CN104639229A - 一种快速获取td-lte系统中子帧配置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速获取TD-LTE系统中子帧配置的方法，根据不同类型子帧的TD-LTE信号中CRS的自相关特性，通过相关运算来判断每个子帧的类型，从而推断出系统的上下行子帧配置情况。本发明的方法无需判断所有子帧的上下行类型，只需找出特定的几个子帧做判断，即可判断出子帧配置信息，也不仅限于找出少量的特定几个子帧做上下行判断；无需判断一个子帧上所有位置的CRS，只需用特定的某一符号上的CRS做判断，对于一个子帧也不仅限于只用一个符号上的CRS做判断；不仅限于频域做相关，也可以在时域，同时判断门限不限于某个具体值。

Description

一种快速获取TD-LTE系统中子帧配置的方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，特别涉及一种快速获取TD-LTE系统中子帧配置的方法。

技术背景

在TD-LTE(TD-SCDMA Long Term Evolution，TD-SCDMA长期演进)系统中，信号的传输采用的是时分双工技术，将信号每一无线帧(10ms)分为10个不同类型的子帧，上行和下行数据在同一无线帧内不同的子帧上传输，除了特殊子帧，每个子帧只能固定传输上行或下行数据。每个无线帧采用的子帧配置取决于所在小区所选择的配置类型。

目前许多应用场景需要获得LTE系统的子帧配置来进行上下行信号的区分，如放大转发的中继、异常信号检测等。根据LTE协议规定，子帧配置的获取需要先后解出MIB(Master Information Block，主信息块)和若干个SIB(System Information Block，系统信息块)消息才能获取最终的子帧配置信息。对于上述几个需要得到子帧配置的场景，采用这种方法解出系统信息会大幅度提高系统复杂性，也没有必要这样实现。

发明内容

本发明提供一种快速获取TD-LTE系统中子帧配置的方法，检测设备根据不同类型子帧的TD-LTE信号中CRS(Common Reference Signal，公共参考信号)的自相关特性，通过相关运算来判断每个子帧的类型，从而推断出系统的上下行子帧配置情况。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种快速获取TD-LTE系统中子帧配置的方法，该方法的实现步骤如下：

1.用于检测TD-LTE系统中子帧配置的设备开机后搜索附近的LTE小区，并与TD-LTE系统的基站进行同步。

经过同步后，可以获得物理层小区标识信息可以正确找出每一帧、每一子帧、每一符号的位置。

2.检测设备接收基站发送的PBCH(Physical Broadcast Channel，物理广播信道)信息，得到小区基本信息，所述小区基本信息包括：发送天线配置信息、CP(Cyclic Prefix，循环前缀)长度、系统帧号、以及系统带宽。

根据同步结果和解出正确的系统带宽可以在正确的带宽和时间上获取并存储下行数据。根据检测出的小区基本信息可以正确计算出特定子帧特定符号的CRS值，并得到变换后的时域值。

3.检测设备根据小区基本信息和步骤1中的同步结果，计算得到本地CRS序列，并将获得的基站发送一个子帧中的CRS所在的OFDM符号的位置的时域数据转为频域数据。可以从小区基本信息中获得天线个数，对于单天线和双天线，CRS的OFDM符号为每个时隙的第一个和第五个OFDM符号。对于四天线，CRS的OFDM符号为每个时隙的第一个、第二个和第五个OFDM符号。

4.检测设备根据获得的基站发送的CRS所在的OFDM符号的频域数据，计算出CRS在频域中所处的位置，取出对应的CRS序列，并与设备自己计算出的CRS序列进行相关计算得到峰值或峰均比。

具体计算方法如下：

(1)根据步骤1、2解出的物理层小区标识信息和系统带宽信息，计算出CRS序列，见公式(1)所示。

$r_{l,n_s}\left(m\right)=\frac{1}{\sqrt{2}}(1-2\·c\left(2m\right))+j\frac{1}{\sqrt{2}}(1-2\·c(2m+1)),m=\mathrm{0,1},...,{2N}_{\mathrm{RB}}^{\max ,\mathrm{DL}}-1---\left(1\right)$

其中为下行带宽最大的RB(Resource Block，资源块)个数，n_s表示每一无线帧中的时隙号，l为一个时隙中OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)符号序号。c(i)为伪随机序列，通过公式(2)进行初始化。

$c_{\mathrm{init}}=2^{10}\·(7\·(n_s+1)+l+1)\·(2\·N_{\mathrm{ID}}^{\mathrm{cell}}+1)+2\·N_{\mathrm{ID}}^{\mathrm{cell}}+N_{\mathrm{CP}}---\left(2\right)$

其中，为当前小区的ID号，

(2)计算CRS的映射在频域的位置，然后将步骤(1)中计算出的CRS序列按照公式(3)所示的原则映射到时隙n_s的天线端口p的对应符号(每个子帧的第0、4、7、11个符号)频域上。

$a_{k,l}^{\left(p\right)}=r_{l,n_s}\left(m^{\′}\right)---\left(3\right)$

其中，

k＝6m+(v+v_shift)mod6

$m=\mathrm{0,1},...,2\·N_{\mathrm{RB}}^{\mathrm{DL}}-1$

$m^{\′}=m+N_{\mathrm{RB}}^{\max ,\mathrm{DL}}-N_{\mathrm{RB}}^{\mathrm{DL}}$

为一个时隙内OFDM符号的个数，变量v和v_shift定义了序列映射在频域上的不同位置，其取值分别为：

$v_{\mathrm{shift}}=N_{\mathrm{ID}}^{\mathrm{cell}}\mathrm{mod}6.$

(3)根据步骤(2)计算出的CRS符号在频域上的映射位置，按照与步骤(2)中同样的方法在接收到的包含有CRS的OFDM符号的频域中找出接收下来的CRS序列与计算出的本地CRS序列做循环相关运算，见公式(4)。

$R\left(\mathrm{\τ}\right)=\frac{1}{N}\underset{m=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{\tilde{r}}_{l,n_s}^{\′}\left(m\right){\tilde{r}}_{l,n_s}(m+\mathrm{\τ})---\left(4\right)$

其中，-N≤τ≤N，N为CRS序列的长度。是与循环延拓的后序列。

当带宽为20MHz时，N＝200，此时计算R(τ)的峰值R_max，则可得峰均比为：

$\frac{P_{\max }}{P_{\mathrm{avg}}}=\frac{R_{\max }}{\frac{1}{N}\underset{\mathrm{\τ}=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}R\left(\mathrm{\τ}\right)}---\left(5\right)$

5.根据步骤4的计算结果，选择采用的比较值，并设置比较门限，判断上下行子帧配置。若使用峰值作为比较值，则要以特定下行子帧5的CRS相关后峰值及位置作为制定门限的参考；若使用峰均比作为比较值，则可根据经验设置一个门限值做比较。根据特定子帧相关后求出的比较值与自定义门限值比较，比较值大于自定义门限值为下行子帧D，否则为上行子帧U。

步骤4中找出的特定子帧为子帧7、3、4、9时，具体判断步骤如下：

(1)根据门限值判断子帧7的子帧类型，若为D，则是10ms帧，继续步骤(2)；若为U，则为5ms帧，继续步骤(3)。

(2)若子帧7类型为D，判断子帧3和子帧4的类型，子帧3、4的类型共有三种情况UU、UD和DD，分别对应子帧配置3、4、5。

(3)若子帧7类型为U，判断子帧3和子帧4的类型，子帧3、4的类型UD和DD分别对应子帧配置1和子帧配置2；子帧3、4的类型UU对应子帧配置0或6，则继续步骤(4)。

