CN111132272A - 一种5g nr系统小区搜索定时同步方法 - Google Patents

一种5g nr系统小区搜索定时同步方法 Download PDF

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江航
张治中
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Abstract

本发明涉及一种5G NR系统小区搜索定时同步方法，属于通信技术领域。该方法首先利用滤波和降采样处理接受数据，降低了后续滑动相关的计算复杂度，将本地三组PSS序列相加，只需进行一次滑动相关，降低计算量；然后根据M序列的特性进行差分相关，以降低频偏对相关峰值的影响而导致错误检测；最后将差分相关后的数据进行滑动相关，归一化后搜索出主同步信号同步点。5G NR系统对抗频频偏和抗干扰能力有着极高的要求，传统的定时同步方法难以满足5G NR系统对抗频偏和抗干扰能力的需求。本发明解决了5G NR系统中小区搜索定时同步准确度、计算量大的问题，提高了抗频偏和抗干扰能力，实现了主同步信号的快速定时同步的目的。

Description

一种5G NR系统小区搜索定时同步方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，涉及一种5G NR系统小区搜索定时同步方法。
背景技术
5GNR系统对抗频频偏和抗干扰能力有着极高的要求，传统的定时同步方法难以满足5G NR系统对抗频骗和抗干扰能力的需求，故此提出了一种满足5GNR系统的小区搜索定时同步方法。
在5GNR系统中，用户设备(UserEquipment,UE)需要连接基站，必须进行小区搜索获取同步信息，这是一个十分复杂的过程，需要完成时间/频率同步、PSS定时同步、辅同步信号(Secondary Synchronization Signal,SSS)检测、物理广播信道(PhysicalBroadcastChannel,PBCH)解码、接入网络，其中PSS定时同步是必要且十分重要的过程。
5GNR系统中共有1008个物理层小区序列ID，这些物理层小区ID被分成336个小区ID组，每组包含3个不同的ID。每个物理层小区ID可以由小区组内ID号
Figure BDA0002352989660000011
和小区组ID号
Figure BDA0002352989660000012
唯一表示为
Figure BDA0002352989660000013
其中
Figure BDA0002352989660000014
的范围是0到335，
Figure BDA0002352989660000015
的范围是0到2。在不同的物理层小区中，eNB发送不同的同步信号，PSS用于传输小区组内ID号
Figure BDA0002352989660000016
SSS用于传输小区组ID号
Figure BDA0002352989660000017
PSS信号采用二进制相移键控(Binary Phase Shift Keying,2PSK)的M序列，序列长度为127。3组PSS序列通过小区组内ID号
Figure BDA0002352989660000018
进行区分，生成方式如下：
Figure BDA0002352989660000019
式中：dpss(n)为生成PSS序列；x(m)为M序列；m是M序列的变量值。
M序列容易产生、规律性强、有很好的自相关性和较好的互相关特性。
在5G NR系统中，主同步序列PSS和辅同步序列SSS在同步信号块(Synchronisation Signal Block,SSB)里传输，与PBCH一起，配置于固定的时隙位置。5GNR无线帧由固定结构和灵活结构两部分组成，固定结构为1个无线帧，帧长为10ms，一个无线帧分为10个子帧，每个子帧帧长为1ms。
现有的小区搜索定时同步流程一般是先通过滑动相关进行PSS粗同步，获得小区组ID号
Figure BDA0002352989660000021
和粗同步点；然后通过相关的检测方法进行精同步，获取精确的精同步点。在这种传统的方法检测PSS时，每次都需要与本地3组PSS序列进行滑动相关，计算量大。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种5G NR系统小区搜索定时同步方法。首先对接受信号进行滤波降采样处理，降低接受信号的复杂度，将3组PSS本地序列相加，然后在做滑动相关前进行对相加后的本地序列与接受信号进行差分相关处理，最后做归一化，消除奇异样本数据的不良影响，搜索出峰值，即可得到小区ID号。此方法不仅能够提高小区搜索的精确度，还极大的降低了滑动相关运算的复杂度。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种5GNR系统小区搜索定时同步方法，该方法包括以下步骤：
S1：对接收信号进行滤波处理，除去干扰信号；
S2：对滤波后的接受信号直接进行倍数M＝16的降采样，降低接受信号的复杂度,得到时域离散数据r(n)；
S3：对时域离散数据r(n)进行快速傅里叶变化FFT变换，获得其频域数据XNk(m)；
S4：对频域数据XNk(m)进行差分相关，得到XNk1(m)；
S5：对本地3组主同步信号(PrimarySynchronizationSignal,PSS)序列PSS0，PSS1，PSS2相加，得到PSSsum(n)，PSSsum(n)做差分相关后与XNk1(m)进行滑动相关，得到PNk(m)；
S6：对滑动相关后获得的数据进行快速傅里叶逆变化IFFT变换，获得时域数据；
S7：对时域数据进行归一化处理，消除奇异样本数据的不良影响；
S8：对归一化处理后的数据，搜索出峰值，得到小区组内ID号。
可选的，所述步骤S1-S2具体为：对接受信号进行滤波，除去杂波和干扰信号，在未知5GNR系统带宽的情况下，需要对接受到的时域信号以61.44MHz采样率进行采样，为降低计算复杂度，进行16倍降采样得到512个数据点，为PSS离散时域信号r(n)。
可选的，所述步骤S3-S4具体为：由于5G系统经过采样得到的时域离散数据r(n)，本地PSS序列是频域数据，不能直接滑动相关，需要对时域数据r(t)经过FFT，转换为频域数据XNk(m)，
XNk(m)＝fft(r(n)*)M
考虑到频偏对相关峰值的影响，先对接收频域信号XNk(m)进行差分相关，
Figure BDA0002352989660000031
式中：XNk1(m)为频域数据差分相关后生成的序列；XNk(m)为频域数据。
可选的，所述步骤S5具体为：首先对3组PSS本地序列做相加得到和序列PSSsum(n)，然后对和序列PSS(n)做差分相关，得到PSSsum1(n),
PSSsum(n)＝PSS0(n)+PSS1(n)+PSS2(n)
Figure BDA0002352989660000039
最后将PSSsum1(n)与XNk1(m)滑动相关，
Figure BDA0002352989660000032
式中：PSS0(n)、PSS1(n)、PSS2(n)为3组PSS本地序列；PNk(m)为位置m处的相关峰值。
可选的，所述步骤S6-S8具体为：对滑动互相关获得的数据PNk(m)进行IFFT，转换为时域数据，进行归一化处理：
pNk(n)＝ifft(PNk(m))
式中：pNk(n)为P滑动互相关的结果在时域下的集合，n＝0,1,2,...,N-1，
对滑动互相关的结果集合pNk(n)进行归一化的最大值计算，包括以下几个步骤：
计算结果集合所有数据的幅度平方值的和，为：
Figure BDA0002352989660000033
(2)对集合所有数据进行归一化，为：
Figure BDA0002352989660000034
(3)搜索步骤(2)中所有归一化数据的最大值并记录下最大值的索引值，为:
Figure BDA0002352989660000035
式中：
Figure BDA0002352989660000036
为最大值的索引值；c(n)为集合所有数据的归一化数据集合；
Figure BDA0002352989660000037
为归一化数据集合的最大值；
对归一化最大值为
Figure BDA0002352989660000038
进行门限判决，满足判决门限的时刻是估计的半帧定时时刻M0，完成PSS信号检测。
本发明的有益效果在于：首先利用滤波和16倍降采样，除去干扰信号、降低计算复杂度，通过对3组本地PSS序列相加，减少滑相关次数，降低计算量，对频域的接收信号、本地PSS和序列进行差分相关，降低频偏对相关峰值的影响而导致错误检测，从而保证了主同步信号定时同步的精确度。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为SSB块在无线帧中的时域位置；
图2为SSB块映射关系图；
图3为主同步信号定时同步过程流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1可以看到，一个无线帧包含10个子帧，每个子帧中又包含14个OFDM符号，
每个无线帧上的第2-5、8-11位为两个SSB块。
如图2可以看到，每个SSB块占据4个OFDM符号，PSS序列占据SSB块的第一位OFDM符号，子载波号为56-182，占据了127个子载波。
如图3可以看到，S1、对接受信号进行滤波，除去杂波和干扰信号，在未知5G系统带宽的情况下，需要对接受到的时域信号以61.44MHz采样率进行采样，为了降低计算复杂度；
S2、然后进行16倍降采样得到512个数据点，为PSS离散时域信号r(n)；
S3、由于5G系统经过采样得到的时域离散数据r(n)，本地PSS序列是频域数据，
不能直接滑动相关，需要对时域数据r(t)经过FFT，转换为频域数据XNk(m)，
XNk(m)＝fft(r(n)*)M
考虑到频偏对相关峰值的影响，先对接收频域信号XNk(m)进行差分相关，
Figure BDA0002352989660000051
式中：XNk1(m)为频域数据差分相关后生成的序列；XNk(m)为频域数据；
S4、首先对3组PSS本地序列做相加得到和序列PSSsum(n)，然后对和序列PSS(n)做差分相关，得到PSSsum1(n),
PSSsum(n)＝PSS0(n)+PSS1(n)+PSS2(n)
Figure BDA0002352989660000052
最后将PSSsum1(n)与XNk1(m)滑动相关，
Figure BDA0002352989660000053
式中：PSS0(n)、PSS1(n)、PSS2(n)为3组PSS本地序列；PNk(m)为位置m处的相关峰值；
S5、对差分相关得到的本地PSS序列Zu1(m)、频域数据XNk1(m)进行滑动互相关，
Figure BDA0002352989660000054
式中：PNk(m)为位置m处的相关峰值；
S6、对滑动互相关获得的数据PNk(m)进行IFFT，转换为时域数据，便于进行归一化处理：
pNk(n)＝ifft(PNk(m))
式中：pNk(n)为P滑动互相关的结果在时域下的集合，n＝0,1,2,...,N-1；
S7、对滑动互相关的结果集合pNk(n)进行归一化的最大值计算。主要包括以下几个步骤：
(1)计算结果集合所有数据的幅度平方值的和，为：
Figure BDA0002352989660000061
(2)对集合所有数据进行归一化，为：
Figure BDA0002352989660000062
(3)搜索步骤(2)中所有归一化数据的最大值并记录下最大值的索引值，为:
Figure BDA0002352989660000063
式中：
Figure BDA0002352989660000064
为最大值的索引值；c(n)为集合所有数据的归一化数据集合；
Figure BDA0002352989660000065
为归一化数据集合的最大值；
S8、对归一化最大值为
Figure BDA0002352989660000066
进行门限判决，满足判决门限的时刻是估计的半帧定时时刻M0，完成PSS信号检测。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种5G NR系统小区搜索定时同步方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1：对接收信号进行滤波处理，除去干扰信号；
S2：对滤波后的接受信号直接进行倍数M＝16的降采样，降低接受信号的复杂度,得到时域离散数据r(n)；
S3：对时域离散数据r(n)进行快速傅里叶变化FFT变换，获得其频域数据XNk(m)；
S4：对频域数据XNk(m)进行差分相关，得到XNk1(m)；
S5：对本地3组主同步信号(Primary Synchronization Signal,PSS)序列PSS0，PSS1，PSS2相加，得到PSSsum(n)，PSSsum(n)做差分相关后与XNk1(m)进行滑动相关，得到PNk(m)；
S6：对滑动相关后获得的数据进行快速傅里叶逆变化IFFT变换，获得时域数据；
S7：对时域数据进行归一化处理，消除奇异样本数据的不良影响；
S8：对归一化处理后的数据，搜索出峰值，得到小区组内ID号。
2.根据权利要求1所述的一种5G NR系统小区搜索定时同步方法，其特征在于：所述步骤S1-S2具体为：对接受信号进行滤波，除去杂波和干扰信号，在未知5G NR系统带宽的情况下，需要对接受到的时域信号以61.44MHz采样率进行采样，为降低计算复杂度，进行16倍降采样得到512个数据点，为PSS离散时域信号r(n)。
3.根据权利要求1所述的一种5G NR系统小区搜索定时同步方法，其特征在于：所述步骤S3-S4具体为：由于5G系统经过采样得到的时域离散数据r(n)，本地PSS序列是频域数据，不能直接滑动相关，需要对时域数据r(t)经过FFT，转换为频域数据XNk(m)，
XNk(m)＝fft(r(n)*)M
考虑到频偏对相关峰值的影响，先对接收频域信号XNk(m)进行差分相关，
Figure FDA0002352989650000011
式中：XNk1(m)为频域数据差分相关后生成的序列；XNk(m)为频域数据。
4.根据权利要求1所述的一种5GNR系统小区搜索定时同步方法，其特征在于：所述步骤S5具体为：首先对3组PSS本地序列做相加得到和序列PSSsum(n)，然后对和序列PSS(n)做差分相关，得到PSSsum1(n),
PSSsum(n)＝PSS0(n)+PSS1(n)+PSS2(n)
Figure FDA0002352989650000012
最后将PSSsum1(n)与XNk1(m)滑动相关，
Figure FDA0002352989650000021
式中：PSS0(n)、PSS1(n)、PSS2(n)为3组PSS本地序列；PNk(m)为位置m处的相关峰值。
5.根据权利要求1所述的一种5GNR系统小区搜索定时同步方法，其特征在于：所述步骤S6-S8具体为：对滑动互相关获得的数据PNk(m)进行IFFT，转换为时域数据，进行归一化处理：
pNk(n)＝ifft(PNk(m))
式中：pNk(n)为P滑动互相关的结果在时域下的集合，n＝0,1,2,...,N-1，
对滑动互相关的结果集合pNk(n)进行归一化的最大值计算，包括以下几个步骤：
计算结果集合所有数据的幅度平方值的和，为：
Figure FDA0002352989650000022
(2)对集合所有数据进行归一化，为：
Figure FDA0002352989650000023
(3)搜索步骤(2)中所有归一化数据的最大值并记录下最大值的索引值，为:
Figure FDA0002352989650000024
式中：
Figure FDA0002352989650000025
为最大值的索引值；c(n)为集合所有数据的归一化数据集合；
Figure FDA0002352989650000026
为归一化数据集合的最大值；
对归一化最大值为
Figure FDA0002352989650000027
进行门限判决，满足判决门限的时刻是估计的半帧定时时刻M0，完成PSS信号检测。
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