CN104753641B - 一种lte系统pbch信道的快速解析方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种LTE系统PBCH信道的快速解析方法和系统，该系统包括：数据提取单元、子帧#0解调单元、天线端口数检测单元、TTI周期内PBCH序号检测单元和PBCH解码单元。数据提取单元，用于同步提取一个无线帧中的子帧#0数据；子帧#0解调单元，用于提取PBCH信道数据；天线端口数检测单元，用于检测当前基站系统配置的天线端口数；TTI周期内PBCH序号检测单元，用于检测待译码PBCH信道在一个TTI周期内的序号；PBCH解码单元，根据检测的天线端口数和PBCH序号，直接解码小区公共信息。本发明减少了PBCH信道解析流程中由于天线端口数和PBCH序号的不确定性带来的盲检流程，缩短了UE获取小区公共信息的时间，节省了资源，降低了系统实现复杂度。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，特别涉及一种LTE系统PBCH广播信道的快速解析方法和系统。
背景技术
长期演进系统(LTE,Long Term Evolution)4G移动通信系统中，将小区公共信息等编码调制后，在物理广播信道(PBCH,Physical Broadcasting Channel)上以40ms为周期循环发送，用户终端(UE,User Equipment)接入小区必须通过解析PBCH信道的主信息块(MIB,Master Information Block)获取小区公共信息和系统帧号(SFN,System FrameNumber)。
TDD和FDD LTE无线帧长均为10ms，周期为40ms PBCH在连续的4个无线帧中发送。由于PBCH具有自解码性，一个无线帧中包含有完整的信息。信息编码发送时，经过速率匹配生成的1920(常规CP)或1728(扩展CP)比特，被统一加扰后划分为4段(序号0、1、2、3)调制发送。同时，每一段的序号也表示了SFN的低2位信息。
另外，LTE系统中PBCH支持通过单天线端口、两天线端口及四天线端口进行发射。编码时根据天线端口数，选取掩码对CRC生成比特加扰。
综上所述，UE解析PBCH信道时，由于只能通过CRC校验来判定信息的正误，传统方法通过穷举解码实现(最大12次，4次PBCH序号遍历*3次CRC掩码穷举)。解码流程包括：解扰、解速率匹配、解交织、viterbi译码和CRC校验)，传统方法效率低，耗时长。
专利文献CN 104363037A提出一种LTE系统天线端口数的快速检测系统及方法，利用接收数据中的参考信号的相关性来检测天线端口数，减少了天线端口数带来的盲检，但算法归一化相关门限为固定值，并不适用各种信道环境，影响检测准确率。另外，由于PBCH映射到时频资源上时，均以4天线端口模板进行映射，未使用资源则保留，减少天线端口盲检仅改进了解码流程中的最后一步CRC校验。专利文献CN102904668A提出一种用于LTE的快速PBCH解码方法，通过改进解码流程获得PBCH解码复杂度和资源的降低，该方法与传统方法相同，仍需要盲检。专利文献CN102076018A提出了一种检测物理广播信道方法及装置，起连续检测4个无线帧的方法实现对PBCH序号的检测，该方法与传统方法类似，仍是盲检，且使用资源较多。专利文献CN102271023A长期演进LTE系统的系统帧号检测方法及装置提出了将一个TTI周期的扰码序列分为4段，再分别解码取其CRC校验成功一组作为结果，该方法从扰码序列划分的角度进行盲检，复杂度仍未降低。针对LTE系统而言的新需求是：UE在接入LTE系统时，能够快速解析PBCH，准确的获取小区公共信息和系统帧号等，降低UE功耗。然而，目前并未有针对这一新需求的有效解决方案。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提出一种LTE系统PBCH信道的快速解析方法和系统，减少PBCH信道解析流程中由于天线端口数和PBCH序号的不确定性带来的盲检流程，缩短UE获取小区公共信息的时间，节省资源，降低系统实现复杂度。
本发明的核心思想是：提取一个无线帧子帧#0中辅同步信号(SSS)计算信噪比，据此动态调整天线端口检测的归一化相关门限；加扰伪随机序列具有自相关性强，而互相关性弱的特点，以此为切入点，直接检测当前子帧#0中PBCH的序号，从而无需盲检即可完成LTE系统PBCH信道的快速解析。
本发明提出的LTE系统PBCH信道的快速解析系统包括：数据提取单元、子帧#0解调单元、天线端口数检测单元、TTI周期内PBCH序号检测单元和PBCH解码单元。其中，
