CN111064688A - 一种5g系统小区搜索的ss/pbch块完全检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及移动通信技术领域，具体涉及一种5G系统小区搜索的SS/PBCH块完全检测方法，包括利用循环卷积方法获得同步点位置以及物理小区组内号；利用基于CP的符号同步方法提升检测精度，获取精确的SS/PBCH块起始位置；提取接收的频域SSS，完成SSS检测获得估计发出的SSS以及估计的物理小区组号；计算物理小区标识，解资源映射获取接收的DMRS、PBCH数据；构造串行的本地8组DMRS信号与接收DMRS进行滑动互相关并利用最大似然判决估计出发送的DMRS用于PBCH信道估计、信号检测、PBCH解析；本发明降低了PSS检测、PBCH解析的计算复杂度，提升了SS/PBCH块完全检测的整体性能，有利于硬件实现。

Description

一种5G系统小区搜索的SS/PBCH块完全检测方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，具体涉及一种5G系统小区搜索的同步信号/物理广播信道(Synchronization Signal/Physical Broadcast Channel，SS/PBCH)块完全检测方法。

背景技术

5G作为新一代移动通信网络定义了增强移动宽带、大规模物联网和超高可靠低时延通信三大应用场景。增强移动宽带场景是对移动通信数据业务的进一步増强，旨在进一步提高系统速率；大规模物联网场景通常是低速率小包传输，提供大连接业务以满足万物互联的要求；超高可靠低时延通信主要面向控制领域，为低时延高可靠的通信提供保障。5G引入了毫米波频段且带宽最大可达400M以提供高数据传输速率，5G将主同步信号(PrimarySynchronization Signal，PSS)、辅同步信号(Secondary Synchronization Signal，SSS)和PBCH绑定构造全新的SS/PBCH并根据不同的子载波间隔与载波频率定义了5种SS/PBCH块模式来指定基站发射SS/PBCH块的时机，采用的大规模MIMO技术实现了SS/PBCH块的波束赋形发射以提升用户设备与基站建立通信的效率。

小区搜索是用户设备开机的第一步，它通过检测PSS、SSS获取当前小区号，通过解析PBCH信道获取SS/PBCH块的索引从而确定数据帧的起始位置。用户设备只有完全检测SS/PBCH块才能与基站达成下行时频同步，同步性能对整个通信系统产生决定性影响，高效且精确的同步是通信系统实现可靠数据传输的前提。现有的SS/PBCH块完全检测方案在PSS检测阶段计算复杂度过高，在SS/PBCH块的解资源映射过程复杂抽象不利于硬件实现，在PBCH解析阶段采用遍历的方式使计算复杂度过高。

发明内容

为了降低计算复杂度和提升小区搜索成功概率，本发明提出一种5G系统小区搜索的SS/PBCH块完全检测方法，包括以下步骤：

S1、利用循环卷积进行PSS检测及正交频分复用(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，OFDM)符号同步，获得同步点位置以及物理小区组内号；

S2、利用基于CP的符号同步方法对PSS所在OFDM符号进行二次符号同步提升检测精度，获取精确的SS/PBCH块起始位置；

S3、提取接收的频域SSS，并与串行的本地336组频域SSS序列进行滑动互相关运算，完成SSS检测获得估计发出的SSS以及估计的物理小区组号；

S4、计算物理小区标识，简化SS/PBCH块的解资源映射过程以获取接收的解调参考信号(Demodulation Reference Signal，DMRS)、PBCH数据；

S5、构造串行的本地8组DMRS信号与接收DMRS进行滑动互相关并利用最大似然判决估计得到发送的DMRS信号，对估计的发送DMRS与接收的DMRS使用最小二乘方法与线性插值方法完成信道估计后进行PBCH信道检测与解析

进一步的，利用循环卷积进行PSS检测及OFDM符号同步的过程包括：

将接收数据的虚部以下采样后的OFDM符号为单位做FFT运算变换到频域；

将本地频域PSS信号两端补零至下采样后OFDM符号样点数使PSS位于所有样点中心，并将PSS循环后移半个符号的样点；

将本地频域PSS分别与接收频域数据的每一个OFDM符号进行复数乘法；

利用最大似然判决准则估计出初始同步点、物理小区组内号；

将估计的初始同步点乘下采样步长并前移一个OFDM符号长度以获取真正的同步点，完成PSS检测及OFDM符号同步。

进一步的，获取精确的SS/PBCH块起始位置的过程包括：将同步点向前移动2个循环前缀(Cyclic Prefix，CP)长度后，提取固定长度的接收数据进行基于CP的符号同步运算，获取PSS所在符号的CP起始位置，即精确的SS/PBCH块时域起始位置。

进一步的，SSS检测过程包括：

根据精确的SS/PBCH块起始位置计算出SSS所在符号的起始位置并提取OFDM符号做FFT变换到频域后得到频域SSS；

根据物理小区组内号构造串行的本地336组频域SSS序列与接收频域SSS做频域滑动互相关运算；

使用最大似然判决准则估计出物理小区组号，完成SSS检测。

进一步的，获取接收的DMRS、PBCH数据的过程包括：

根据PSS检测及OFDM符号同步获取的物理小区组内号和SSS检测获得的估计的物理小区组号计算物理小区标识；

根据SS/PBCH块起始位置提取完整SS/PBCH块数据并以串行方式缓存，并记录数据样点位置集合；

根据物理小区标识计算出DMRS初始偏移，利用该初始偏移计算出PSS、SSS、DMRS和置零数据在SS/PBCH块串行形式中的位置集合；

使用位置集合G-(P∪S∪D∪O)提取出接收的PBCH、使用获得的位置集合D提取出接收的DMRS；

其中，P表示PSS相对于SS/PBCH块位置集合G的位置集合；S表示SSS相对于SS/PBCH块位置集合G的位置集合；D表示DMRS相对于SS/PBCH块位置集合G的位置集合；O表示置零数据相对于SS/PBCH块位置集合G的位置集合。

进一步的，步骤S5包括：

5G下行接收机根据当前频点与子载波间隔确定SS/PBCH块最大候选集数；

使用SS/PBCH块最大候选集数与物理小区标识计算串行的本地8组DMRS信号与接收DMRS进行频域滑动互相关；

对相关结果进行最大似然判决估计出发送的DMRS信号及其索引；

使用DMRS信号的索引对应的本地DMRS与接收DMRS进行信道估计、信号检测获得均衡后的PBCH信道数据；

将最坏情况下的8次信道估计、信号检测、PBCH解析缩减为1次即可完成SS/PBCH块的完全检测。

本发明公开了一种应用于5G系统小区搜索的SS/PBCH块完全检测方法，主要针对5G系统小区搜索过程涉及到的新定义的灵活子载波间隔和主辅同步信号构造方式，制定符合3GPP协议且快速高效的SS/PBCH块完全检测方法对于5G下行接收机研发非常迫切。本发明在SS/PBCH块的三个检测阶段分别给出了快速灵活的数据预处理方式与检测方法，将数学中的集合运用于解资源映射阶段简化了处理流程，提出的方法降低了PSS检测、PBCH解析的计算复杂度，提升了SS/PBCH块完全检测的整体性能，有利于硬件实现。

附图说明

图1是本发明一种5G系统小区搜索的SS/PBCH块完全检测方法流程图；

图2是本发明中采用的滑动互相关原理示意图；

图3是本发明与现有的技术相比PBCH信道简化处理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出一种5G系统小区搜索的SS/PBCH块完全检测方法，如图1，包括以下步骤：

S1、利用循环卷积进行PSS检测及OFDM符号同步，获得同步点位置以及物理小区组内号；

S2、利用基于CP的符号同步方法对PSS所在OFDM符号进行二次符号同步提升检测精度，获取精确的SS/PBCH块起始位置；

S3、提取接收的频域SSS，并与串行的本地336组频域SSS序列进行滑动互相关运算，完成SSS检测获得估计发出的SSS以及估计的物理小区组号；

S4、计算物理小区标识，简化SS/PBCH块的解资源映射过程以获取接收的DMRS、PBCH数据；

S5、构造串行的本地8组DMRS信号与接收DMRS进行滑动互相关并利用最大似然判决估计得到发送的DMRS信号，对估计的发送DMRS与接收的DMRS使用最小二乘方法与线性插值方法完成信道估计后进行PBCH信道检测与解析

5G下行接收机首先将接收的空口数据进行A/D变换、数字下变频、滤波等操作后变为基带信号，再使用本发明提出的SS/PBCH块完全检测方法进行小区搜索。PSS检测阶段使用循环卷积替代时域滑动互相关估计物理小区组内号

OFDM符号同步，在此阶段不将本地的PSS频域序列变换到时域，而是将下采样后的接收时域数据的虚部进行FFT变换到频域与补零循环后移的本地PSS以OFDM符号为单位进行复数乘法。使用基于CP的符号同步方法进行二次符号同步以校正SS/PBCH块起始位置t_SSB，利用精确的t_SSB提取接收SSS时域数据做FFT变换到频域与预处理后的本地频域SSS序列进行步长为127的滑动互相关后进行最大似然判决获取物理小区组号

运用数学的集合思维简化解资源映射得到接收的DMRS、PBCH，再生成串行的本地8组DMRS与接收的DMRS进行步长为144的频域滑动互相关得到发送的DMRS索引

最后执行PBCH信道估计、信号检测、解析，根据MIB确定的SS/PBCH块索引并结合当前的SS/PBCH模式计算出数据帧的帧头位置，完成小区搜索过程。

例如：现有空口一帧基带数据，SS/PBCH块模式为Case C,使用122.88M采样率，FFT点数N＝4096，CP长度N_cp＝288，5G下行接收机执行本发明公开的一种应用于5G系统小区搜索的SS/PBCH块完全检测方法。

在本发明中，序列f(n)与g(n)时域互相关运算公式可用下式表示：

其中，符号

代表卷积。

在本实施例中，5G下行接收机首先基于奈奎斯特采样定理以固定的步长

对接收数据r(n)下采样得到r(nτ)，其中N为OFDM符号数据样点数，利用循环卷积进行PSS检测及OFDM符号同步，获得同步点位置以及物理小区组内号包括：

以固定的步长

对接收数据r(n)下采样得到r(nτ)，将r(nτ)的虚部做

点FFT运算变换到频域得到R(m)；

将本地频域PSS信号两端分别补

个零后使PSS位于所有样点中心后再循环后移

个数据样点得到本地频域PSS序列P(m)；

将P(m)与R(m)以N'点为单位进行对应样点复数乘法运算得到X_i(n)i＝0,1,2；

根据

可得同步点

物理小区组内号

在本实施例中，获取精确的SS/PBCH块起始位置的过程包括：

从位置t_pss-2N_cp开始对接收数据r(n)截取2(N+N_cp)样点数据a(n)；

对a(n)执行

运算，根据最大似然判决准则

估计出SS/PBCH块的时域起始位置

至此提升了OFDM符号同步的检测精度；

其中，*为共轭运算。

在本实施例中，SSS检测过程包括：

根据t_SSB计算出SSS所在符号的起始位置并提取时域SSS做N点FFT变换到频域后得到频域SSS序列Rs(n)；

由

构造串行的本地336组SSS序列Ls(n)；

使用Ls(n)以步长127对Rs(n)进行频域滑动互相关运算：

使用最大似然判决准则

估计出物理小区组号

在本实施例中，获取接收的DMRS、PBCH数据的过程包括：

根据PSS检测及OFDM符号同步获取的物理小区组内号和SSS检测获得的估计的物理小区组号计算物理小区标识，即

根据t_SSB提取完整SS/PBCH块数据并以串行方式缓存并记录数据样点以1起始的递增位置集合G；

计算DMRS初始偏移

根据V_shift计算出PSS、SSS、DMRS和置零数据相对于SS/PBCH块位置集合G的位置集合P、S、D和O；

使用位置集合D与G-(P∪S∪D∪O)分别提取接收的DMRS、PBCH。

在本实施例中，进行完全检测包括：

SS/PBCH块最大候选集数L_max＝8，使用L_max与

计算出串行的本地8组DMRS序列Ld(n)；

将接收的DMRS序列Rd(n)与Ld(n)进行步长为144频域滑动互相关运算：

使用最大似然判决准则

估计出发送的DMRS信号及其索引

使用

对应的本地DMRS进行PBCH信道估计、信号检测，解析；

至此结束，此实施例说明了给定参数配置下本发明的具体实施方法。

在本发明实施例中采用的滑动互相关原理如图2，首先DATA2与DATA1起始位置对齐，然后对应数据相乘，再进行累加得到一次滑动互相关运算结果；再将DATA2向后按步长移动，重复乘累加运算得到第二次滑动互相关运算结果；其中DATA2按步长移动意思是：DATA2第一个数据与DATA1第步长个数据对齐。

如图3，是本发明与现有技术的对比图3中左图是现有技术的一般方法，需要遍历本地8组DMRS，分别进行信道估计、信号检测、解调等步骤，作对停止；右图是本发明方法，右图画圈位置就是本发明的步骤S5的内容，先估计出基站发送的是哪一组DMRS，使用估计DMRS进行信道估计、信号检测等过程，只需将整个流程走一次。左图最坏情况下需要将整个流程走8次。至于信道估计、信号检测等流程不做约束、涉及。由此看来本发明流程相较于传统一般方法更加简单、快捷。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种5G系统小区搜索的SS/PBCH块完全检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、利用循环卷积进行主同步信号PSS检测及正交频分复用OFDM符号同步，获得同步点位置以及物理小区组内号；

S2、利用基于循环前缀CP的符号同步方法对PSS所在OFDM符号进行二次符号同步提升检测精度，获取精确的SS/PBCH块起始位置；

S3、提取二次同步后接收的频域SSS，并与串行的本地336组频域SSS序列进行滑动互相关运算，完成SSS检测获得估计的发送SSS以及估计的物理小区组号；

S4、计算物理小区标识，简化SS/PBCH块的解资源映射过程以获取接收的解调参考信号DMRS、物理层广播信道PBCH数据；

S5、构造串行的本地8组DMRS信号与接收DMRS进行滑动互相关并利用最大似然判决估计得到发送的DMRS信号，对估计的发送DMRS与接收的DMRS使用最小二乘方法与线性插值方法完成信道估计后进行PBCH信道检测与解析。

2.根据权利要求1所述的一种5G系统小区搜索的SS/PBCH块完全检测方法，其特征在于，利用循环卷积进行PSS检测及OFDM符号同步的过程包括：

将接收数据的虚部以下采样后的OFDM符号为单位做FFT运算变换到频域；

将本地频域PSS信号两端补零至下采样后OFDM符号样点数使PSS位于所有样点中心，并将PSS循环后移半个符号的样点；

将本地频域PSS分别与接收频域数据的每一个OFDM符号进行复数乘法；

利用最大似然判决准则估计出初始同步点、物理小区组内号；

将估计的初始同步点乘下采样步长并前移一个OFDM符号长度以获取真正的同步点，完成PSS检测及OFDM符号同步。

3.根据权利要求2所述的一种5G系统小区搜索的SS/PBCH块完全检测方法，其特征在于，同步点和物理小区组内号表示为：

X_i(n)＝R^*(N'·t+m)·P_i(m),1≤m≤N'；

其中，t_pss表示同步点位置；t表示接收数据OFDM符号索引；

表示运算结果最大值对应的位置；N表示OFDM符号FFT点数；

表示物理小区组内号；

表示估计的小区组内号；X_i(n)表示小区组内号i对应的本地PSS与接收数据运算结果；P_i(m)表示小区组内号i对应的预处理后的本地PSS序列；R^*(N'·t+m)表示取共轭后的频域接收数据；N'表示下采样后的FFT点数。

