数值方法求解方程组(III)，可以得到强信号小区信道CFR的估计值，也即。

本发明可以极大提高同频干扰情况下弱信号小区的检测成功率。即使是在弱信号小区功率非常小的情况下（例如只有强信号小区功率的1/10时），本发明的检测成功率也能达到90%以上，远高于普通检测法的检测成功率。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为信噪比(SNR)固定为20dB，弱信号小区与强信号小区功率比为-12dB ~ 0dB情况下，本发明以及普通小区检测法的小区检测成功概率。

图3为弱信号小区与强信号小区功率比固定为-10dB的情况下，本发明以及普通小区检测法在不同信噪比下的小区检测成功概率。

具体实施方式

考虑一个两小区的LTE系统，两个小区使用相同的PSS和不同的SSS。两个小区基站同时发送信号，不同小区的信号经历不同的多径衰落信道后同时到达用户接收机。

接收两帧信号，用普通的小区检测法检测出强信号小区的PSS和SSS，并由此确定强信号小区的。

提取第1帧的子帧0和第2帧的子帧0中接收到的PSS和SSS频域信号，建立式（III）所示的非线性方程组。用数值方法求解方程组，获得两个子帧0中强信号小区的信道估计。

利用强信号小区的SSS和第1个子帧0中的信道估计重构第1个子帧0中强信号小区的接收SSS信号，从第1个子帧0的原始接收信号中减去该重构信号，获得第1个子帧0中弱信号小区的接收SSS信号。利用普通的小区检测法对该信号进行SSS检测，获得弱信号小区  的一个可能值。

对于第2个子帧0，采用上述相同的步骤（也即重构、减去重构信号、相关检测），可以获得弱信号小区  的第2个可能值。

提取第1帧的子帧5和第2帧的子帧5中接收到的PSS和SSS频域信号，建立式（III）所示的非线性方程组。求解方程组后，可获得两个子帧5中强信号小区的信道估计。对于子帧5，采用和子帧0类似的方法，可以获得弱信号小区  的第3个和第4个可能值。

对的4个可能值进行统计，将出现次数最多的作为的最终检测结果。若4个都不一样，则随机挑选一个。

实验1：本实验仿真在不同小区功率比的情况下，两个同频小区检测的成功概率。仿真比较了本发明方法和普通的小区检测法，结果如图2所示，其中横坐标为终端接收到的弱信号小区的信号功率和强信号小区的信号功率的比值（单位dB），信噪比（SNR）为20dB。图2表明，当终端接收到的弱信号小区与强信号小区的信号功率比值很低时，例如为-10dB时，采用普通的小区检测法对弱信号小区进行检测的成功率只有30%，但本发明方法的检测成功率则可大于90%。

实验2：本实验仿真在不同的信噪比情况下，两个同频小区检测的成功概率。仿真比较了本发明方法和普通的小区检测法，结果如图3所示，其中弱信号小区和强信号小区的信号功率比值为-10dB。图3表明，本发明方法的检测成功率远高于普通的小区检测法，特别是在中高信噪比的情况下。

Claims (2)

1.一种适用于LTE系统的同频小区检测方法，应用场景为两个小区使用相同的主同步信号（PSS）和不同的辅同步信号（SSS），同时检测出强信号小区和弱信号小区的小区标识组号（                                                ），其特征在于具体步骤如下：

步骤1： 接收两帧数据，采用普通的小区检测法检测出PSS、强信号小区的SSS和  ；

步骤2： 利用第1帧的子帧0和第2帧的子帧0中接收到的PSS和SSS频域信号，建立非线性方程组，通过求解方程组，获得两个子帧0中强信号小区PSS/SSS子载波上信道频域响应（CFR）的估计值；

步骤3： 利用强信号小区的CFR估计值和强信号小区的SSS重构强信号小区在两个子帧0中的SSS接收信号，并分别从原始接收信号中减去重构信号；

步骤4： 采用普通的小区检测法对步骤3得到的两个信号  分别进行SSS检测，得到弱信号小区  的两个可能值；

步骤5： 利用第1帧的子帧5和第2帧的子帧5中接收到的PSS和SSS信号，采用步骤2到步骤4进行处理，同样获得弱信号小区  的两个可能值；

步骤6： 对的4个可能值进行统计，将出现次数最多的作为  的最终检测结果；若4个都不一样，则随机挑选一个。

2.根据权利要求1所述的适用于LTE系统的同频小区检测方法，其特征在于步骤2中所述建立非线性方程组的过程如下：

根据3GPP-LTE协议的规定，在下行无线数据帧结构中，一个10ms的帧被分为10个子帧，在子帧0和子帧5中发送PSS和SSS，其中子帧0和子帧5的PSS相同，子帧0和子帧5的SSS不同；PSS和SSS长度都为62，被分配在62个中心子载波上；考虑强信号小区和弱信号小区采用相同PSS信号和不同SSS信号的场景，连续接收两帧，则频域上接收到的子帧0中PSS和SSS信号的第k个值分别表示为：

                 (I)

其中，分别表示第1帧和第2帧，, 表示发送的PSS信号的第k个值, 为强信号小区发送的SSS信号的第k个值, 为弱信号小区发送的SSS信号的第k个值, 和  分别表示在第帧第0子帧发送PSS的时隙内  所对应的子载波上强信号小区和弱信号小区的CFR, 和  分别表示在第帧第0子帧发送SSS的时隙内  和  所对应的子载波上强信号小区和弱信号小区的CFR；因为，，所以一共有( 个方程；

由步骤1，已知  和 ，则式(I)的方程中包含2个未知数，即  和 ，式(II)的方程中包含3个未知数：、 和；因为，，所以一共有个未知数，此时未知数个数少于方程个数，这样的欠定方程组没有唯一解；为了获得唯一解，需要降低未知数的个数或者增加方程的个数；

根据3GPP-LTE协议的规定，PSS和SSS是在相邻的两个时隙发送，因此可以认为信道在这两个时隙内基本不变，也即有，；由此，方程组(I)可重写为：

            (II)

由此，未知数的个数降低为个；

根据3GPP-LTE协议，PSS和SSS是被分配在连续的62个子载波上，利用相邻子载波上信道响应的相似性，可以认为，，；由此，将未知数的个数降低为个；

与此同时，由于

与

线性相关，因此方程的个数也将减少31个,变为个；最终建立的方程组如下式所示:

           (III)

其中；此时方程组与未知数个数相等，方程组可解；

采用牛顿迭代或其它数值方法求解方程组(III)，可以得到强信号小区信道CFR的估计值，也即。