数据提取单元，用于同步并提取一个无线帧中的包含PBCH信道的子帧#0数据，发送到子帧#0解调单元。
子帧#0解调单元，解调子帧#0数据(包括OFDM解调等)，并根据资源映射提取PBCH信道数据，发送到天线端口数检测单元。
天线端口数检测单元，用于检测当前基站配置的天线端口数，将检测结果和PBCH信道数据发送到TTI周期内PBCH序号检测单元。
TTI周期内PBCH序号检测单元，用于检测当前无线帧所包含PBCH信道在一个TTI周期内的序号，也即系统帧号SFN的低2位，将检测结果发送到PBCH解码单元。
PBCH解码单元，根据检测的PBCH信道和天线端口数，直接解码PBCH信道，提取小区公共信息。
具体地，所述的天线端口数检测单元是根据LTE辅同步信号(SSS)数据映射位置，提取同步信号数据和预留子载波位置上的数据，计算子帧#0接收信噪比SNR。据此SNR调整预设归一化相关门限σ预设门限为σ调整门限。
所述的TTI周期内PBCH序号检测单元，包括将解调后的数据送入检测单元，检测单元根据本地产生的加扰序列检测出当前PBCH在一个TTI周期内的序号。
本发明进一步提出LTE系统PBCH信道的快速解析方法，包括以下步骤：
(1)数据提取，同步并提取一个无线帧中的包含PBCH信道的子帧#0数据；
(2)子帧#0解调，解调子帧#0数据(包括OFDM解调等)，并根据资源映射提取PBCH信道数据；
(3)天线端口数检测，检测当前基站配置的天线端口数；
(4)TTI周期内PBCH序号检测，检测当前无线帧所包含PBCH信道在一个TTI周期内的序号，也即系统帧号SFN的低2位；
(5)PBCH解码，根据检测的PBCH信道和天线端口数，直接解码PBCH信道，提取小区公共信息。
具体地，步骤(3)天线端口数检测是根据LTE辅同步信号(SSS)数据映射位置，提取同步信号数据和预留子载波位置上的数据，计算子帧#0接收信噪比SNR，据此SNR调整预设归一化相关门限σ预设门限为σ调整门限；检测步骤包括：
A、以天线端口数为4的参考信号数据映射位置为模板，提取子帧#0中天线端口2和3所对应的参考信号数据，计算二者的归一化相关系数，并与σ调整门限比较。若大于σ调整门限，则检测出天线端口数为4；否则转入B
B、以天线端口数为2的参考信号数据映射位置为模板，提取子帧#0中天线端口0和1所对应的参考信号数据，计算二者的归一化相关系数，并与σ调整门限比较。若大于σ调整门限，则检测出天线端口数为2；否则检测出天线端口数为1。
步骤(4)TTI周期内PBCH序号检测包括将解调后的数据送入检测单元，检测单元根据本地产生的加扰序列检测出当前PBCH在一个TTI周期内的序号；检测步骤包括：
A、将解调数据重复为4段；
B、扰码生成器产生相应解调数据加扰的扰码序列；
C、对重复的4段解调数据加扰；
D、将每段数据划分为4组，计算第一组和第二组、第三组和第四组的归一化相关系数，并求取平均值归一化相关系数；
E、比较出4组归一化相关系数的最大值，其对应的序号即为所检测出的PBCH序号。
步骤(5)PBCH解码的检测步骤包括：
A、根据检测的PBCH序号，提取扰码生成器产生的对应加扰段扰码，对数据解扰；
B、速率匹配、解交织和viterbi译码解码PBCH信息；
C、根据检测的天线端口数，选取CRC校验掩码组，校验解码信息；
D、根据MIB信息格式，提取小区公共信息。
本发明的优点效果
1、本发明提供了一种简单、快速、准确的PBCH信道解析方法及系统。
2、本发明利用接收的参考信号序列的信噪比，动态的调整天线端口检测算法的门限，能大大提高各种场景下天线端口检测算法的正确性，其有益效果是显而易见的
3、本发明利用加扰序列自相关性提供的PBCH序号检测算法，无需盲检即可正确解码PBCH信道，特别有利用实时性和低功耗场景中的应用，其有益效果是显而易见的。
附图说明
图1是本发明方法的流程框图；
图2本发明方法的天线端口检测方案流程图；
图3本发明方法的PBCH序号检测方案流程图；
图4本发明系统的PBCH信道解析实例方案示意图。
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明白，下面结合附图对技术的实施作进一步的详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1，本发明提出的LTE系统PBCH信道的快速解析系统包括：数据提取单元、子帧#0解调单元、天线端口数检测单元、TTI周期内PBCH序号检测单元和PBCH解码单元。其中，
数据提取单元，用于同步并提取一个无线帧中的包含PBCH信道的子帧#0数据，发送到子帧#0解调单元。