(4)判断子帧9的类型，若子帧9类型为U，则子帧配置为0；若子帧9类型为D，则子帧配置为6。

优选地，通过多次循环步骤3、4、5的处理过程，消除突发情况的干扰，确定最终的小区上下行子帧配置信息。

本方法的优势在于：

(一)所述方法无需判断所有子帧的上下行类型，只需找出特定的几个子帧做判断，即可判断出子帧配置信息，也不仅限于找出少量的特定几个子帧做上下行判断。在各种实际场景的测试证明，本方法可以完全正确解出子帧配置信息。

(二)所述方法无需判断一个子帧上所有位置的CRS，只需用特定的某一符号上的CRS做判断，对于一个子帧也不仅限于只用一个符号上的CRS做判断。

(三)所述方法中不仅限于频域做相关，也可以在时域，同时判断门限不限于某个具体值。

附图说明

图1是本发明TD-LTE系统中的子帧配置类型图。

图2是本发明实施例中随机截取的现网TD-LTE的6ms数据时域图。

图3是本发明TD-LTE系统中通过相关快速获取子帧配置的流程示意图。

图4是常规循环前缀的CRS映射位置示意图。

图5是扩展循环前缀的CRS映射位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图更详细的描述本发明：实施案例在本发明的技术方案为前提下进行实施，下面给出了详细的实施方式和操作流程，但本发明保护范围不限于下述的实施例。

本发明的原理：

在TD-LTE中，信号在时域上以无线帧为单位，每个帧长度为10ms，平均分为10个1ms的子帧。在TDD系统中，上行信号(用户到基站)与下行信号(基站到用户)是时分的。然而在TD-LTE中，上下行分配以子帧为单位，子帧分为三种类型：上行子帧、下行子帧和特殊子帧。其中上行子帧所在的时间段内系统只传输上行信号，下行子帧所在的时间内系统只传输下行信号。TD-LTE还定义了一个特殊子帧，特殊子帧中有一段gap时间用来做下行与上行的切换，但特殊子帧位置固定，所以判断子帧配置时可忽略这个子帧。所有TD-LTE支持的子帧配置类型见附图1所示。

图2是随机截取的现网TD-LTE的6ms数据，占据了6个子帧，从图中可以看出，下行和上行数据有着明显不同的特性，我们可以利用上下行数据的特性来判断上下行子帧配置。由于基站在特定的下行时频资源上实时发送CRS信号，而CRS序列有很强的自相关特性，自相关后有很强的峰均比，其峰值较高且位置固定，因此可以利用下行子帧中传输的CRS信号的这些特性判断子帧类型。

实施例一： 

本实施例以使用峰均比作为比较值，子帧配置为1，即DSUUDDSUUD的5ms子帧配置结构为例来进行说明。具体流程如图3所示，实现步骤如下：

1.检测设备开机后搜索附近的LTE小区，与基站进行同步，获得物理层小区标识信息 

2.接收基站发送的PBCH信息，通过盲检测得到基站的发送天线配置信息、CP长度、系统帧号、以及系统带宽。

3.检测设备根据小区带宽信息和同步结果，获得基站发送的任意一无线帧的时域数据，经过FFT变换(Fast Fourier Transform，快速傅立叶变换)转为频域数据。

4.检测设备根据得到的频域数据，获取子帧7、3、4、9的数据信息，将基站发送的子帧中第一个符号的CRS序列与本地CRS序列进行相关运算。具体计算方法见公式(1)-(5)所示。图4和图5分别给出了常规CP和扩展CP的CRS映射位置示意图。

