CN105049170A - 一种FlashLinQ系统的粗定时同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种FlashLinQ系统的粗定时同步方法，该方法包括：步骤1通过只在主同步信号的偶数子载波上发送数据，并且IFFT后半部分乘以-j得到新的具有连续四个相同序列的主同步信号结构，由发射机发送信号。步骤2接收数据采样后的信号取一个窗长(一个符号的长度)的序列与本地信号循环卷积，这里通过FFT和IFFT实现循环卷积来降低计算复杂度；步骤3获得一个窗长度与本地信号循环卷积后，得到其中最大值的位置，搜索下一个窗的起始点，窗的步长为一个符号，不断重复步骤2和步骤3直到处理完所有的数据；步骤4处理完所有的数据后得到整个序列的最大值，即为主同步信号的位置；步骤5判断得到的主同步信号是第一个还是第二个主同步信号。

Description

一种FlashLinQ系统的粗定时同步方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于符号级搜索的FlashLinQ系统的粗定时方法及结构的改进。

背景技术

FlashLinQ系统由高通公司提出,是目前为止较成熟的D2D(Device-to-Device)通信方案。它部署在授权频段，支持多点分布式协调通信,不需要基站等设施。FlashLinQ系统同样采用SC-FDMA(Single-carrierFrequency-DivisionMultipleAccess),因此系统对定时和频率偏差特别敏感。同步阶段是D2D通信中必不可少的阶段,通过同步,可以使整个网络的时钟处于同一频率,更加高效的完成后续的过程。

FlashLinQ系统和LTE(LongTermEvolution)系统一样，采用两种同步信号：主同步信号(PimaryD2DSynchronizationSignal,PD2DSS)和辅同步信号(SecondaryD2DSynchronizationSignal,SD2DSS)。接收端检测到PD2DSS和对SD2DSS后可以获得小区ID。由于PD2DSS粗定时同步是链路物理层过程的第一个处理模块，终端要与其他设备连接就必需在较短的时间内与其他设备建立同步，才可以进行后续数据的处理。因此，性能可靠和低复杂度的D2DPSS定时同步算法是保证接收端快速建立同步的关键步骤。但是在FlashLinQ系统中主同步信号的发送周期变长，这就意味着要检测主同步信号就要处理更多的数据，这对快速定时和降低能耗是不利的。并且主同步信号易受频偏的影响，在频偏较大时，定时准确率受影响。LTE中传统的粗定时同步算法是将本地3组时域PSS和接收的时域信号进行匹配滤波检测相关峰来进行同步，这样计算复杂度较高。当前对FlashLinQ系统中的粗定时同步研究还不多。Qualcomm提出了FlashLinQ系统的时间同步算法，只提出一种频域符号级的方法，没有给出具体的步骤细节(R1-133598,echniquesforSynchronization,Aug.23,2013)。但是现在LTE系统中的时间同步算法已经相当成熟，ManolakisK等人通过PSS和SSS的频域检测来进行同步和小区搜索(IEEEWirelessCommunicationsandNetworkingConference.Budapest,Hungary:IEEE,2009)。ZhangZhongshan利用的是PSS的中心对称性质，提出了一种低复杂度的PSS检测算法(Low-ComplexityCellSearchwithFastPSSIdentifcationinLTE[J].IEEE)。XuW提出了LTE系统中一种鲁棒的频率和定时同步算法(IEEEGlobalTelecommunicationsConference(GLOBECOM).Miami,FL:IEEE,2010)。两种的主同步信号有很多相同点，可以利用LTE定时的研究结果，研究FlashLinQ系统的定时问题。

发明内容

针对现有方法的不足，本发明旨在提供一种基于符号级搜索的FlashLinQ系统的粗定时方法并提高主同步信号的抗频偏性能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种FlashLinQ系统的粗定时同步方法，所诉方法包括以下步骤：

步骤1主同步信号只在偶数子载波上传送数据，且奇数子载波上不传送数据，在时域上会出现特殊的结构：

$\begin{array}{c}x\left(n+\frac{N}{2}\right)=\frac{1}{\sqrt{N}}\underset{2k_o=0}{\overset{N-1}{\Σ}}X\left(2k_o\right)e^{j\frac{2\mathrm{\π}}{N}\left(2k_o+\frac{1}{2}\right)\left(n+\frac{N}{2}\right)}\\ =\frac{1}{\sqrt{N}}\underset{2k_o=0}{\overset{N-1}{\Σ}}X\left(2k_o\right)e^{j\frac{2n\mathrm{\π}}{N}\left(2k_o+\frac{1}{2}\right)}*e^{j\frac{2\mathrm{\π}}{N}\left(2k_o+\frac{1}{2}\right)\frac{N}{2}}\\ =\frac{j}{\sqrt{N}}\underset{2k_o=0}{\overset{N-1}{\Σ}}X\left(2k_o\right)e^{j\frac{2n\mathrm{\π}}{N}\left(2k_o+\frac{1}{2}\right)}\\ =jx\left(n\right)\end{array};$

