CN112351474B - 一种快速搜索5g小区同步频点的方法、系统及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种快速搜索5G小区同步频点的方法、系统以及存储介质，其可以降低小区搜索的计算复杂度，能够在一个极短的周期内获得结果，提高了小区搜索的速度，方法包括以下步骤：步骤1：接收输入的信号数据，对输入的信号数据进行缓存，将缓存的信号数据步进输出；步骤2：将步进输出的信号数据进行FFT变换，获取频域数据；步骤3：将获得的频域数据与主同步信号进行滑动相关，获取相关值的峰值数据；步骤4：在一个设定时间周期内，取峰值数据中的最大值作为同步频点。

Description

一种快速搜索5G小区同步频点的方法、系统及存储介质
技术领域
本发明涉及5G通讯技术领域，具体涉及一种快速搜索5G小区同步频点的方法、系统及存储介质。
背景技术
与4G LTE不同，5G NR中SSB（Synchronization Signal and PBCH block，同步信息块)的时域位置和频域位置都不再固定，而是灵活可变的。频域上，SSB不再固定于频带中间。不同于普通的UE可以按照同步栅格来搜寻可用小区，仪表产品必须逐SCS来搜索所有可能的频点，这个过程大大增加了搜索运算量。为了在有限的时间内确认SSB所在时频位置，需要找到一种快速搜索频点的方法。
通过小区搜索获取同步信息，是一个复杂的过程，需要完成主同步信号PSS定时同步、辅同步信号检测、物理广播信道PBCH解码，其中主同步信号PSS定时同步首要完成的步骤。
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。
5G NR PSS是3组长度为127的序列，将其做256点IFFT变换到时域后，得到3组256点的序列。如公开号为CN111132272A的中国发明专利申请公开了一种5G NR系统小区搜索定时同步方法，PSS的检测可用时域滑动相关法，将信号抽取降采样率到256*SCS后，做256点滑动相关来实现粗同步。
在整个频谱范围搜索频谱范围时，因为不确认SSB在哪个频点，现有技术中，输入数据以SCS为步进间隔逐点扫描，经过频谱搬移，降采样滤波，并行三组PSS 256点滑动相关，记录20ms周期内最大值后，再步进到下一频点，循环往复，直至遍历整个频谱范围。搜索时间等于 20ms乘以待测频点，20M带宽、15K SCS的待测频点多达上千个，搜索时间大于 20秒。为了加速这个工程，可以多个频点并行计算，只是资源消耗也会相应倍增，资源消耗大。
发明内容
鉴于传统的时域相关法在整个频谱范围搜索小区频点时，耗时过久的弊端，本发明提出一种快速搜索5G小区同步频点的方法、系统及存储介质，其可以降低小区搜索的计算复杂度，能够在一个极短的周期内获得结果，提高了小区搜索的速度。
其技术方案是这样的：一种快速搜索5G小区同步频点的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：接收输入的信号数据，对输入的信号数据进行缓存，将缓存的信号数据步进输出；
步骤2：将步进输出的信号数据进行FFT变换，获取频域数据；
步骤3：将获得的频域数据与主同步信号进行滑动相关，获取相关值的峰值数据；
步骤4：在一个设定时间周期内，取峰值数据中的最大值作为同步频点。
进一步的，在步骤1中，按照设定时间周期，缓存输入的信号数据，按照设定的步进间隔，将缓存的信号数据输出。
进一步的，在步骤1中，按照设定时间周期，缓存输入的信号数据，具体包括：通过存储器缓存输入的信号数据。
进一步的，在步骤1中，通过外部DDR存储器缓存输入的信号数据。
进一步的，在步骤1中，将输入的信号数据分组放入缓冲区进行缓存，每个缓冲区中的信号数据分别单独输出。
进一步的，在步骤1中，步进输出的信号数据的长度等于FFT变换长度。
进一步的，在步骤2中，将步进输出的信号数据进行FFT变换，获取频域数据，具体包括：对于每个缓冲区输出的信号数据，分别采用不同的FFT变换模块进行FFT变换，获得频域数据。
进一步的，在步骤2中，将步进输出的信号数据进行FFT变换，获取频域数据，具体包括：对于每个缓冲区输出的信号数据，通过分时工作的方式，采用FFT变换模块进行FFT变换，获得频域数据。
进一步的，在步骤3中，将获得的频域数据与主同步信号进行滑动相关，获取相关值的峰值数据，具体包括：将获得的频域数据同时送入3组主同步信号匹配滤波器进行滑动相关，取3组中的相关值的最大值作为峰值数据。
一种快速搜索5G小区同步频点的系统，其特征在于，包括通讯连接的：
缓存模块，用于接收输入的信号数据，对输入的信号数据进行缓存，将缓存的信号数据步进输出；
FFT模块，用于将步进输出的信号数据进行FFT变换，获取频域数据；
滑动相关模块，用于将获得的频域数据与主同步信号进行滑动相关，获取相关值的峰值数据；
取最值模块，用于在一个设定时间周期内，取峰值数据中的最大值作为同步频点。
一种计算机可读储存介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，计算机程序被处理器执行时实现如上述的快速搜索5G小区同步频点的方法。
本发明具有以下优点：
1、通过采用本发明的方法，小区搜索时间大大缩短，采用外部存储器作为缓存结构，不担心数据丢失，可以根据情况配置资源，在一个周期时间内完成搜索过程。
2、缓存数据利用内部缓冲区进行实时处理，最短一个20ms周期即可得到SSB可能的频点，提高了小区搜索的速度。
3、频域直接匹配，不需要滤波处理和降采样，防止降采样过程中的频谱混叠，可以完整的搜索整个频谱范围，提高了小区搜索的准确性，不需要再对输入数据做降采样抽取到 256*SCS 数据率，主同步信号相关长度从时域的256降为频域的127点，减少计算复杂度。
附图说明
图1为本发明的一种快速搜索5G小区同步频点的方法的主要步骤示意图；
图2为具体实施例1的快速搜索5G小区同步频点的方法的流程示意图；
图3为具体实施例2的快速搜索5G小区同步频点的方法的流程示意图；
图4为本发明的一种快速搜索5G小区同步频点的系统的组成框图。
具体实施方式
见图1，本发明的一种快速搜索5G小区同步频点的方法，至少包括以下步骤：
步骤1：接收输入的信号数据，对输入的信号数据进行缓存，将缓存的信号数据步进输出；
步骤2：将步进输出的信号数据进行FFT变换，获取频域数据；
步骤3：将获得的频域数据与主同步信号进行滑动相关，获取相关值的峰值数据；
步骤4：在一个设定时间周期内，取峰值数据中的最大值作为同步频点。
具体实施例1：
见图2，具体在本实施例中，本发明的一种快速搜索5G小区同步频点的方法，包括以下步骤：
在步骤1中，具体的，可以设置时间周期为20ms，按照设定时间周期，通过外部DDR存储器缓存输入的信号数据，按照设定的步进间隔，将缓存的信号数据输出。
因为搜索频点时还没有建立下行同步，不能确定symbol边界，无法确认用于FFT的数据是否是一个完整symbol的数据。所以只能用试探的方式，每次步进一定点数做FFT变换，在本实施例中，步进间隔可以选择为CP/2，这样滑动过程中，肯定至少有一次能落入正确的边界中，CP为循环前缀，是指一个符号前缀，无线系统中这个前缀在OFDM末端是重复的，接收端通常配置是丢弃循环前缀样本，CP 可用于抵消多重路径传输影响，按照步进间隔，将缓存的数据，分割成多组长度固定为FFT变换长度的数据，再由FFT变换模块实时处理。
在步骤2中：将步进输出的信号数据进行FFT变换，获取频域数据；
具体在步骤2中，FFT变换是通过FPGA内部的FFT变换模块实现的，由于在本实施例中，输入的数据是通过外部DDR存储器缓存的，为此，最少可以配置只要一个FFT变换模块，缓存20ms数据，带来的20ms的大缓存结构，因为不担心数据丢失，可以根据情况配置资源，在一定时间内完成搜索过程。
步骤3：将获得的频域数据与主同步信号进行滑动相关，获取相关值的峰值数据；为了保证实时性，FFT变换后的频域数据同时送入3组PSS匹配滤波器，保存3组中的最大值，在本实施例中，直接在频域做相关，主同步信号相关长度从时域的256降为频域的127点，PSS相关模块能够在下一次FFT变换结果前完成频域内频点相关，达到了实时处理目的。
步骤4：在一个设定时间周期内，取峰值数据中的最大值作为同步频点，在本实施例中，进行小区搜索时，可以假设SSB Burst Set的周期为20ms，搜索20ms的数据，取最大相关值的频点，交由后续模块做进一步判断。