5.使用峰均比作为比较值，设置判决门限为6dB。将子帧7、3、4、9的峰均比与判决门限相比较，判断上下行子帧配置，具体步骤如下：

(1)判断子帧7的类型，峰均比小于判决门限，类型为5ms帧，排除3、4、5三种配置类型。

(2)判断子帧3、4的类型分别为U和D，至此，定出子帧配置的类型为1。

6.通过多次循环步骤3、4、5的处理过程，消除突发情况的干扰，确定最终的小区上下行子帧配置序号为1。

实施例二： 

本实施例以使用峰值作为比较值，子帧配置为1，即DSUUDDSUUD的5ms子帧配置结构为例来进行说明。具体流程如图3所示，实现步骤如下：

1.检测设备开机后搜索附近的LTE小区，与基站进行同步，获得物理层小区标识信息 

2.接收基站发送的PBCH信息，通过盲检测得到基站的发送天线配置信息、CP长度、系统帧号、以及系统带宽。

3.检测设备根据小区带宽信息和同步结果，获得基站发送的任意一无线帧的时域数据，经过FFT变换转为频域数据。

4.检测设备根据得到的频域数据，获取子帧5、7、3、4、9的数据信息，将基站发送的子帧的第一个符号的CRS序列与本地CRS序列进行相关运算。具体计算方法见公式(1)-(5)所示。图4和图5分别给出了常规CP和扩展CP的CRS映射位置示意图。

5.使用峰值作为比较值，若子帧5的相关峰值为R_max，则设置判决门限为0.5*R_max。将其余子帧7、3、4、9的相关峰值与判决门限相比较，判断上下行子帧配置，具体步骤如下：

(1)判断子帧7的类型，峰值小于判决门限，类型为5ms帧，排除3、4、5三种配置类型。

(2)判断子帧3、4的类型分别为U和D，至此，定出子帧配置的类型为1。

6.通过多次循环步骤3、4、5的处理过程，消除突发情况的干扰，确定最终的小区上下行子帧配置序号为1。

综上所述，本发明公开了一种快速获取TD-LTE系统中子帧配置的方法。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。显然，本领域的普通技术人员可以对本发明的示例进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和原则。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (9)

1.一种快速获取TD-LTE系统中子帧配置的方法，步骤如下：

1)用于检测TD-LTE系统中子帧配置的设备开机后搜索附近的LTE小区，并与TD-LTE系统的基站进行同步；

2)检测设备接收基站发送的PBCH信息，得到小区基本信息；

3)检测设备根据小区基本信息和步骤1)中的同步结果，计算得到本地CRS序列，并将获得的基站发送的一个子帧中的CRS所在的OFDM符号的位置的时域数据转为频域数据；

4)检测设备根据获得的基站发送的CRS所在的OFDM符号的频域数据，计算出CRS在频域中所处的位置，取出对应的CRS序列，与设备自己计算出的CRS序列进行相关计算得到峰值或峰均比；

5)根据步骤4)的计算结果，选择采用的比较值，并设置比较门限，判断上下行子帧配置。

2.如权利要求1所述的快速获取TD-LTE系统中子帧配置的方法，其特征在于，步骤1)中，经过同步后，获得物理层小区标识信息步骤2)中，所述小区基本信息包括：发送天线配置信息、CP长度、系统帧号、以及系统带宽。

3.如权利要求2所述的快速获取TD-LTE系统中子帧配置的方法，其特征在于，从小区基本信息中获得天线个数，对于单天线和双天线，CRS的OFDM符号为每个时隙的第一个和第五个OFDM符号；对于四天线，CRS的OFDM符号为每个时隙的第一个、第二个和第五个OFDM符号。

4.如权利要求2所述的快速获取TD-LTE系统中子帧配置的方法，其特征在于，步骤3)具体包括：

(i)根据步骤1)、2)解出的物理层小区标识信息和系统带宽信息，计算出CRS序列，见公式(1)所示，

$r_{l,n_s}\left(m\right)=\frac{1}{\sqrt{2}}(1-2\·c\left(2m\right))+j\frac{1}{\sqrt{2}}(1-2\·c(2m+1)),m=\mathrm{0,1},...,2N_{\mathrm{RB}}^{\max ,\mathrm{DL}}-1---\left(1\right)$