子帧#0解调单元，解调子帧#0数据(包括OFDM解调等)，并根据资源映射提取PBCH信道数据，发送到天线端口数检测单元。
天线端口数检测单元，用于检测当前基站配置的天线端口数，将检测结果和PBCH信道数据发送到TTI周期内PBCH序号检测单元。
TTI周期内PBCH序号检测单元，用于检测当前无线帧所包含PBCH信道在一个TTI周期内的序号，也即系统帧号SFN的低2位，将检测结果发送到PBCH解码单元。
PBCH解码单元，根据检测的PBCH信道和天线端口数，直接解码PBCH信道，提取小区公共信息。
参见图2，天线端口检测的实施步骤如下：
步骤S101：根据LTE辅同步信号(SSS)在子帧中的数据映射位置，提取SSS信号数据和预留子载波映射位置上的数据。
步骤S102：根据SSS信号数据和预留子载波映射位置上的数据，计算当前子帧的信噪比SNR。
步骤S103：根据SNR与预设SNR的生成影响因子，调整预设的归一化相关系数门限σ预设门限为σ调整门限。
步骤S104：根据小区ID和CP类型，确定4个天线端口时，参考信号所对应的数据映射位置，据此提取天线端口2和3的参考信号序列r2和r3。将二者作相关运算，即
若cor23＞threshold，则检测出天线端口数为4；否则转S105
步骤S105：根据小区ID和CP类型，确定4个天线端口时，参考信号所对应的数据映射位置，据此提取天线端口0和1的参考信号序列r0和r1。将二者作相关运算，即
若cor01＞threshold，则检测出天线端口数为2；否则检测出天线端口数为1。
参见图3，对于PBCH序号的检测方法，以常规CP为例，具体实施步骤如下：
步骤S201、将解调后的480个数据重复为4段si(i＝0,1,2,3)共1920个数据，记为：S。
步骤S202、将当前CellID送入扰码发生器，产生1920比特序列，记作：R。
步骤S203、利用扰码序列R对S序列加扰，即此时si更新为s'i。
步骤S204、每个s'i划分为4组，记作：s'i,j。分别计算s'i,0与s'i,1、s'i,2与s'i,3的归一化相关系数，并求取平均值，获取4组归一化相关系数Cori(i＝0,1,2,3)。
步骤S205、比较归一化相关系数Cori(i＝0,1,2,3)，获取最大值所对应的下标i，即为所检测到的PBCH序号。
这里需要指出的是，根据伪随机序列的性质，只有使用加扰时的随机序列对解调后的数据进行解扰时，才能恢复原始数据信息。为了便于说明，这里假设当前PBCH序号为2，经过R加扰后，只有s2被正确解扰。另外，PBCH信道编码时，经过速率匹配获得的1920比特数据是以120比特为周期重复；故解调获得480个数据所携带的480比特信息也是以120比特为周期重复。将s'i分为4组计算归一化相关系数，则存在Cor2值最大，也即检测出PBCH序号为2。
以下结合附图4，对本发明的LTE系统PBCH快速解析方法进行具体举例。
步骤S301、提取一个无线帧10ms子帧#01ms数据，数据量为30720个(以20M带宽为例)。
步骤S302、对子帧#0的数据去CP，解OFDM获得2048*14组数据。
步骤S303、检测此组数据对应系统的天线端口数nAnt，具体检测流程即附图2。
步骤S304、根据天线端口数进行信道估计，对数据流进行解调。
步骤S305、检测此无线帧的PBCH序号，具体检测流程即附图3。
步骤S306、将扰码生成器产生的扰码序列分为4组，取PBCH序号对应扰码组进行解扰，获得480bit数据。
步骤S307、将解扰后的数据经过速率匹配、解交织、viterbi译码，获得40bit信息。
步骤S308、根据所检测的天线端口数nAnt，选取CRC掩码进行校验，获得24bit信息。
步骤S309、根据MIB格式，提取对应的小区公共信息。
综上所述，采用本发明的LTE系统PBCH信道快速解析方法，能够解决LTE系统中UE由于系统天线端口配置信息和当前PBCH序号所带来的盲检问题。本发明的检测方法简单，运算量小，利用伪随机序列的性质来检测，准确度高。同时，本发明的检测方法可以用于FDD和TDD两种系统。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种LTE系统PBCH信道的快速解析系统，其特征在于：
所述系统包括：数据提取单元、子帧#0解调单元、天线端口数检测单元、TTI周期内PBCH序号检测单元和PBCH解码单元，其中，
数据提取单元，用于同步并提取一个无线帧中的包含PBCH信道的子帧#0数据，发送到子帧#0解调单元；
子帧#0解调单元，解调子帧#0数据，并根据资源映射提取PBCH信道数据，发送到天线端口数检测单元；