如上式可知若只有偶数子载波上传送数据，若后半部分乘-j则时域上是前后相同的两部分。那么新的结构就变成了长度为两个符号长度，里面是相同的四个部分。在对一个窗口进行处理时就会引入部分相关，粗定时的抗频偏性能提高。

步骤2将采样后的信号取一个窗长的序列与本地信号循环卷积；

需要说明的是，所述一个窗长为一个符号的长度；进一步的，如通过FFT和IFFT实现循环卷积来降低计算复杂度。

步骤3获得一个窗长度与本地信号循环卷积后，得到其中最大值的位置，搜索下一个窗的起始点，窗的步长为一个符号，不断重复步骤1和步骤2直到处理完所有的数据；

步骤4处理完所有的数据后得到整个序列的最大值，即为主同步信号的位置；

步骤5判断得到的主同步信号是第一个还是第二个主同步信号。得到的PD2DSS序列后继续往前和往后各取N长度的点与本地主同步序列相关，比较两个值的大小。若前面的相关值大，则得到的是第二个主同步信号的位置；反之为第一个主同步信号的位置。

需要说明的是，步骤2中，对接收到信号循环卷积按以下进行：

用户终端接收接收到的序列为r(n)(n＝0,1,…,L)。从开头位置取一个符号的长度数据作为一个窗与本地同步序列循环卷积；

式中:表示N点的循环卷积，N为FFT长度；n＝M*(N+CP)M＝0,1,2…(L/(N+CP))；为本地主同步序列的反转序列取共轭；i＝0，1，2；窗的步长为N+CP；

若现在正处理第M个窗，窗中的序列与本地PD2DSS的反转序列做N点循环卷积：

由时域卷积对应频域相乘的性质有：

式中为的N点FFT变换后的数据。利用快速傅里叶变换和其逆变换可以进一步减少计算量。

本发明有益效果在于，提出了新的主同步信号结构通过引入部分相关，提高粗定时的抗频偏性能。提出了一种在时域采用符号级搜索的方法检测FlashLinQ系统同步信号的方法，与传统的同步方法相比，它能够有效的减少数据处理量，并且降低计算的复杂度。

附图说明

图1是符号级的同步算法流程图；

图2是符号级的同步算法；

图3是新同步结构；

图4是原来的结构与提出结构的抗频偏性能对比图。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式以及附图对本发明作进一步的描述，但所描述的实施例不不应视为对本发明的限制。

如图1所示，本发明为一种基于符号级搜索的FlashLinQ系统的粗定时同步方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1主同步信号只在偶数子载波上传送数据，奇数子载波上不传送数据，在时域上会出现特殊的结构:

$\begin{array}{c}x\left(n+\frac{N}{2}\right)=\frac{1}{\sqrt{N}}\underset{2k_o=0}{\overset{N-1}{\Σ}}X\left(2k_o\right)e^{j\frac{2\mathrm{\π}}{N}\left(2k_o+\frac{1}{2}\right)\left(n+\frac{N}{2}\right)}\\ =\frac{1}{\sqrt{N}}\underset{2k_o=0}{\overset{N-1}{\Σ}}X\left(2k_o\right)e^{j\frac{2n\mathrm{\π}}{N}\left(2k_o+\frac{1}{2}\right)}*e^{j\frac{2\mathrm{\π}}{N}\left(2k_o+\frac{1}{2}\right)\frac{N}{2}}\\ =\frac{j}{\sqrt{N}}\underset{2k_o=0}{\overset{N-1}{\Σ}}X\left(2k_o\right)e^{j\frac{2n\mathrm{\π}}{N}\left(2k_o+\frac{1}{2}\right)}\\ =jx\left(n\right)\end{array};$

如上式可知若只有偶数子载波上传送数据，若后半部分乘-j则时域上是前后相同的两部分(如图3所示),数据由发射机发送出去；

步骤2采样后的信号取一个窗长(一个符号的长度)的序列与本地信号循环卷积，这里通过FFT和IFFT实现循环卷积来降低计算复杂度；

需要说明的是，具体的过程按以下进行：

接收序列为r(n),通过循环卷积来寻找PD2DSS的位置，如图1所示:

式中:表示N点的循环卷积，N为FFT长度；n＝M*(N+CP)M＝0,1,2…(L/(N+CP))；为本地主同步序列的反转序列取共轭；i＝0，1，2。窗的步长为N+CP。

与传统的LTE中n一位一位的往前推进(n＝1,2,3,…)不同，这里n变成了N+CP位N+CP位的往前推进。这样就实现了符号级的搜索，减少了要处理的数据量。具体的说：每个处理窗的步长为N+CP。即若第一个窗的开始点为c(1),那么接下来的第二个窗为c(1+N+CP),以此类推第M个窗的开始点为c(1+M*(N+CP))。

若现在正处理第M个窗，窗中的序列与本地PD2DSS的反转序列做N点循环卷积：

由时域卷积对应频域相乘的性质有：

式中为的N点FFT变换后的数据。利用快速傅里叶变换和其逆变换可以进一步减少计算量。

步骤3获得一个窗长度与本地信号循环卷积后，得到其中最大值的位置，搜索下一个窗的起始点，窗的步长为一个符号，不断重复步骤2和步骤3直到处理完所有的数据；

需要说明的是，窗的最大值点按以下进行：

m_position(M)＝max{|c_i(m)|,m＝0,1,2...N}；

步骤4处理完所有的数据后得到整个序列的最大值，即为主同步信号的位置；

需要说明的是，主同步信号的位置按以下进行：

n_position＝max{m_position(M)}；

步骤5判断得到的主同步信号是第一个还是第二个主同步信号。

这两个主同步序列相同但是循环前缀的位置不同，一个位于前面一个位于后面，那么一个主同步信号可以看成的二个的前缀，如图2所示。如图1所示，因为主同步信号长2(N+CP),在搜索主同步信号的过程中k一定会落到第一个主同步信号的范围内(如图1)。

若到a点(如图2)，则从a往后取N点长度，与本地PD2DSS的反转序列做N点循环卷积。n_position所在的位置就是第一个主同步信号的起始位置。

若到b点，同样的步骤可以计算出第二个PD2DSS开始位置。

处理完数据得到最大值的位置就是PD2DSS的开始位置，但是并不能确定是第一个还是第二个PD2DSS。为解决这个问题在得到的PD2DSS序列后继续往前和往后各取N长度的点记为r_f和r_b:

$c_f=\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}{r}_f\left(k\right)s_p^{*}\left(k\right);$

$c_b=\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}{r}_b\left(k\right)s_p^{*}\left(k\right);$

若c_b＞c_f则为第一个主同步信号，若c_b＜c_f则为第一个主同步信号。

无论开始进行搜索的点在何处，只要这段数据存在PD2DSS，用长度为一个SC-OFDM符号长度的窗做相关处理，随着不断往后推进窗口的开始位置总会落在第一个主同步信号内，那么这时窗序列包括两个相同的部分。

$\begin{array}{c}P=\underset{s=0}{\overset{1}{\Σ}}\left|\underset{n=s*l}{\overset{\left(s+1\right)l-1}{\Σ}}\left(r\left(n\right)x_p\left(n\right)\right)\right|\\ =\underset{s=0}{\overset{1}{\Σ}}\left|\underset{n=s*l}{\overset{\left(s+1\right)l-1}{\Σ}}\left(h\left(n\right)x\left(n\right)e^{-j2\mathrm{\π}\mathrm{\ϵ}n/N}+\mathrm{\ω}\left(n\right)\right)x_p^{*}\left(n\right)\right|\\ =\underset{s=0}{\overset{1}{\Σ}}\left|\underset{n=s*l}{\overset{\left(s+1\right)l-1}{\Σ}}\left(h\left(n\right)x\left(n\right)x_p^{*}\left(n\right)e^{-j2\mathrm{\π}\mathrm{\ϵ}n/N}+\widetilde{\mathrm{\ω}}\left(n\right)\right)\right|\end{array};$

由上面的式子可以看出提出的结构抑制了载波频偏的影响。并且因为只有偶数子载波上发送数据会降低子载波间的干扰，会进一步提高粗定时的准确率(如图4所示)。为了保持主同步信号的能量不变，信号能量应该加倍。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种FlashLinQ系统的粗定时同步方法，具有发射机，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1:对于主同步信号在偶数子载波上发送数据，并且IFFT变换数据的后半段乘以-j,得到新的具有连续四个相同序列的主同步信号结构，并由所述发射机发出。