其中，为下行带宽最大的RB个数，n_s表示每一无线帧中的时隙号，l为一个时隙中OFDM符号序号，c(i)为伪随机序列，通过公式(2)进行初始化，

$c_{\mathrm{init}}=2^{10}\·(7\·(n_s+1)+l+1)\·(2\·N_{\mathrm{ID}}^{\mathrm{cell}}+1)+2\·N_{\mathrm{ID}}^{\mathrm{cell}}+N_{\mathrm{CP}}---\left(2\right)$

其中，为当前小区的ID号，

(ii)计算CRS的映射在频域的位置，然后将步骤(i)中计算出的CRS序列按照公式(3)所示的原则映射到时隙n_s的天线端口p的对应符号频域上，

$a_{k,l}^{\left(p\right)}=r_{l,n_s}\left(m^{\′}\right)---\left(3\right)$

其中，

k＝6m+(v+v_shift)mod6

$m=\mathrm{0,1},...,2\·N_{\mathrm{RB}}^{\mathrm{DL}}-1$

$m^{\′}=m+N_{\mathrm{RB}}^{\max ,\mathrm{DL}}-N_{\mathrm{RB}}^{\mathrm{DL}}$

为一个时隙内OFDM符号的个数，变量v和v_shift定义了序列映射在频域上的不同位置，其取值分别为：

$v_{\mathrm{shift}}=N_{\mathrm{ID}}^{\mathrm{cell}}\mathrm{mod}6.$

5.如权利要求4所述的快速获取TD-LTE系统中子帧配置的方法，其特征在于，天线端口p的对应符号为每个子帧的第0、4、7、11个符号。

6.如权利要求4所述的快速获取TD-LTE系统中子帧配置的方法，其特征在于，步骤4)中，根据步骤(ii)计算出的CRS符号在频域上的映射位置，按照与步骤(ii)中同样的方法在接收到的包含有CRS的OFDM符号的频域中找出接收下来的CRS序列与计算出的本地CRS序列做循环相关运算，见公式(4)，

$R\left(\mathrm{\τ}\right)=\frac{1}{N}\underset{m=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{\tilde{r}}_{l,n_s}^{\′}\left(m\right){\tilde{r}}_{l,n_s}(m+\mathrm{\τ})---\left(4\right)$

其中，-N≤τ≤N，N为CRS序列的长度。是与循环延拓的后序列，

当带宽为20MHz时，N＝200，此时计算R(τ)的峰值R_max，则可得峰均比为：

$\frac{P_{\max }}{P_{\mathrm{avg}}}=\frac{R_{\max }}{\frac{1}{N}\underset{\mathrm{\τ}=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}R\left(\mathrm{\τ}\right)}---\left(5\right).$

7.如权利要求1所述的快速获取TD-LTE系统中子帧配置的方法，其特征在于，步骤5)中，根据特定子帧相关后求出的比较值与自定义门限值比较，比较值大于自定义门限值为下行子帧D，否则为上行子帧U。

8.如权利要求7所述的快速获取TD-LTE系统中子帧配置的方法，其特征在于，步骤4)中找出的特定子帧为子帧7、3、4、9时，具体判断步骤如下：

①根据门限值判断子帧7的子帧类型，若为D，则是10ms帧，继续步骤②；若为U，则为5ms帧，继续步骤③；

②若子帧7类型为D，判断子帧3和子帧4的类型，子帧3、4的类型共有三种情况UU、UD和DD，分别对应子帧配置3、4、5；

③若子帧7类型为U，判断子帧3和子帧4的类型，子帧3、4的类型UD和DD分别对应子帧配置1和子帧配置2；子帧3、4的类型UU对应子帧配置0或6，则继续步骤④；

④判断子帧9的类型，若子帧9类型为U，则子帧配置为0；若子帧9类型为D，则子帧配置为6。

9.如权利要求1所述的快速获取TD-LTE系统中子帧配置的方法，其特征在于，还包括：多次循环步骤3)、4)、5)的处理过程，消除突发情况的干扰，确定最终的小区上下行子帧配置信息。