具体实施例2：
见图3，具体在本实施例中，本发明的一种快速搜索5G小区同步频点的方法，包括以下步骤：
在步骤1中，利用FPGA内部循环buffer缓存区，以步进间隔，将输入的信号数据分组放入缓冲区进行缓存，每个缓冲区中的信号数据分别单独输出，每个缓冲区的信号数据的长度等于FFT变换长度，作为FFT变换模块准备输入数据。
缓存是为了后续的FFT变换模块可以得到全速输入以便全速运行。如果输入数据速率和工作频率一致，那就不需要做缓存，只要给FFT变换模块输入不同相位的数据使能信号即可。但一般情况下，数据速率小于FPGA工作频率，而且两者是整数倍数关系。这时候，对于低速输入的数据，需要增加一个乒乓缓存结构，低速入全速出，让后续的FFT变换模块全速运转起来。缓存使用乒乓缓存结构，以两倍数据比率为例，当输入数据填满一个FFT变换长度时，启动全速读取，读完一个FFT变换长度后，写入刚刚填满FFT一半的变换长度，剩下的时间完全足够偏移1/16的FFT变换长度，再读取一个FFT变换长度，也不会发生数据覆盖。
输出数据块长度等于FFT变换长度Nu。Nu与数据速率、SCS有关。
在步骤2中：将步进输出的信号数据进行FFT变换，获取频域数据；
具体在步骤2中，FFT变换是通过FPGA内部的FFT变换模块实现的，由于在本实施例中，考虑到实现效率，将步进间隔设置为 Nu/16，Nu为FFT变换长度，故实时计算最多需要16个FFT变换模块来完成。
步骤3：将获得的频域数据与主同步信号进行滑动相关，获取相关值的峰值数据；为了保证实时性，FFT变换后的频域数据同时送入3组PSS匹配滤波器，保存3组中的最大值，在本实施例中，直接在频域做相关，主同步信号相关长度从时域的256降为频域的127点，PSS相关模块能够在下一次FFT变换结果前完成频域内频点相关，达到了实时处理目的。
步骤4：在一个设定时间周期内，取峰值数据中的最大值作为同步频点，在本实施例中，进行小区搜索时，可以假设SSB Burst Set的周期为20ms，搜索20ms的数据，取最大相关值的频点，交由后续模块做进一步判断。
具体实施例3：
具体在本实施例中，本发明的一种快速搜索5G小区同步频点的方法，包括以下步骤：
在步骤1中，利用FPGA内部循环buffer缓存区，以步进间隔，将输入的信号数据分组放入缓冲区进行缓存，每个缓冲区中的信号数据分别单独输出，作为FFT变换模块准备输入数据。
在步骤2中：通过分时工作的方式，采用一个FFT变换模块进行FFT变换，获得频域数据；
具体在步骤2中，FFT变换是通过FPGA内部的FFT变换模块实现的，由于在本实施例中，考虑到实现效率，将步进间隔设置为 Nu/16，Nu为FFT变换长度；
在FPGA内部，数据速率和工作频率一般是不同的，故在本实施例中，两者间的差异可以用分时工作的方式，减少实际消耗的FFT变换模块数。例如，数据率等于30.72MSPS、工作频率等于491.52MHz时，FFT变换模块的个数就等于 16 * 30.72/491.52= 1 个。
步骤3：将获得的频域数据与主同步信号进行滑动相关，获取相关值的峰值数据；为了保证实时性，FFT变换后的频域数据同时送入3组PSS匹配滤波器，保存3组中的最大值，在本实施例中，直接在频域做相关，主同步信号相关长度从时域的256降为频域的127点，PSS相关模块能够在下一次FFT变换结果前完成频域内频点相关，达到了实时处理目的。
步骤4：在一个设定时间周期内，取峰值数据中的最大值作为同步频点，在本实施例中，进行小区搜索时，可以假设SSB Burst Set的周期为20ms，搜索20ms的数据，取最大相关值的频点，交由后续模块做进一步判断。
见图4，在本发明的实施例中，还提供了一种快速搜索5G小区同步频点的系统，包括通讯连接的：
缓存模块100，用于接收输入的信号数据，对输入的信号数据进行缓存，将缓存的信号数据步进输出；
FFT模块200，用于将步进输出的信号数据进行FFT变换，获取频域数据；
滑动相关模块300，用于将获得的频域数据与主同步信号进行滑动相关，获取相关值的峰值数据，具体的，滑动相关模块300将获得的频域数据同时送入3组主同步信号匹配滤波器进行滑动相关，取3组中的相关值的最大值作为峰值数据；
