CN107359953B - 一种td-lte同步方法和同步设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种TD‑LTE同步方法和同步设备，对接收到的TD‑LTE下行信号进行处理，获得包括TD‑LTE下行主同步信号PSS的输入信号，对该输入信号和本地PSS码进行相关运算，获得本地PSS码中正确的PSS码和所有相关值中的最大相关值对应的第一位置帧，之后对包括TD‑LTE下行主同步信号PSS的输入信号与本地PSS码中正确的PSS码进行相关运算，当进行相关运算后输出的相关信号满足预设条件时，基于所述正确的PSS码和所述所有相关值中的最大相关值对应的第一位置帧，在正确的位置帧上产生同步指示信号，解决了TD‑LTE下行同步时处理速率低、不够精确且成本高的技术问题。

Description

一种TD-LTE同步方法和同步设备
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种TD-LTE同步方法和同步设备。
背景技术
3GPP(3rd Generation Partnership Project，第三代移动通信标准化组织)已启动了长期演进(Long Term Evolution，LTE)的标准化工作。LTE系统包括TDD(TimeDivision Duplex，时分双工)和FDD(Frequency Division Duplex，频分双工)两种双工方式。LTE标准核心技术是OFDM(正交频分复用)技术，该技术具有高频谱利用率、高峰值速率、高移动性和低时延等优点。OFDM技术采用的是频域调制方式，对接收到的基带数字信号首先进行时间同步，才能够确定FFT(快速傅里叶变换)窗口，从而进行FFT变换，把时域数据变换到频域进行数据处理。LTE采用的是相互正交的子载波技术，其子载波间隔设定为15kHz，对应的OFDM符号长度为66.67μs。利用子载波技术可以提高频谱效率，然而其对频率的偏移比较敏感。所以，时间同步和频率同步成为影响LTE系统的关键因素。
小区搜索是LTE下行同步的重要过程，在下行同步中，UE(User Equipment，用户设备)需要与小区进行时间、频率的同步，以获取小区的标识。小区搜索的设计主要集中在同步信道的设计和小区序列的设计上。考虑到小区搜索的复杂性，LTE倾向于采用主同步信道进行粗扫的大粒度同步和小区组内标识的确定，辅同步信道进行细粒度精确时间同步和小区组内标识的进一步确定。
现有获取切换点的方法主要有：GPS模块同步，以及利用专用数字信号处理芯片对下行主同步信号(Primary Synchronization Signal，PSS)进行相关检测。
GPS模块同步方式：GPS(Global Positioning System，全球定位系统)同步方式采用GPS同步模块利用GPS时钟进行同步。由于GPS模块成本较高，并且安装受GPS天线限制，主要适用于基站。
利用专用数字信号处理芯片方式：利用DSP(Digital Signal Processing，DSP)芯片对输入信号进行相关搜索确立时间同步，由于受DSP处理速率的影响，该方法不能快速的对输入信号进行时间上的同步。
可见，现有技术中存在TD-LTE下行同步时处理速率低、不够精确且成本高的技术问题。
发明内容
本发明实施例通过提出一种TD-LTE同步方法和同步设备，对接收到的TD-LTE下行信号进行处理，获得包括TD-LTE下行主同步信号PSS的输入信号，对该输入信号和本地PSS码进行相关运算，获得本地PSS码中正确的PSS码和所有相关值中的最大相关值对应的第一位置帧，之后对包括TD-LTE下行主同步信号PSS的输入信号与本地PSS码中正确的PSS码进行相关运算，当进行相关运算后输出的相关信号满足预设条件时，基于所述正确的PSS码和所述所有相关值中的最大相关值对应的第一位置帧，在正确的位置帧上产生同步指示信号，用于解决现有技术中存在TD-LTE下行同步时处理速率低、不够精确且成本高的技术问题。
一方面，本发明一实施例1、一种TD-LTE同步方法，应用于同步设备，包括以下步骤：
基于从基站获得的第一TD-LTE下行信号，获得第一输入信号；
基于所述第一输入信号，获得包括第一TD-LTE下行主同步信号PSS的第二输入信号；
基于TD-LTE下行主同步信号PSS在时域和频域的自相关特性，对第一时间段内包括的所述第二输入信号和本地PSS码进行相关运算，获得第一相关值集中的最大相关值对应的第一PSS码和第一位置帧；
对第二时间段内的包括第二TD-LTE下行主同步信号PSS的第三输入信号和所述第一PSS码进行相关运算，获得相关信号，其中所述第二时间段的第二起始时间在所述第一时间段的第一终止时间之后；
基于所述相关信号，判断所述同步设备与所述基站是否失步，获得第一判断结果；
在所述第一判断结果为否时，基于所述第一PSS码和所述第一位置帧，生成同步指示信号。
优选的，在所述基于所述相关信号，判断所述同步设备与所述基站是否失步，获得第一判断结果之后，所述方法还包括：
在所述第一判断结果为是时，基于所述自相关特性，对第三时间段内的包括第三TD-LTE下行主同步信号PSS的第四输入信号和所述本地PSS码进行相关运算，获得第二相关值集中的最大相关值对应的第二PSS码和第二位置帧，其中，所述第三时间段的第三起始时间在所述第二时间段的第二终止时间之后。
