CN108377544A - 一种高速移动环境下定时同步的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速移动环境下定时同步的方法，包括如下步骤：步骤1：将接受到的多天线信号进行正交投影；步骤2：对投影后的各个角域空间内的信号进行共轭相乘；步骤3：对处理后各个角域空间信号与本地同步序列相乘求相关峰，相关峰的位置就是定时同步位置；步骤4：利用求得的同步位置对各个子径进行对齐合并，得到最终定时同步处理后的信号。本发明方法增加了对抗多径环境影响的能力，对多普勒频移和载波频偏有很好的处理效果，且提高了信号的信噪比。

Description

一种高速移动环境下定时同步的方法

技术领域

本发明属于多天线环境下接收系统技术领域，特别是涉及一种在高速移动环境下定时同步的方法。

背景技术

未来的第五代移动通信系统中(5G)，对高速移动场景的支持是其重要的功能之一。在一些特殊的场合(例如高速铁路(HST)和车联网(V2x/eV2x))，要求在快速移动的情况下能够实现数据的高速传输，在5G系统白皮书中明确未来要支持移动速度达到500km/h的高速移动环境。

无线信道中存在许多反射体，而基站发送的信号经过无线信道达到接收端，就会产生多径效应。当通信收发端之间有相对位移时，由于每个径的传播路径发生了变化，因此在接收端，每个径的相位也发生了变化，此时合成等效径的这些径的相位会随着移动台位置的不同而不同，由此就产生了合成等效径的幅度和相位的变化，由于这种变化是随着移动台位置的变化而变化的，而移动台位置的变化又是由于移动台的运动造成的，因此等效径幅度和相位的变化就表现为随着时间变化而变化，也即显示为信道的时变特性。

另一方面，由于移动台的运动，每一个到达径产生多普勒频移，由于每个到达径的到达角的不一致，移动台的运动在每个到达径上产生的多普勒频移也不一致，因此在接收端，合成每一个时域可分辨多径的这些径的信号是异频异相的，由此便产生了多普勒扩展。

还有一方面，未来第五代移动通信系统中将采用更高的载波频率。具体来说，对于eV2x系统将采用高达30GHz至70GHz的载波频率。移动终端正确接收解调发送端通过无线信道发送的信息的先决条件是需要获得准确的定时同步信息。定时同步需要在没有任何频偏先验信息的前提下完成。因此，通常的定时同步信号处理方法都不可避免地受到频偏对其性能造成的影响。这里的频偏主要有两方面造成：高速移动所产生的多普勒频移和由于收发端晶体振荡器频率不一致所导致的载波频偏。这两方面因素由于5G中支持更高的移动速度和载波频率而变的更加严重。

综上，本发明针对高速移动环境下定时同步存在的问题，开发出一种高速移动环境下定时同步的方法。

发明内容

本发明的目的在于对现有技术的不足，提出了一种高速移动环境下定时同步的方法。本发明的方法增加了对抗多径环境影响的能力，对多普勒频移和载波频偏有很好的处理效果，且提高了信号的信噪比。

为了达到上述的目的，本发明采取以下技术方案：

一种高速移动环境下定时同步的方法，包括如下步骤：

步骤1：将接受到的多天线信号进行正交投影；

步骤2：对投影后的各个角域空间内的信号进行共轭相乘；

步骤3：对处理后各个角域空间信号与本地同步序列相乘求相关峰，相关峰的位置即为定时同步位置；

步骤4：利用求得的同步位置对各个子径进行对齐合并，得到最终定时同步处理后的信号。

进一步地，所述步骤1具体如下：

利用事先构造的正交角域空间基矢量U_r，对接收到的多天线信号Y进行正交投影，即

其中

上式中

其中，L_r为接收天线经过载波波长归一化后的归一化长度，

△_r＝L_r/n_r为天线之间的归一化间隔，n_r为接收天线个数，Ω为任意角度。

进一步地，所述步骤2具体如下：

在各个正交角域空间上，对投影后的第k个角域空间上的接收信号分别进行共轭相乘，即

式中N为发送端同步序列第一部的长度，同步序列分为前后两部分且长度一样，m为可能的定时同步位置，a代表角域空间，是的共轭。

进一步地，所述步骤3具体如下：

针对处理后各个角域空间信号，利用本地同步序列，进行相乘求相关峰来估计定时同步位置

式中M是最大定时同步可能位置，SR序列是本地同步序列。

进一步地，所述步骤4具体如下：

使用步骤3求得的各个角域空间内信号得定时同步位置，对各个角域空间的信号定时位置进行对齐并合并，即：

式中角域空间的总数等于n_r。

本发明利用构造的空间基矢量，将接收信号投影到正交角域空间。在每个角域空间上，接收信号的到达角被限制在各个角域空间范围内。在天线间距一定的情况下，接收到信号在各个角域空间上角度扩展和天线阵列的长度有关。天线阵列的长度越大，接收到信号在各个角域空间上角度扩展越小。因此，在同一个角域空间内，接收到的各个径的到达角的差异随着天线阵列长度的增加而变小。当天线阵列的长度足够长时，接收到的各个径的到达角的差异足够的小，可以近似认为相同。此时在接收端，对于投影到每个角域空间上的信号来说，合成每一个时域可分辨多径的这些径的信号是同频异相的。而同频异相的各个信号叠加起来的效果不再表现为多普勒扩展，而表现为多普勒频移。

本发明的有益效果：

(1)本发明将信号投影到了正交角域空间，信号受到的多普勒扩展可以表现为多普勒频移，增加了对抗多径环境影响的能力；

(2)本发明的同步序列和算法针对大的多普勒频移和载波频偏有很好的处理效果；

(3)本发明将各个子径信号进行合并，提高了信号的信噪比。

附图说明

图1是本发明的算法流程图。

具体实施方式

以下具体实施例是对本发明提供的方法与技术方案的进一步说明，但不应理解成对本发明的限制。

图1为本发明高速移动环境下定时同步的方法的算法流程图，总共包括四个步骤：步骤1：将接受到的多天线信号进行正交投影；步骤2：对投影后的各个角域空间内的信号进行共轭相乘；步骤3：对处理后各个角域空间信号与本地同步序列相乘求相关峰，相关峰的位置就是定时同步位置；步骤4：利用求得的同步位置对各个子径进行对齐合并，得到最终定时同步处理后的信号。

本发明一种高速移动环境下定时同步的方法，具体步骤如下：

步骤1：利用事先构造的正交角域空间基矢量U_r，对接收到的多天线信号Y进行正交投影，即

其中

上式中

其中，L_r为接收天线经过载波波长归一化后的归一化长度，

△_r＝L_r/n_r为天线之间的归一化间隔，n_r为接收天线个数，Ω为任意角度。

步骤2：在各个正交角域空间上，对投影后的第k个角域空间上的接收信号分别进行共轭相乘，即

式中N为发送端同步序列第一部的长度，同步序列分为前后两部分且长度一样，m为可能的定时同步位置，a代表角域空间，是的共轭。

步骤3：针对处理后各个角域空间信号，利用本地同步序列，进行相乘求相关峰来估计定时同步位置

式中M是最大定时同步可能位置，SR序列是本地同步序列。

步骤4：使用步骤3求得的各个角域空间内信号得定时同步位置，对各个角域空间的信号定时位置进行对齐并合并，即：

式中角域空间的总数等于n_r。

本发明利用构造的空间基矢量，将接收信号投影到正交角域空间。在每个角域空间上，接收信号的到达角被限制在各个角域空间范围内。在天线间距一定的情况下，接收到信号在各个角域空间上角度扩展和天线阵列的长度有关。天线阵列的长度越大，接收到信号在各个角域空间上角度扩展越小。因此在同一个角域空间内，接收到的各个径的到达角的差异随着天线阵列长度的增加而变小。当天线阵列的长度足够长时，接收到的各个径的到达角的差异足够的小，可以近似认为相同。此时在接收端，对于投影到每个角域空间上的信号来说，合成每一个时域可分辨多径的这些径的信号是同频异相的。而同频异相的各个信号叠加起来的效果不再表现为多普勒扩展，而表现为多普勒频移。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护范围内。

Claims (5)

1.一种高速移动环境下定时同步的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将接受到的多天线信号进行正交投影；

步骤2：对投影后的各个角域空间内的信号进行共轭相乘；

步骤3：对处理后各个角域空间信号与本地同步序列相乘求相关峰，相关峰的位置即为定时同步位置；

步骤4：利用求得的同步位置对各个子径进行对齐合并，得到最终定时同步处理后的信号。

2.根据权利要求1所述的一种高速移动环境下定时同步的方法，其特征在于，步骤1具体如下：

利用事先构造的正交角域空间基矢量U_r，对接收到的多天线信号Y进行正交投影，即

其中

上式中

其中，L_r为接收天线经过载波波长归一化后的归一化长度，

Δ_r＝L_r/n_r为天线之间的归一化间隔，n_r为接收天线个数，Ω为任意角度。

3.根据权利要求1所述的一种高速移动环境下定时同步的方法，其特征在于，步骤2具体如下：

在各个正交角域空间上，对投影后的第k个角域空间上的接收信号分别进行共轭相乘，即

式中N为发送端同步序列第一部的长度，同步序列分为前后两部分且长度一样，m为可能的定时同步位置，a代表角域空间，是的共轭。

4.根据权利要求1所述的一种高速移动环境下定时同步的方法，其特征在于，步骤3具体如下：

针对处理后各个角域空间信号，利用本地同步序列，进行相乘求相关峰来估计定时同步位置

式中M是最大定时同步可能位置，SR序列是本地同步序列。

5.根据权利要求1所述的一种高速移动环境下定时同步的方法，其特征在于，步骤4具体如下：

使用步骤3求得的各个角域空间内信号得定时同步位置，对各个角域空间的信号定时位置进行对齐并合并，即：

式中角域空间的总数等于n_r。