取最值模块400，用于在一个设定时间周期内，取峰值数据中的最大值作为同步频点。
在一个实施例中，缓存模块100按照设定时间周期，通过外部DDR存储器缓存输入的信号数据，按照设定的步进间隔，将缓存的信号数据输出，步进输出的信号数据的长度等于FFT变换长度。
在另一个实施例中，缓存模块100，将输入的信号数据分组放入缓冲区进行缓存，每个缓冲区中的信号数据分别单独输出，缓冲区的信号数据的长度等于FFT变换长度，对于每个缓冲区输出的信号数据，分别采用不同的FFT变换模块进行FFT变换，获得频域数据，在另一个实施例中，对于每个缓冲区输出的信号数据，通过分时工作的方式，采用FFT变换模块进行FFT变换，获得频域数据。
在本发明一个实施例中，还提的一种计算机可读储存介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，程序被处理器执行时实现如上述的快速搜索5G小区同步频点的方法。
本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、系统、和计算机程序产品的流程图和/或框图来描述的。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图和/或中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图中指定的功能的步骤。
可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的数据处理程序，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。数据处理程序可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
以上对本发明所提供的快速搜索5G小区同步频点的系统、快速搜索5G小区同步频点的方法、一种计算机可读存储介质的应用进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种在整个频谱范围中快速搜索5G小区同步频点的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：按照设定时间周期，将输入的信号数据分组放入缓冲区进行缓存，按照设定的步进间隔，每个缓冲区中的信号数据分别单独输出，步进输出的信号数据的长度等于FFT变换长度, 步进间隔设置为 Nu/16，Nu为FFT变换长度；
步骤2：将步进输出的信号数据进行FFT变换，获取频域数据，具体包括：对于每个缓冲区输出的信号数据，通过分时工作的方式，采用FFT变换模块进行FFT变换，获得频域数据；
步骤3：将获得的频域数据与主同步信号进行滑动相关，获取相关值的峰值数据；
步骤4：在一个设定时间周期内，取峰值数据中的最大值作为同步频点。
2.根据权利要求1所述的一种在整个频谱范围中快速搜索5G小区同步频点的方法，其特征在于：在步骤3中，将获得的频域数据与主同步信号进行滑动相关，获取相关值的峰值数据，具体包括：将获得的频域数据同时送入3组主同步信号匹配滤波器进行滑动相关，取3组中的相关值的最大值作为峰值数据。
3.一种在整个频谱范围中快速搜索5G小区同步频点的系统，其特征在于，包括通讯连接的：
缓存模块，用于按照设定时间周期，将输入的信号数据分组放入缓冲区进行缓存，按照设定的步进间隔，每个缓冲区中的信号数据分别单独输出，步进输出的信号数据的长度等于FFT变换长度, 步进间隔设置为 Nu/16，Nu为FFT变换长度；
FFT模块，用于对于每个缓冲区输出的信号数据，通过分时工作的方式，采用FFT变换模块进行FFT变换，获得频域数据；
滑动相关模块，用于将获得的频域数据与主同步信号进行滑动相关，获取相关值的峰值数据；
取最值模块，用于在一个设定时间周期内，取峰值数据中的最大值作为同步频点。
4.一种计算机可读储存介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1所述的在整个频谱范围中快速搜索5G小区同步频点的方法。
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