步骤2将接收数据采样后的信号取一个窗长的序列与本地信号循环卷积；

步骤3完成步骤2后，获得一个窗长度与本地信号循环卷积后，得到其中最大值的位置，搜索下一个窗的起始点，窗的步长为一个符号，不断重复步骤1和步骤2直至处理完所有的数据；

步骤4完成步骤3后获得整个序列的最大值，即为所述主同步信号的位置；

步骤5判断获得的主同步信号是第一个或第二个主同步信号，得到的PD2DSS序列位置后，继续往前和往后各取N长度的点与本地主同步序列相关，且将该获得的两个不同长度的点进行比较；

步骤6若往前所取的长度的点相关值大，则得到的是第二个主同步信号的位置；反之为第一个主同步信号的位置。

2.根据权利要求1所述的粗定时同步方法，其特征在于：所述步骤1中所述主同步信号只在偶数子载波上传送数据，奇数子载波上不传送数据，在时域上会出现特殊的结构：

$\begin{array}{c}x(n+\frac{N}{2})=\frac{1}{\sqrt{N}}\underset{2k_o=0}{\overset{N-1}{\Σ}}X\left(2k_o\right)e^{j\frac{2\mathrm{\π}}{N}(2k_o+\frac{1}{2})(n+\frac{N}{2})}\\ =\frac{1}{\sqrt{N}}\underset{2k_o=0}{\overset{N-1}{\Σ}}X\left(2k_o\right)e^{j\frac{2n\mathrm{\π}}{N}(2k_o+\frac{1}{2})}*e^{j\frac{2n\mathrm{\π}}{N}(2k_o+\frac{1}{2})\frac{N}{2}}\\ =\frac{j}{\sqrt{N}}\underset{2k_o=0}{\overset{N-1}{\Σ}}X\left(2k_o\right)e^{j\frac{2n\mathrm{\π}}{N}(2k_o+\frac{1}{2})}\\ =jx\left(n\right)\end{array}.$

式中X(k)为频域的序列；x(n)为X(k)IFFT变换后的时域序列；N为IFFT长度；j为虚数单位；2k_o指频域上的偶数子载波；n为时域上的点。

序列的后半部分乘-j则时域上是前后相同的两部分。在时域上看是两个连续的主同步信号，四个相同的结构，用一个符号长度的窗与本地序列循环卷积时就引入了部分相关，可以提高主同步信号的抗频偏性能。

3.根据权利要求1所述的粗定时同步方法，其特征在于：所述步骤2中对接收到信号循环卷积按以下进行：

用户终端接收接收到的序列为r(n)(n＝0,1,…,L)，从开头位置取一个符号的长度数据作为一个窗与本地同步序列循环卷积：

式中:表示N点的循环卷积，N为FFT长度；n＝M*(N+CP)M＝0,1,2…(L/(N+CP))(其中L为待处理的接收序列的长度)；为本地主同步序列的反转序列取共轭；i＝0，1，2；r(n)为接收序列；c(n)为接收序列与本地序列的循环卷积。

每个处理窗的步长为N+CP。即若第一个窗的开始点为c(1),那么接下来的第二个窗为c(1+N+CP),以此类推第M个窗的开始点为c(1+M*(N+CP))；

若现在正处理第M个窗，窗中的序列与本地PD2DSS的反转序列做N点循环卷积：

由时域卷积对应频域相乘的性质有：

式中为的N点FFT变换后的数据。

4.根据权利要求1所述的粗定时同步方法，其特征在于：步骤1中若正在处理第M个窗，窗中的序列与本地PD2DSS的反转序列做N点循环卷积。

5.根据权利要求1所述的粗定时同步方法，其特征在于：所述步骤5中，在得到的PD2DSS序列后继续往前和往后各取N长度的点记为r_f和r_b，分别为：

$c_f=\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}{r}_f\left(k\right)s_p^{*}\left(k\right);$

$c_b=\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}{r}_b\left(k\right)s_p^{*}\left(k\right);$

式中：r_f(k)为接收序列中从确定的主同步位置往前取一个窗长的序列；s_p(k)为本地主同步信号；*为共轭符号；c_f为从确定的主同步位置往前取一个窗长的序列与本地主同步信号的卷积。

若c_b＞c_f则为第一个主同步信号，若c_b＜c_f则为第一个主同步信号。