优选的，所述基于所述相关信号，判断所述同步设备与所述基站否失步，获得第一判断结果，包括：
判断所述相关信号中的相邻的N个峰值中的每两个相邻峰值的位置帧差值不等于第一预设时间段的次数是否大于等于第一预设值，获得第二判断结果；
和/或判断所述相关信号中的相邻的N个峰值中的每个峰值与每个峰值的对应的信号平均功率的比值小于第一阈值的次数是否大于等于第二预设值，获得第三判断结果；
基于所述第二判断结果和/或所述第三判断结果，判断所述同步设备与所述基站之间是否失步，获得第一判断结果。
优选的，在所述第二判断结果和所述第三判断结果均为否时，第一判断结果为否，所述第一判断结果表征所述同步设备与所述基站之间没有失步。
优选的，在所述第二判断结果或所述第三判断结果为是时，第一判断结果为是，所述第一判断结果表征所述同步设备与所述基站之间失步。
优选的，所述基于所述第一输入信号，获得包括第一TD-LTE下行主同步信号PSS的第二输入信号，包括：
对所述第一输入信号依次进行低通滤波处理，以及降采样率处理，获得包括第一TD-LTE下行主同步信号PSS的第二输入信号。
优选的，所述在所述第一判断结果为否时，基于所述第一PSS码和所述第一位置帧，生成同步指示信号，包括：
基于所述第一PSS码和第一位置帧，生成第一指示信号；
对所述第一指示信号进行延时，在第三位置帧生成同步指示信号，其中，所述第三位置帧与所述基站无线帧中特殊子帧的第3个OFDM符号对齐。
优选的，所述第一位置帧为所述基站无线帧中PSS码所在的位置帧；
所述基站无线帧中PSS码与所述第一PSS码相同。
另一方面，本发明一实施例提供了一种TD-LTE同步设备，包括：
第一获得模块，用于基于从基站获得的第一TD-LTE下行信号，获得第一输入信号；
第二获得模块，用于基于所述第一输入信号，获得包括第一TD-LTE下行主同步信号PSS的第二输入信号；
第一运算模块，用于基于TD-LTE下行主同步信号PSS在时域和频域的自相关特性，对第一时间段内包括的所述第二输入信号和本地PSS码进行相关运算，获得第一相关值集中的最大相关值对应的第一PSS码和第一位置帧；
第二运算模块，用于对第二时间段内的包括第二TD-LTE下行主同步信号PSS的第三输入信号和所述第一PSS码进行相关运算，获得相关信号，其中所述第二时间段的第二起始时间在所述第一时间段的第一终止时间之后；
第一判断模块，用于基于所述相关信号，判断所述同步设备与所述基站是否失步，获得第一判断结果；
第一生成模块，用于在所述第一判断结果为否时，基于所述第一PSS码和所述第一位置帧，生成同步指示信号。
优选的，所述第一运算模块，用于在所述第一判断结果为是时，基于所述自相关特性，对第三时间段内的包括第三TD-LTE下行主同步信号PSS的第四输入信号和所述本地PSS码进行相关运算，获得第二相关值集中的最大相关值对应的第二PSS码和第二位置帧，其中，所述第三时间段的第三起始时间在所述第二时间段的第二终止时间之后。
优选的，所述第一判断模块，包括：
第一判断子模块，用于判断所述相关信号中的相邻的N个峰值中的每两个相邻峰值的位置帧差值不等于第一预设时间段的次数是否大于等于第一预设值，获得第二判断结果；
和/或第二判断子模块，用于判断所述相关信号中的相邻的N个峰值中的每个峰值与每个峰值的对应的信号平均功率的比值小于第一阈值的次数是否大于等于第二预设值，获得第三判断结果；
第三判断子模块，用于基于所述第二判断结果和/或所述第三判断结果，判断所述同步设备与所述基站之间是否失步，获得第一判断结果。
优选的，在所述第二判断结果和所述第三判断结果均为否时，第一判断结果为否，所述第一判断结果表征所述同步设备与所述基站之间没有失步。
优选的，在所述第二判断结果或所述第三判断结果为是时，第一判断结果为是，所述第一判断结果表征所述同步设备与所述基站之间失步。
优选的，所述第二获得模块，包括：
低通滤波及降采样率模块，用于对所述第一输入信号依次进行低通滤波处理，以及降采样率处理，获得包括第一TD-LTE下行主同步信号PSS的第二输入信号。
优选的，所述第一生成模块，包括：
第一生成子模块，用于基于所述第一PSS码和第一位置帧，生成第一指示信号；
第一延时子模块，对所述第一指示信号进行延时，在第三位置帧生成同步指示信号，其中，所述第三位置帧与所述基站无线帧中特殊子帧的第3个OFDM符号对齐。
优选的，所述第一位置帧为所述基站无线帧中PSS码所在的位置帧；
所述基站无线帧中PSS码与所述第一PSS码相同。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：通过提出一种TD-LTE同步方法和同步设备，对接收到的TD-LTE下行信号进行处理，获得包括TD-LTE下行主同步信号PSS的输入信号，对该输入信号和本地PSS码进行相关运算，获得本地PSS码中正确的PSS码和所有相关值中的最大相关值对应的第一位置帧，之后对包括TD-LTE下行主同步信号PSS的输入信号与本地PSS码中正确的PSS码进行相关运算，当进行相关运算后输出的相关信号满足预设条件时，基于所述正确的PSS码和所述所有相关值中的最大相关值对应的第一位置帧，在正确的位置帧上产生同步指示信号。利用所述同步指示信号、TD-LTE无线帧结构及小区通信的相关参数就可以产生正确的上下行切换开关，从而解决了TD-LTE下行同步时处理速率低、不够精确且成本高的技术问题，达到了提高TD-LTE下行同步时的响应速度，提高精确度，降低资源损耗的技术效果。
附图说明
图1为本发明实施例一中的TD-LTE同步方法的流程图；
图2为本发明实施例一中的确定正确的PSS码的方法的流程图；
图3为本发明实施例二中的TD-LTE同步设备的示意图；
图4为本发明实施例二中的第一运算模块的示意图。
具体实施方式
本发明实施例通过提供一种TD-LTE同步方法和同步设备，用于解决现有技术中TD-LTE下行同步时处理速率低、不够精确且成本高的技术问题。本发明实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
提出了一种TD-LTE同步方法和同步设备，对接收到的TD-LTE下行信号进行处理，获得包括TD-LTE下行主同步信号PSS的输入信号，对该输入信号和本地PSS码进行相关运算，获得本地PSS码中正确的PSS码和所有相关值中的最大相关值对应的第一位置帧，之后对包括TD-LTE下行主同步信号PSS的输入信号与本地PSS码中正确的PSS码进行相关运算，当进行相关运算后输出的相关信号满足预设条件时，基于所述正确的PSS码和所述所有相关值中的最大相关值对应的第一位置帧，在正确的位置帧上产生同步指示信号。利用所述同步指示信号、TD-LTE无线帧结构及小区通信的相关参数就可以产生正确的上下行切换开关，从而完成对TD-LTE信号的时间同步。通过实施上述技术方案有效的解决了TD-LTE下行同步时处理速率低、不够精确且成本高的技术问题，达到了提高TD-LTE下行同步时的响应速度，提高精确度，降低资源损耗的技术效果。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例一
如图1所示，本发明的实施提供了一种TD-LTE同步方法，应用于同步设备，包括以下步骤：
S10，基于从基站获得的第一TD-LTE下行信号，获得第一输入信号；
S20，基于所述第一输入信号，获得包括第一TD-LTE下行主同步信号PSS的第二输入信号；
S30，基于TD-LTE下行主同步信号PSS在时域和频域的自相关特性，对第一时间段内包括的所述第二输入信号和本地PSS码进行相关运算，获得第一相关值集中的最大相关值对应的第一PSS码和第一位置帧；
S40，对第二时间段内的包括第二TD-LTE下行主同步信号PSS的第三输入信号和所述第一PSS码进行相关运算，获得相关信号，其中所述第二时间段的第二起始时间在所述第一时间段的第一终止时间之后；
S50，基于所述相关信号，判断所述同步设备与所述基站是否失步，获得第一判断结果；
S60，在所述第一判断结果为否时，基于所述第一PSS码和所述第一位置帧，生成同步指示信号。
S70，在所述第一判断结果为是时，基于所述自相关特性，对第三时间段内的包括第三TD-LTE下行主同步信号PSS的第四输入信号和所述本地PSS码进行相关运算，获得第二相关值集中的最大相关值对应的第二PSS码和第二位置帧，其中，所述第三时间段的第三起始时间在所述第二时间段的第二终止时间之后。
其中，所述步骤S70与所述步骤S30是由所述同步设备中的同一运算模块执行的，所述步骤S70与所述步骤S30是对应的，在所述步骤S70之后，仍然会按照在第三时间段后的时间顺序，执行与步骤S40、S50、S60和S70相对应的步骤，以此类推，例如，在步骤S70之后，执行如下步骤：
与步骤S40对应的步骤一，对包括第四TD-LTE下行主同步信号PSS的第四输入信号和所述第二PSS码进行相关运算，获得相关信号，其中所述第四时间段的第四起始时间在所述第三时间段的第三终止时间之后；
与步骤S50对应的步骤二，基于所述步骤一中的所述相关信号，判断所述同步设备与所述基站是否失步，获得用于表征所述同步设备与所述基站是否失步的判断结果；
与步骤S60对应的步骤三，在所述步骤二中的判断结果为否(即判断结果表征所述同步设备与所述基站没有失步)时，基于所述第二PSS码和第二位置帧，生成同步指示信号。
在所述步骤二中的判断结果为是(即判断结果表征所述同步设备与所述基站失步)时，执行与步骤S70对应的步骤四，以此类推，按照上述步骤循环执行。
上述TD-LTE同步方法优选通过FPGA实现，FPGA具有同步建立快、抗干扰强、通用性强、配置灵活等特点。
在所述步骤S10中，通过模数转换模块例如ADC采样电路将接收到的基站下发的TD-LTE下行信号转换为数字信号，并将所述数字信号作为第一输入信号。
在所述步骤S20中，对所述第一输入信号依次进行低通滤波处理，以及降采样率处理，获得包括第一TD-LTE下行主同步信号PSS的第二输入信号。
为了后面描述方便现将所述ADC采样电路测采样数据速率定义为125MHz，数字基带信号的数据速率为125/6≈20.833MHz，如果不进行降采样率处理那么需要进行1339点或者1338点的复数乘法计算，这将大量消耗FPGA内部资源甚至是不可能实现。所以需要对低通滤波后的第三输入信号再进行10倍的下采样，在2.0833MHz的数据速率下进行与PSS的相关操作。而本地PSS信号在30.72MHz的采样率下有2048个采样点，需要将其变换到2.0833MHz的速率才能与TD-LTE下行主同步信号PSS进行相关运算。而在实际应用中，需要取近似值相关计算点数设计为0.0678157*2048＝138.887，实际设计中选择139个点作为相关计算点数。将降低采样率后的信号作为所述第二输入信号。
在所述步骤S30中，由于经过低通滤波和降采样率处理后的第二输入信号中包括TD-LTE下行主同步信号PSS，这样对第一时间段内包括的所述第二输入信号与本地PSS码进行相关计算，通过将所述第二输入信号与本地存储的主同步信号进行相关运算，就可以对基站下行的无线帧信号进行同步确定。考虑到基站下行发送的PSS码包括3种，如果采用并行设计那么相关计算模块就需要3个完全一样的计算模块，这就需要计算3*139点的复数乘法计算，这仍然需要消耗大量的FPGA内部资源。考虑到对3种PSS的相关检测过程完全一致，所以本发明采用串行设计的方法来实现对3种PSS码字的相关检测，如图2所示，其具体设计流程如下：
S301，将接收到的第一时间段内的第二输入信号与本地PSS码进行相关运算。
利用139点的滑动相关窗，在一个滑动窗内，将第二输入信号rextra(n)的139个采样点与本地的三个时域PSS信号Su(i),u＝25,29,34分别做相关，如式(1)所示，得到相关值。
其中，n为大于等于1的整数。
利用139点的滑动相关窗以一个周期例如10ms计算选择窗口为周期分别选择3种PSS码字进行相关计算，这就是说第一个10ms采用本地存储的第一种PSS码与第一个10ms中的第二输入信号进行相关运算，第二个10ms采用本地存储的第二种PSS码与第二个10ms中的第二输入信号进行相关运算，第三个10ms计算采用本地存储的第三种PSS码与第三个10ms中的第二输入信号进行相关运算。
S302，检测是否完成了本地3种PSS码字分别需要进行的N/3次相关计算。
本地3种PSS码字分别各需要进行N/3次相关计算，检测是否完成了本地3种PSS码字分别需要进行的N/3次相关计算(这里的N值是可以在线配置)。
S303，如果完成，获得正确的PSS码，即所有相关值中的最大相关值对应的PSS码和第一位置帧。
即如果完成，则输出正确PSS码字，及相关运算中的所有相关值中的最大相关值对应的PSS码和第一位置帧；
S304，如果没有完成，继续进行搜索直到搜索到正确的PSS码。
如果没有完成，继续进行搜索直到搜索到正确的PSS码。当检测到失步指示信号后需要重新开启该计算模块，进行新的PSS码字搜索过程。
在所述步骤S40中，对第二时间段内的包括第二TD-LTE下行主同步信号PSS的第三输入信号和所述第一PSS码进行相关运算，获得相关信号，其中所述第二时间段的第二起始时间在所述第一时间段的第一终止时间之后；其中，步骤40中相关运算的方法与步骤30中的相关运算方法相同，具体的，例如：
利用139点的滑动相关窗，在一个滑动窗内，将第二时间段内接收到的第三输入信号rextra(n)的139个采样点与获得的正确的PSS码进行相关运算，假设步骤30中获得的正确的PSS码为25，如步骤3中的式(1)所示，得到相关信号。
利用139点的滑动相关窗以一个周期例如10ms计算选择窗口为周期将在第二时间段内的第三输入信号与PSS码字25进行相关计算，获得相关信号。
对于步骤40，第二时间段内的包括第二TD-LTE下行主同步信号PSS的第三输入信号，其依然经过了数字化处理(与步骤S10相对应)、低通滤波和降采样率处理(与步骤S20相对应)，对于从基站接收的TD-LTE下行信号，上述处理是实时进行的。
在所述步骤50中，考虑到基站下行无线信号经过空间传输到无线设备接收端，由于信号空间传输多径及其它干扰带来的衰落，如果直接将相关运算中的所有相关值中的最大相关值来作为同步状态的判断条件，那么由于信号的衰落将导致同步判决门限难以确定。
为了降低信号衰落及干扰的影响，本发明引入了对步骤40中获得的每个10ms中的第三输入信号与正确的PSS码进行相关运算后的最大峰值进行归一化处理，即通过将最大峰值(例如第n周期的最大峰值，每周期为10ms)与本时间段(即所述第n周期内)进行相关计算输入实际信号的平均功率进行归一化处理，即将每个10ms中的最大峰值除以输入的进行该10ms相关计算的第二输入信号的平均功率。通过归一化的引入，使得归一化输出的表征所有相关值中的最大相关值的信号不随信号的变化而大幅度变化，这样就为后面失步门限的确定提供了保证。
虽然通过相关计算的最大峰值进行归一化处理可以有效的保证同步判断的正确性，为了提高系统同步的稳定性及可靠性，本发明创造性的提出了归一化后的最大峰值与门限比较以及最大峰值位置差值双重判断条件来判断是否失步，即：
判断所述相关信号中的相邻的N个峰值中的每两个相邻峰值的位置帧差值不等于第一预设时间段的次数是否大于等于第一预设值，获得第二判断结果；
和/或判断所述相关信号中的相邻的N个峰值中的每个峰值与每个峰值的对应的信号平均功率的比值小于第一阈值的次数是否大于等于第二预设值，获得第三判断结果；
基于所述第二判断结果和/或所述第三判断结果，判断所述同步设备与所述基站之间是否失步，获得第一判断结果。
在所述第二判断结果和所述第三判断结果均为否时，第一判断结果为否，所述第一判断结果表征所述同步设备与所述基站之间没有失步。
在所述第二判断结果或所述第三判断结果为是时，第一判断结果为是，所述第一判断结果表征所述同步设备与所述基站之间失步。
具体的，例如判断所述相关信号的N个峰值中的每两个相邻峰值的位置帧差值不等于10ms的次数大于一预设值5，则获得的第二判断结果为是；
判断所述相关信号中的相邻的N个峰值中的每个峰值与每个峰值的对应的信号平均功率的比值小于2的次数大于5，则获得的第三判断结果为是。
当所述第二判断结果或所述第三判断结果为是时，则判断所述同步设备与所述基站之间失步；
同理，当所述第二判断结果和所述第三判断结果均为否时，则判断所述同步设备与所述基站之间没有失步。
当判断结果为失步时，那么使工作流程回到与步骤S30对应的步骤S70，在第三时间段重新确定正确的PSS码，即第三时间段内的包括第三TD-LTE下行主同步信号PSS的第四输入信号和所述本地PSS码进行相关运算，获得第二相关值集中的最大相关值对应的第二PSS码和第二位置帧。
所述步骤S60，即当判断结果为没有失步时，说明步骤S30中获得的第一PSS码仍然是正确的，则基于步骤30中获得第一PSS码和第一位置帧，生成同步指示信号。
具体的，例如，在第一位置帧生成第一指示信号；
然后对第一指示信号的位置帧进行调整，消除相关计算及信号处理带来的时延。虽然第一位置帧表征了基站无线帧格式中PSS码的正确位置，但是不能直接认为第一指示信号指示的就是TD-LTE无线帧格式中特殊子帧的第3个OFDM符号的结束位置，因为基站下行TD-LTE信号经过低通滤波、降采样率以及相关计算等处理时需要消耗时间。虽然我们可以精确的计算出低通滤波器及相关计算模块的处理时延，但是为了开关产生的灵活性，此处设计了时延模块对输入的第一指示信号调整。通过该模块后我们就可以认为输出的同步指示信号是与TD-LTE无线帧格式中特殊子帧的第3个OFDM符号对齐，即对所述第一指示信号进行延时，在第三位置帧生成同步指示信号，其中，所述第三位置帧与所述基站无线帧中特殊子帧的第3个OFDM符号对齐。
这样就可以利用该同步脉冲信号产生同步与基站下发的无线帧结构，并以此产生上下行开关。
实施例二
如图3所示，本发明的实施例二提供了一种TD-LTE同步设备，包括：
第一获得模块10，用于基于从基站获得的第一TD-LTE下行信号，获得第一输入信号；
第二获得模块20，用于基于所述第一输入信号，获得包括第一TD-LTE下行主同步信号PSS的第二输入信号；
第一运算模块30，用于基于TD-LTE下行主同步信号PSS在时域和频域的自相关特性，对第一时间段内包括的所述第二输入信号和本地PSS码进行相关运算，获得第一相关值集中的最大相关值对应的第一PSS码和第一位置帧；
第二运算模块40，用于对第二时间段内的包括第二TD-LTE下行主同步信号PSS的第三输入信号和所述第一PSS码进行相关运算，获得相关信号，其中所述第二时间段的第二起始时间在所述第一时间段的第一终止时间之后；
第一判断模块50，用于基于所述相关信号，判断所述同步设备与所述基站是否失步，获得第一判断结果；
第一生成模块60，用于在所述第一判断结果为否时，基于所述第一PSS码和所述第一位置帧，生成同步指示信号。
上述TD-LTE同步设备优选通过FPGA实现，FPGA具有同步建立快、抗干扰强、通用性强、配置灵活等特点。
其中，在所述判断结果为是时，所述第一运算模块30重新启动，基于所述自相关特性，对第三时间段内的包括第三TD-LTE下行主同步信号PSS的第四输入信号和所述本地PSS码进行相关运算，获得第二相关值集中的最大相关值对应的第二PSS码和第二位置帧，其中，所述第三时间段的第三起始时间在所述第二时间段的第二终止时间之后。
而在所述第一运算模块30经过运算获得第二PSS码和第二位置帧后，所述第二运算模块40、判断模块50和第一生成模块60依照与前述相同的判断方法在时序上执行相应的步骤。
例如，在所述第一运算模块30经过运算获得第二PSS码和第二位置帧后：
所述第二运算模块40，对第四时间段内的包括第四TD-LTE下行主同步信号PSS的第四输入信号和所述第二PSS码进行相关运算，获得相关信号，其中所述第四时间段的第四起始时间在所述第三时间段的第三终止时间之后；
所述判断模块50，基于重新获得的所述相关信号，判断所述同步设备与所述基站是否失步，获得用于表征所述同步设备与所述基站是否失步的判断结果；
所述第一生成模块60，在该判断结果为否(即判断结果表征所述同步设备与所述基站没有失步)时，基于所述第二PSS码和第二位置帧，生成同步指示信号。
在该判断结果为是(即判断结果表征所述同步设备与所述基站失步)时，所述第二运算模块40重新启动以获取新的正确的PSS码，以此类推，同步设备中的各模块按照上述步骤循环执行。
其中，所述第一获得模块10，通过模数转换模块例如ADC采样电路将接收到的基站下发的TD-LTE下行信号转换为数字信号，并将所述数字信号作为第一输入信号。
所述第二获得模块20，对所述第一输入信号依次进行低通滤波处理，以及降采样率处理，获得包括第一TD-LTE下行主同步信号PSS的第二输入信号。
为了后面描述方便现将所述ADC采样电路测采样数据速率定义为125MHz，数字基带信号的数据速率为125/6≈20.833MHz，如果不进行降采样率处理那么需要进行1339点或者1338点的复数乘法计算，这将大量消耗FPGA内部资源甚至是不可能实现。所以需要对低通滤波后的第三输入信号再进行10倍的下采样，在2.0833MHz的数据速率下进行与PSS的相关操作。而本地PSS信号在30.72MHz的采样率下有2048个采样点，需要将其变换到2.0833MHz的速率才能与TD-LTE下行主同步信号PSS进行相关运算。而在实际应用中，需要取近似值相关计算点数设计为0.0678157*2048＝138.887，实际设计中选择139个点作为相关计算点数。将降低采样率后的信号作为所述第二输入信号。
对于，所述第一运算模块30，由于经过低通滤波和降采样率处理后的第二输入信号中包括TD-LTE下行主同步信号PSS，这样对第一时间段内包括的所述第二输入信号与本地PSS码进行相关计算，通过将所述第二输入信号与本地存储的主同步信号进行相关运算，就可以对基站下行的无线帧信号进行同步确定。考虑到基站下行发送的PSS码包括3种，如果采用并行设计那么相关计算模块就需要3个完全一样的计算模块，这就需要计算3*139点的复数乘法计算，这仍然需要消耗大量的FPGA内部资源。考虑到对3种PSS的相关检测过程完全一致，所以本发明采用串行设计的方法来实现对3种PSS码字的相关检测，如图4所示，所述第一运算模块30，包括：
第一运算子模块301，将接收到的第二输入信号与本地PSS码进行相关运算
利用139点的滑动相关窗，在一个滑动窗内，将第二输入信号rextra(n)的139个采样点与本地的三个时域PSS信号Su(i),u＝25,29,34分别做相关，如式(1)所示，得到相关值。
其中，n为大于等于1的整数。
利用139点的滑动相关窗以10ms计算选择窗口为周期分别选择3种PSS码字进行相关计算，这就是说第一个10ms采用本地存储的第一种PSS码与第一个10ms中的第二输入信号进行相关运算，第二个10ms采用本地存储的第二种PSS码与第二个10ms中的第二输入信号进行相关运算，第三个10ms计算采用本地存储的第三种PSS码与第三个10ms中的第二输入信号进行相关运算。
检测子模块302，检测是否完成了本地3种PSS码字分别需要进行的N/3次相关计算
本地3种PSS码字分别各需要进行N/3次相关计算，检测是否完成了本地3种PSS码字分别需要进行的N/3次相关计算(这里的N值是可以在线配置)。
输出模块303，如果完成，获得正确的PSS码，即所有相关值中的最大相关值对应的PSS码和第一位置帧；
即如果完成，则输出正确PSS码字，及相关运算中的所有相关值中的最大相关值对应的PSS码和第一位置帧；
如果没有完成，进行搜索直到搜索到正确的PSS码
如果没有完成，继续进行搜索直到搜索到正确的PSS码。当检测到失步指示信号后需要重新开启所述第一运算模块30，进行新的PSS码字搜索过程。
其中，所述第二运算模块40，对第二时间段内的包括第二TD-LTE下行主同步信号PSS的第三输入信号和所述第一PSS码进行相关运算，获得相关信号，其中所述第二时间段的第二起始时间在所述第一时间段的第一终止时间之后；其中，第二运算模块40中相关运算的方法与第一运算模块30中的相关运算方法相同，具体的，例如：
利用139点的滑动相关窗，在一个滑动窗内，将第二时间段内接收到的第三输入信号rextra(n)的139个采样点与获得的正确的PSS码进行相关运算，假设步骤30中获得的正确的PSS码为25，如步骤3中的式(1)所示，得到相关信号。
利用139点的滑动相关窗以一个周期例如10ms计算选择窗口为周期将在第二时间段内的第三输入信号与PSS码字25进行相关计算，获得相关信号。
其中，第二时间段内的包括第二TD-LTE下行主同步信号PSS的第三输入信号，其依然经过了数字化处理(与步骤S10相对应)、低通滤波和降采样率处理(与步骤S20相对应)，对于从基站接收的TD-LTE下行信号，上述处理是实时进行的。
对于所述判断模块50，考虑到基站下行无线信号经过空间传输到无线设备接收端，由于信号空间传输多径及其它干扰带来的衰落，如果直接将相关运算中的所有相关值中的最大相关值来作为同步状态的判断条件，那么由于信号的衰落将导致同步判决门限难以确定。
为了降低信号衰落及干扰的影响，本发明引入了对步骤40中获得的每个10ms中的第三输入信号与正确的PSS码进行相关运算后的最大峰值进行归一化处理，即通过将最大峰值(例如第n周期的最大峰值，每周期为10ms)与本时间段(即所述第n周期内)进行相关计算输入实际信号的平均功率进行归一化处理，即将每个10ms中的最大峰值除以输入的进行该10ms相关计算的第二输入信号的平均功率。通过归一化的引入，使得归一化输出的表征所有相关值中的最大相关值的信号不随信号的变化而大幅度变化，这样就为后面失步门限的确定提供了保证。
虽然通过相关计算的最大峰值进行归一化处理可以有效的保证同步判断的正确性，为了提高系统同步的稳定性及可靠性，本发明创造性的提出了归一化后的最大峰值与门限比较以及最大峰值位置差值双重判断条件来判断是否失步，即所述判断模块50，包括：
第一判断子模块，用于判断所述相关信号中的相邻的N个峰值中的每两个相邻峰值的位置帧差值不等于第一预设时间段的次数是否大于等于第一预设值，获得第二判断结果；
和/或第二判断子模块，用于判断所述相关信号中的相邻的N个峰值中的每个峰值与每个峰值的对应的信号平均功率的比值小于第一阈值的次数是否大于等于第二预设值，获得第三判断结果；
第三判断子模块，用于基于所述第二判断结果和/或所述第三判断结果，判断所述同步设备与所述基站之间是否失步，获得第一判断结果。
在所述第二判断结果和所述第三判断结果均为否时，第一判断结果为否，所述第一判断结果表征所述同步设备与所述基站之间没有失步。
在所述第二判断结果或所述第三判断结果为是时，第一判断结果为是，所述第一判断结果表征所述同步设备与所述基站之间失步。
具体的，例如判断所述相关信号的N个峰值中的每两个相邻峰值的位置帧差值不等于10ms的次数大于一预设值5，则获得的第二判断结果为是；
判断所述相关信号中的相邻的N个峰值中的每个峰值与每个峰值的对应的信号平均功率的比值小于2的次数大于5，则获得的第三判断结果为是。
当所述第二判断结果或所述第三判断结果为是时，则判断所述同步设备与所述基站之间失步；
同理，当所述第二判断结果和所述第三判断结果均为否时，则判断所述同步设备与所述基站之间没有失步。
当判断结果为失步时，那么重新启动第一运算模块30，在第三时间段重新确定正确的PSS码，即基于TD-LTE下行主同步信号PSS在时域和频域的自相关特性，对第三时间段内的包括第三TD-LTE下行主同步信号PSS的第四输入信号和本地PSS码进行相关运算，获得第二相关值集中的最大相关值对应的第二PSS码和第二位置帧。
即当判断结果为没有失步时，说明第一运算模块30通过运算获得的第一PSS码仍然是正确的，则所述第一生成模块60，基于第一PSS码和第一位置帧，生成同步指示信号。
具体的，例如，在第一位置帧生成第一指示信号；
然后对第一指示信号的位置帧进行调整，消除相关计算及信号处理带来的时延。虽然第一位置帧表征了基站无线帧格式中PSS码的正确位置，但是不能直接认为第一指示信号指示的就是TD-LTE无线帧格式中特殊子帧的第3个OFDM符号的结束位置，因为基站下行TD-LTE信号经过低通滤波、降采样率以及相关计算等处理时需要消耗时间。虽然我们可以精确的计算出低通滤波器及相关计算模块的处理时延，但是为了开关产生的灵活性，此处设计了时延模块对输入的第一指示信号调整。通过该模块后我们就可以认为输出的同步指示信号是与TD-LTE无线帧格式中特殊子帧的第3个OFDM符号对齐，即对所述第一指示信号进行延时，在第三位置帧生成同步指示信号，其中，所述第三位置帧与所述基站无线帧中特殊子帧的第3个OFDM符号对齐。
这样就可以利用该同步脉冲信号产生同步与基站下发的无线帧结构，并以此产生上下行开关。
本发明的一个或多个实施例通过提供一种TD-LTE同步方法和同步设备，对接收到的TD-LTE下行信号进行处理，获得包括TD-LTE下行主同步信号PSS的输入信号，对该输入信号和本地PSS码进行相关运算，获得本地PSS码中正确的PSS码和所有相关值中的最大相关值对应的第一位置帧，之后对包括TD-LTE下行主同步信号PSS的输入信号与本地PSS码中正确的PSS码进行相关运算，当进行相关运算后输出的相关信号满足预设条件时，基于所述正确的PSS码和所述所有相关值中的最大相关值对应的第一位置帧，在正确的位置帧上产生同步指示信号。利用所述同步指示信号、TD-LTE无线帧结构及小区通信的相关参数就可以产生正确的上下行切换开关，从而完成对TD-LTE信号的时间同步。通过实施上述技术方案有效的解决了TD-LTE下行同步时处理速率低、不够精确且成本高的技术问题，达到了提高TD-LTE下行同步时的响应速度，提高精确度，降低资源损耗的技术效果。
本发明中的一个或多个实施例中的TD-LTE同步方法和同步设备能够通过配置，能够满足不同时隙配比的工作模式，例如工程上需要将本小区的时隙配比由原来的2:2工作模式转换到1:3或者其他的时隙配比时，能够自适应的通过参数配置来满足工程现场的不同应用场景，而工作模式的修改可以通过与MCU交互等手段实现。
在系统的使用过程中，由于硬件的差异性导致系统的采样率不一致，当采样率不是协议规定的倍数关系时通常会导致输出开关位置准确性存在一定的误差，利于本发明中的方法和设备可以通过小数倍的速率变换将数据速率转换到与协议规定数据速率有整数倍关系的数据速率上再进行相关搜索，这样就可以降低由于非最佳采样导所致的同步误差。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (16)

1.一种TD-LTE同步方法，应用于同步设备，其特征在于，包括以下步骤：
基于从基站获得的第一TD-LTE下行信号，获得第一输入信号；
基于所述第一输入信号，获得包括第一TD-LTE下行主同步信号PSS的第二输入信号；
基于TD-LTE下行主同步信号PSS在时域和频域的自相关特性，对第一时间段内包括的所述第二输入信号和本地PSS码进行相关运算，获得第一相关值集中的最大相关值对应的第一PSS码和第一位置帧；
对第二时间段内的包括第二TD-LTE下行主同步信号PSS的第三输入信号和所述第一PSS码进行相关运算，获得相关信号，其中所述第二时间段的第二起始时间在所述第一时间段的第一终止时间之后；
基于所述相关信号，判断所述同步设备与所述基站是否失步，获得第一判断结果；
在所述第一判断结果为否时，基于所述第一PSS码和所述第一位置帧，生成同步指示信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述基于所述相关信号，判断所述同步设备与所述基站是否失步，获得第一判断结果之后，所述方法还包括：
在所述第一判断结果为是时，基于所述自相关特性，对第三时间段内的包括第三TD-LTE下行主同步信号PSS的第四输入信号和所述本地PSS码进行相关运算，获得第二相关值集中的最大相关值对应的第二PSS码和第二位置帧，其中，所述第三时间段的第三起始时间在所述第二时间段的第二终止时间之后。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述基于所述相关信号，判断所述同步设备与所述基站否失步，获得第一判断结果，包括：
判断所述相关信号中的相邻的N个峰值中的每两个相邻峰值的位置帧差值不等于第一预设时间段的次数是否大于等于第一预设值，获得第二判断结果；
和/或判断所述相关信号中的相邻的N个峰值中的每个峰值与每个峰值的对应的信号平均功率的比值小于第一阈值的次数是否大于等于第二预设值，获得第三判断结果；
基于所述第二判断结果和/或所述第三判断结果，判断所述同步设备与所述基站之间是否失步，获得第一判断结果。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：
在所述第二判断结果和所述第三判断结果均为否时，第一判断结果为否，所述第一判断结果表征所述同步设备与所述基站之间没有失步。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于：
在所述第二判断结果或所述第三判断结果为是时，第一判断结果为是，所述第一判断结果表征所述同步设备与所述基站之间失步。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一输入信号，获得包括第一TD-LTE下行主同步信号PSS的第二输入信号，包括：
对所述第一输入信号依次进行低通滤波处理，以及降采样率处理，获得包括第一TD-LTE下行主同步信号PSS的第二输入信号。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述第一判断结果为否时，基于所述第一PSS码和所述第一位置帧，生成同步指示信号，包括：
基于所述第一PSS码和第一位置帧，生成第一指示信号；
对所述第一指示信号进行延时，在第三位置帧生成同步指示信号，其中，所述第三位置帧与所述基站无线帧中特殊子帧的第3个OFDM符号对齐。
8.如权利要求1、2、4、5、6和7中任一项所述的方法，其特征在于：
所述第一位置帧为所述基站无线帧中PSS码所在的位置帧；
所述基站无线帧中PSS码与所述第一PSS码相同。
9.一种TD-LTE同步设备，其特征在于，包括：
第一获得模块，用于基于从基站获得的第一TD-LTE下行信号，获得第一输入信号；
第二获得模块，用于基于所述第一输入信号，获得包括第一TD-LTE下行主同步信号PSS的第二输入信号；
第一运算模块，用于基于TD-LTE下行主同步信号PSS在时域和频域的自相关特性，对第一时间段内包括的所述第二输入信号和本地PSS码进行相关运算，获得第一相关值集中的最大相关值对应的第一PSS码和第一位置帧；
第二运算模块，用于对第二时间段内的包括第二TD-LTE下行主同步信号PSS的第三输入信号和所述第一PSS码进行相关运算，获得相关信号，其中所述第二时间段的第二起始时间在所述第一时间段的第一终止时间之后；
第一判断模块，用于基于所述相关信号，判断所述同步设备与所述基站是否失步，获得第一判断结果；
第一生成模块，用于在所述第一判断结果为否时，基于所述第一PSS码和所述第一位置帧，生成同步指示信号。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于：
所述第一运算模块，用于在所述第一判断结果为是时，基于所述自相关特性，对第三时间段内的包括第三TD-LTE下行主同步信号PSS的第四输入信号和所述本地PSS码进行相关运算，获得第二相关值集中的最大相关值对应的第二PSS码和第二位置帧，其中，所述第三时间段的第三起始时间在所述第二时间段的第二终止时间之后。
11.如权利要求9或10所述的设备，其特征在于，所述第一判断模块，包括：
第一判断子模块，用于判断所述相关信号中的相邻的N个峰值中的每两个相邻峰值的位置帧差值不等于第一预设时间段的次数是否大于等于第一预设值，获得第二判断结果；
和/或第二判断子模块，用于判断所述相关信号中的相邻的N个峰值中的每个峰值与每个峰值的对应的信号平均功率的比值小于第一阈值的次数是否大于等于第二预设值，获得第三判断结果；
第三判断子模块，用于基于所述第二判断结果和/或所述第三判断结果，判断所述同步设备与所述基站之间是否失步，获得第一判断结果。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于：
在所述第二判断结果和所述第三判断结果均为否时，第一判断结果为否，所述第一判断结果表征所述同步设备与所述基站之间没有失步。
13.如权利要求11所述的设备，其特征在于：
在所述第二判断结果或所述第三判断结果为是时，第一判断结果为是，所述第一判断结果表征所述同步设备与所述基站之间失步。
14.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述第二获得模块，包括：
低通滤波及降采样率模块，用于对所述第一输入信号依次进行低通滤波处理，以及降采样率处理，获得包括第一TD-LTE下行主同步信号PSS的第二输入信号。
15.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述第一生成模块，包括：
第一生成子模块，用于基于所述第一PSS码和第一位置帧，生成第一指示信号；
第一延时子模块，对所述第一指示信号进行延时，在第三位置帧生成同步指示信号，其中，所述第三位置帧与所述基站无线帧中特殊子帧的第3个OFDM符号对齐。
16.如权利要求9、10、12、13、14和15中任一项所述的设备，其特征在于：
所述第一位置帧为所述基站无线帧中PSS码所在的位置帧；
所述基站无线帧中PSS码与所述第一PSS码相同。
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