4.根据权利要求1所述的一种5G系统小区搜索的SS/PBCH块完全检测方法，其特征在于，获取精确的SS/PBCH块起始位置的过程包括：将同步点向前移动2个CP长度后，提取固定长度的接收数据进行基于CP的符号同步运算，获取PSS所在符号的CP起始位置，即精确的SS/PBCH块时域起始位置。

5.根据权利要求4所述的一种5G系统小区搜索的SS/PBCH块完全检测方法，其特征在于，精确的SS/PBCH块时域起始位置表示为：

其中，t_SSB表示精确的SS/PBCH块时域起始位置；N_cp表示CP样点数；a(n)表示截取后的时域接收数据；N表示OFDM符号FFT点数。

6.根据权利要求1所述的一种5G系统小区搜索的SS/PBCH块完全检测方法，其特征在于，SSS检测过程包括：

根据精确的SS/PBCH块起始位置计算出SSS所在符号的起始位置并提取OFDM符号做FFT变换到频域后得到频域SSS；

根据物理小区组内号构造串行的本地336组频域SSS序列与接收频域SSS做频域滑动互相关运算；

使用最大似然判决准则估计出物理小区组号，完成SSS检测。

7.根据权利要求6所述的一种5G系统小区搜索的SS/PBCH块完全检测方法，其特征在于，估计得到的物理小区组号表示为：

其中，

为估计得到的物理小区组号；Rs^*(n)表示取共轭后的接收频域SSS序列；Ls(127·j+n)表示本地频域SSS序列。

8.根据权利要求1所述的一种5G系统小区搜索的SS/PBCH块完全检测方法，其特征在于，获取接收的DMRS、PBCH数据的过程包括：

根据PSS检测及OFDM符号同步获取的物理小区组内号和SSS检测获得的估计的物理小区组号计算物理小区标识；

根据SS/PBCH块起始位置提取完整SS/PBCH块数据并以串行方式缓存，并记录数据样点位置集合；

根据物理小区标识计算出DMRS初始偏移，利用该初始偏移计算出PSS、SSS、DMRS和置零数据在SS/PBCH块串行形式中的位置集合；

使用位置集合G-(P∪S∪D∪O)提取出接收的PBCH、使用获得的位置集合D提取出接收的DMRS；

其中，P表示PSS相对于SS/PBCH块位置集合G的位置集合；S表示SSS相对于SS/PBCH块位置集合G的位置集合；D表示DMRS相对于SS/PBCH块位置集合G的位置集合；O表示置零数据相对于SS/PBCH块位置集合G的位置集合。

9.根据权利要求1所述的一种5G系统小区搜索的SS/PBCH块完全检测方法，其特征在于，步骤S5包括：

5G下行接收机根据当前频点与子载波间隔确定SS/PBCH块最大候选集数；

使用SS/PBCH块最大候选集数与物理小区标识计算串行的本地8组DMRS信号与接收DMRS进行频域滑动互相关；

对相关结果进行最大似然判决估计出发送的DMRS信号及其索引；

使用DMRS信号的索引对应的本地DMRS与接收DMRS进行信道估计、信号检测获得均衡后的PBCH信道数据。

10.根据权利要求1所述的一种5G系统小区搜索的SS/PBCH块完全检测方法，其特征在于，本地8组DMRS信号与接收DMRS进行频域滑动互相关表示为：

其中，T(k)表示频域滑动互相关运算结果；Ld^*(144·k+n)表示取共轭后的本地DMRS序列；Rd(n)表示接收的DMRS序列。

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