天线端口数检测单元，用于检测当前基站配置的天线端口数，将检测结果和PBCH信道数据发送到TTI周期内PBCH序号检测单元；
TTI周期内PBCH序号检测单元，用于检测当前无线帧所包含PBCH信道在一个TTI周期内的序号，也即系统帧号SFN的低2位，将检测结果发送到PBCH解码单元；
PBCH解码单元，根据检测的PBCH信道和天线端口数，直接解码PBCH信道，提取小区公共信息；
天线端口数检测单元是根据LTE辅同步信号(SSS)数据映射位置，提取同步信号数据和预留子载波位置上的数据，计算子帧#0接收信噪比SNR，据此SNR调整预设归一化相关门限σ预设门限为σ调整门限；
天线端口数检测单元的检测步骤包括：
A、以天线端口数为4的参考信号数据映射位置为模板，提取子帧#0中天线端口2和3所对应的参考信号数据，计算二者的归一化相关系数，并与σ调整门限比较； 若大于σ调整门限，则检测出天线端口数为4；否则转入B；
B、以天线端口数为2的参考信号数据映射位置为模板，提取子帧#0中天线端口0和1所对应的参考信号数据，计算二者的归一化相关系数，并与σ调整门限比较，若大于σ调整门限，则检测出天线端口数为2；否则检测出天线端口数为1；
TTI周期内PBCH序号检测单元包括将解调后的数据送入检测单元，检测单元根据本地产生的加扰序列检测出当前PBCH在一个TTI周期内的序号；
TTI周期内PBCH序号检测单元的检测步骤包括：
A、将解调数据重复为4段；
B、扰码生成器产生相应解调数据加扰的扰码序列；
C、对重复的4段解调数据加扰；
D、将每段数据划分为4组，计算第一组和第二组、第三组和第四组的归一化相关系数，并求取平均值归一化相关系数；
E、比较出4组归一化相关系数的最大值，其对应的序号即为所检测出的PBCH序号。
2.根据权利要求1所述的LTE系统PBCH信道的快速解析系统，其特征在于，PBCH解码单元检测单元的检测步骤包括：
A、根据检测的PBCH序号，提取扰码生成器产生的对应加扰段扰码，对数据解扰；
B、速率匹配、解交织和viterbi译码解码PBCH信息；
C、根据检测的天线端口数，选取CRC校验掩码组，校验解码信息；
D、根据MIB信息格式，提取小区公共信息。
3.一种LTE系统PBCH信道的快速解析方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)数据提取，同步并提取一个无线帧中的包含PBCH信道的子帧#0数据；
(2)子帧#0解调，解调子帧#0数据，包括OFDM解调，并根据资源映射提取PBCH信道数据；
(3)天线端口数检测，检测当前基站配置的天线端口数；
(4)TTI周期内PBCH序号检测，检测当前无线帧所包含PBCH信道在一个TTI周期内的序号，也即系统帧号SFN的低2位；
(5)PBCH解码，根据检测的PBCH信道和天线端口数，直接解码PBCH信道，提取小区公共信息；
所述步骤(3)天线端口数检测是根据LTE辅同步信号(SSS)数据映射位置，提取同步信号数据和预留子载波位置上的数据，计算子帧#0接收信噪比SNR，据此SNR调整预设归一化相关门限σ预设门限为σ调整门限；检测步骤包括：
A、以天线端口数为4的参考信号数据映射位置为模板，提取子帧#0中天线端口2和3所对应的参考信号数据，计算二者的归一化相关系数，并与σ调整门限比较； 若大于σ调整门限，则检测出天线端口数为4；否则转入B；
B、以天线端口数为2的参考信号数据映射位置为模板，提取子帧#0中天线端口0和1所对应的参考信号数据，计算二者的归一化相关系数，并与σ调整门限比较，若大于σ调整门限，则检测出天线端口数为2；否则检测出天线端口数为1；
步骤(4)TTI周期内PBCH序号检测包括将解调后的数据送入检测单元，检测单元根据本地产生的加扰序列检测出当前PBCH在一个TTI周期内的序号；检测步骤包括：
A、将解调数据重复为4段；
B、扰码生成器产生相应解调数据加扰的扰码序列；
C、对重复的4段解调数据加扰；
D、将每段数据划分为4组，计算第一组和第二组、第三组和第四组的归一化相关系数，并求取平均值归一化相关系数；
E、比较出4组归一化相关系数的最大值，其对应的序号即为所检测出的PBCH序号。
4.根据权利要求3所述的LTE系统PBCH信道的快速解析方法，其特征在于：PBCH解码单元检测步骤包括：
A、根据检测的PBCH序号，提取扰码生成器产生的对应加扰段扰码，对数据解扰；
B、速率匹配、解交织和viterbi译码解码PBCH信息；
C、根据检测的天线端口数，选取CRC校验掩码组，校验解码信息；
D、根据MIB信息格式，提取小区公共信息。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |