CN108494518A - 一种lte系统小区搜索方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LTE系统小区搜索方法，属于通信测试技术领域。该方法首先利用滑动相关算法得到CP类型及其位置，然后根据PSS和SSS在帧结构中的位置可同时得到PSS和SSS信号，避免了PSS检测时，每次滑动相关都需要与3组本地信号相关，并且只使用一次滑动相关就可得到CP类型和PSS、SSS信号，在保证小区搜索精度的同时极大的降低了计算量。本发明解决了LTE‑A系统中小区搜索过程繁琐、计算量大的问题，从而实现了小区快速确搜索的目的。

Description

一种LTE系统小区搜索方法

技术领域

本发明属于通信测试技术领域，涉及一种LTE系统小区搜索方法。

背景技术

LTE(LongTermEvolution，长期演进)是由3GPP组织制定的UMTS技术标准的长期演进，于2004年12月3GPP多伦多TSGRAN#26会议上正式立项并启动。在2010年6月，3GPP组织提交了有关LTE技术的后续演进(LongTerm EvolutionAdvanced,LTE-A)技术的需求报告，在LTE-A系统中，用户设备UE需要初始化同步和建立与基站之间的联系，必须首先进行小区搜索同步。这是一个比较复杂的过程，需要完成时间同步、频偏估计和频偏补偿、小区ID信息的获取、广播信息的获取和CP类型的确定。

LTE系统中共有504个物理层小区序列ID，这些物理层小区ID被分成168个小区ID组，每组包含3个不同的ID。每个物理层的小区ID属于并且只属于其中的一个小区ID组。一个物理层小区ID由公式表示，其中表示小区ID组，范围是0到167，表示在这个小区ID组内的物理层ID，范围是0到2。在不同的物理层小区中，eNodeB发送不同的同步信号；其中，主同步信号PSS对应于辅同步信号SSS对应于

在LTE系统中，TDD和FDD具有不同的帧结构，对于TDD-LTE，PSS位于子帧1和子帧6的第三个OFDM符号上，SSS位于子帧0和子帧5的最后一个OFDM符号上，比PSS提前3个符号。对于FDD-LTE，PSS位于时隙0和时隙10的最后一个OFDM符号上，SSS位于时隙0和时隙10的倒数第二个OFDM符号上，比PSS提前一个OFDM符号。由帧结构可知，PSS信号每5ms发送一次，两个PSS序列是相同的；而SSS信号每10ms发送一次，两个SSS序列是不一样的。

主同步信号是基于频域的Zadoff-Chu序列，PSS频域信号d_u(n)如下式所示。

其中u是Zadoff-Chu序列的根序号，它与小区ID号的对应关系如下表所示。

Zadoff-Chu序列具有良好的自相关性，很低的互相关性，且其幅值稳定，低PAPR等性质。这些性质决定了当根序号相同的PSS序列进行相关时，在0点位置能有较大的相关峰值，但是，根序号不同的PSS序列之间进行相关几乎是正交的，相关计算值近似为零。

辅同步信号是由2个长度31的二进制序列交织扰码后连接成的频域序列。SSS信号产生如下式所示。

辅同步信号由2个31点的伪随机序列交织级联组成，因此其具有二进制伪随机序列的特点，也有很好的自相关性与互相关性。

LTE下行链路中CP长度分为两种，一种为常规CP，另一种为扩展CP。常规CP的长度分为10和9，每个时隙的第一个符号前CP长度为10，其余符号为9。扩展CP的长度均为32，等间隔分布在帧结构中。循环前缀是由OFDM尾部符号复制而成的。

现有的小区搜索方法流程一般是先检测PSS信号，获得和5ms定时，然后根据常规CP和扩展CP的不同，采用相关方法得到CP类型，最后根据PSS和SSS的位置关系，和双工模式的不同，得到4组SSS信号，与本地SSS信号做相关得到和10ms定时。这种方法在检测PSS时，每次滑动都需要与本地3组PSS信号做相关，计算量大且复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种LTE系统小区搜索方法，首先进行CP类型的检测，然后再根据CP类型及其位置可以同时得到PSS和SSS信号位置，再将PSS和SSS信号分别与本地信号做相关，即可得到小区ID号。此方法在保证小区搜索精度的同时极大的降低计算复杂度。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种LTE系统小区搜索方法，该方法包括以下步骤：

S1：对接收信号进行归一化处理；

S2：利用常规CP和扩展CP不同长度，分别进行相关运算得到S_A和S_B，归一化能力均值M_A和M_B；

S3：判断CP类型：若M_A＞M_B，则为常规CP；若M_A＜M_B，则为扩展CP；

S4：粗略计算PSS和SSS位置：根据得到的S_A或S_B的第一个峰值位置处将序列在去除CP长度条件下，按照一个OFDM长度进行分段，将每段序列前后做自相关运算SS(i)，得到SS(i)的峰值位置n₁和n₂，其中n₁＞n₂，并判断PSS和SSS序列；若1≤|n₁-n₂|≤3，则PSS位置为n₁，SSS位置为n₂；否则，PSS位置为n₂，SSS位置为n₁；

S5：精确计算PSS和SSS位置：在PSS和SSS序列位置n₁、n₂处，前后截取64位数据，再次做滑动自相关运算，最终得到峰值位置为

S6：将得到的接收信号PSS和SSS序列分别与本地信号做相关；

S7：根据峰值得到小区ID号。

进一步，对接收信号序列16倍降采样，在30.72M的采样率下，对IQ两路接收信号序列16倍降采样，位保证序列的完整性，获取长度为9600+128点的接收数据X_l(n)；其中，9600为20M带宽对应的30.72M的采样率进行16倍降采样的采样点个数，128为降采样后的OFDM符号包含的PSS采样点数；

求绝对值均小于1的接收信号序列，分段求出IQ两路数据接收信号功率的最大值X_max，并对接收信号序列进行时域归一化，得到绝对值均小于1的接收信号序列X(n)：X(n)＝X_l(n)/X_max；

其中，最大值X_max需先分别求出IQ两路数据实部和虚部中的最大值，通过比较两者中的较大值得出。

进一步，从接收信号序列起始位置开始，对归一化的接收序列X(n)取A点，与其对应的尾部复制序列做相关，

再对接收序列X(n)取B点，并与其对应的尾部复制序列做相关，

其中N＝128表示OFDM的符号长度，n表示滑动窗位置，k表示cp滑动窗位置，A为常规CP长度，B为扩展CP长度；

若M_A＞M_B，则为常规CP；若M_A＜M_B，则为扩展CP。

进一步，根据得到的S_A或S_B的第一个峰值位置处将序列在去除CP长度条件下，按照一个OFDM长度进行分段，则第i段序列为：

将每段序列前后做自相关运算：

得到SS(i)的峰值位置n₁和n₂，其中n₁＞n₂，并判断PSS和SSS序列；

若1≤|n₁-n₂|≤3，则PSS位置为n₁，SSS位置为n₂

否则，PSS位置为n₂，SSS位置为n₁。

进一步，在PSS和SSS序列位置n₁、n₂处，前后截取64位数据，再次做滑动自相关运算，最终得到峰值位置为

进一步，求本地PSS时域信号序列，通过ZC序列重构3组长度为128点的本地PSS时域序列D_pm(n),m＝0,1,2；

与接收信号PSS序列做相关运算：

求出S_pm的最大值，即得到

求本地SSS时域信号序列，重构168组长度为128点的本地SSS时域序D_sm(n),m＝0,1,...,167；

与接收信号SSS序列做相关运算：

进一步，求本地PSS时域信号序列，通过ZC序列重构3组长度为128点的本地PSS时域序列D_pm(n),m＝0,1,2；

与接收信号PSS序列做相关运算：

求出S_pm的最大值，即得到

求本地SSS时域信号序列，重构168组长度为128点的本地SSS时域序列D_sm(n),m＝0,1,...,167；

与接收信号SSS序列做相关运算：

求出S_sm的最大值对应小区ID号

本发明的有益效果在于：首先利用滑动相关算法得到CP类型及其位置，然后根据PSS和SSS在帧结构中的位置可同时得到PSS和SSS信号，避免了PSS检测时，每次滑动相关都需要与3组本地信号相关，并且只使用一次滑动相关就可得到CP类型和PSS、SSS信号，在保证小区搜索精度的同时极大的降低了计算量。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为常规CP和扩展CP差异示意图；

图2为FDD、TDD模式下的PSS和SSS位置；

图3为小区搜索过程流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

由图1可以看到，A部分为含有PSS的OFDM符号的常规CP，A+B为含有PSS的OFDM符号的扩展CP。分别对A部分和B部分CP与其各自的数据源部分作相关：若为扩展CP，则A与B部分均为CP部分，两部分的相关值均很高；而若为常规CP，则其B部分由于是SSS的数据部分与PSS的数据部分，因此B部分的相关值会很低。

由图2可以看到，PSS与SSS的位置关系有相邻、间隔2个、66个或68个OFDM。当求出度量函数的峰值位置时，可以根据峰值位置差，得到PSS与SSS的位置。

如图3所示，S01、对接收信号序列16倍降采样，在30.72M的采样率下，对IQ两路接收信号序列16倍降采样，为保证同步序列的完整性，获取长度为9600+128点的接收数据X_l(n)；其中，9600为20M带宽对应的30.72M的采样率进行16倍降采样的采样点个数，128为降采样后的OFDM符号包含的PSS采样点数；

S02、求绝对值均小于1的接收信号序列，分段求出IQ两路数据接收信号功率的最大值X_max，并对接收信号序列进行时域归一化，得到绝对值均小于1的接收信号序列X(n)：

X(n)＝X_l(n)/X_max；

其中，最大值X_max需先分别求出IQ两路数据实部和虚部中的最大值，通过比较两者中的较大值得出；

S03、从接收信号序列起始位置开始，对归一化的接收序列X(n)取A点，与其对应的尾部复制序列做相关。

再对接收序列X(n)取B点，并与其对应的尾部复制序列做相关。

其中N＝128表示OFDM的符号长度，n表示滑动窗位置，A为常规CP长度，B为扩展CP长度。

若M_A＞M_B，则为常规CP；若M_A＜M_B，则为扩展CP。

S04、根据得到的S_A或S_B的第一个峰值位置处将序列在去除CP长度条件下，按照一个OFDM长度进行分段，则第i段序列为：

将每段序列前后做自相关运算：

得到SS(i)的峰值位置n₁和n₂，其中n₁＞n₂，并判断PSS和SSS序列。

if 1≤|n₁-n₂|≤3，PSS位置为n₁，SSS位置为n₂

else，PSS位置为n₂，SSS位置为n₁

以常规CP且1≤|n₁-n₂|≤3为例，得到的PSS信号为PSS(n),n＝n₁,...,n₁+N，SSS信号为SSS(n),n＝n₂,...,n₂+N。

S05、为保证运算的准确性，在PSS和SSS序列位置n₁、n₂处，将精同步的滑动窗定为粗同步点前后64点，进行128次自相关计算得到峰值位置即为PSS和SSS序列位置。

S07、求本地PSS时域信号序列，通过ZC序列重构3组长度为128点的本地PSS时域序列D_pm(n)(m＝0,1,2)。

S08、与接收信号PSS序列做相关运算。

求出S_pm的最大值，即可得到

S09、求本地SSS时域信号序列，重构168组长度为128点的本地SSS时域序列D_sm(n)(m＝0,1,...,167)。

S10、与接收信号SSS序列做相关运算。

求出S_sm的最大值，即可得到

得到小区ID号，完成小区搜索过程。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种LTE系统小区搜索方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：对接收信号进行归一化处理；

S2：利用常规CP(Cyclic Prefix,循环前缀)和扩展CP不同长度，分别进行相关运算得到S_A和S_B，归一化能力均值M_A和M_B；

S3：判断CP类型：若M_A＞M_B，则为常规CP；若M_A＜M_B，则为扩展CP；

S4：粗略计算PSS(Primary Synchronization Signal,主同步信号)和SSS(SecondarySynchronization Signal,辅同步信号)位置：根据得到的S_A或S_B的第一个峰值位置处将序列在去除CP长度条件下，按照一个OFDM符号(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing Symbol,正交频分复用符号)的长度进行分段，将每段序列前后做自相关运算SS(i)，得到SS(i)的峰值位置n₁和n₂，其中n₁＞n₂，并判断PSS和SSS序列；若1≤|n₁-n₂|≤3，则PSS位置为n₁，SSS位置为n₂；否则，PSS位置为n₂，SSS位置为n₁；

S5：精确计算PSS和SSS位置：在PSS和SSS序列位置n₁、n₂处，前后截取64位数据，再次做滑动自相关运算，最终得到峰值位置为

S6：将得到的接收信号PSS和SSS序列分别与本地信号做相关；

S7：根据峰值得到小区ID号。

2.根据权利要求1所述的一种LTE系统小区搜索方法，其特征在于：所述步骤S1具体为：对接收信号序列16倍降采样，在30.72M的采样率下，对IQ两路接收信号序列16倍降采样，位保证序列的完整性，获取长度为9600+128点的接收数据X_l(n)；其中，9600为20M带宽对应的30.72M的采样率进行16倍降采样的采样点个数，128为降采样后的OFDM符号包含的PSS采样点数；

求绝对值均小于1的接收信号序列，分段求出IQ两路数据接收信号功率的最大值X_max，并对接收信号序列进行时域归一化，得到绝对值均小于1的接收信号序列X(n)：X(n)＝X_l(n)/X_max；

其中，最大值X_max需先分别求出IQ两路数据实部和虚部中的最大值，通过比较两者中的较大值得出。

3.根据权利要求1所述的一种LTE系统小区搜索方法，其特征在于：所述步骤S2-S3具体为：从接收信号序列起始位置开始，对归一化的接收序列X(n)取A点，与其对应的尾部复制序列做相关，

再对接收序列X(n)取B点，并与其对应的尾部复制序列做相关，

其中N＝128表示OFDM的符号长度，n表示滑动窗位置，k表示cp滑动窗位置，A为常规CP长度，B为扩展CP长度；

若M_A＞M_B，则为常规CP；若M_A＜M_B，则为扩展CP。

4.根据权利要求1所述的一种LTE系统小区搜索方法，其特征在于：所述步骤S4具体为：根据得到的S_A或S_B的第一个峰值位置处将序列在去除CP长度条件下，按照一个OFDM长度进行分段，则第i段序列为：

将每段序列前后做自相关运算：

得到SS(i)的峰值位置n₁和n₂，其中n₁＞n₂，并判断PSS和SSS序列；

若1≤|n₁-n₂|≤3，则PSS位置为n₁，SSS位置为n₂

否则，PSS位置为n₂，SSS位置为n₁。

5.根据权利要求1所述的一种LTE系统小区搜索方法，其特征在于：所述步骤S5具体为：在PSS和SSS序列位置n₁、n₂处，前后截取64位数据，再次做滑动自相关运算，最终得到峰值位置为

6.根据权利要求1所述的一种LTE系统小区搜索方法，其特征在于：所述步骤S6具体为：求本地PSS时域信号序列，通过ZC序列重构3组长度为128点的本地PSS时域序列D_pm(n),m＝0,1,2；

与接收信号PSS序列做相关运算：

求出S_pm的最大值，即得到

求本地SSS时域信号序列，重构168组长度为128点的本地SSS时域序D_sm(n),m＝0,1,...,167；

与接收信号SSS序列做相关运算：

7.根据权利要求1所述的一种LTE系统小区搜索方法，其特征在于：所述步骤S7具体为：求本地PSS时域信号序列，通过ZC序列重构3组长度为128点的本地PSS时域序列D_pm(n),m＝0,1,2；

与接收信号PSS序列做相关运算：

求出S_pm的最大值，即得到

求本地SSS时域信号序列，重构168组长度为128点的本地SSS时域序列D_sm(n),m＝0,1,...,167；

与接收信号SSS序列做相关运算：

求出S_sm的最大值对应小区ID号