CN112714448B - 动态频谱共享中的主同步信号检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动态频谱共享中的主同步信号检测方法,主要解决现有技术不能同时检测LTE与5G主同步信号的问题。其实现方案为:用户端对DSS信号进行降采样,并对降采样信号进行一阶差分处理;对一阶差分信号做滑动检测,得到5G SSB信号自相关与PSS和SSS的镜像对称相关值,及LTE PSS信号自相关与镜像对称相关值,并计算5G PSS和LTE PSS的粗同步点;在粗同步点的邻近区间对本地时域序列和DSS信号进行互相关,获取5G PSS和LTE PSS的精同步点和整数倍频偏。本发明能同时检测LTE与5G主同步信号,并对噪声与频偏有较强的鲁棒性,可用于动态频谱共享技术中LTE与5G主同步信号的检测。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域,具体涉及一种主同步信号检测方法。可用于动态频谱共享技术中LTE与5G主同步信号的检测。
背景技术
现阶段5G在全球陆续部署,第一阶段部署的5G通信系统工作在FR1频段,低于6GHz,不可避免会与LTE通信系统共用频段。动态频谱共享技术DSS通过速率匹配或者多媒体广播多播单频网MBSFN子帧等方式允许将LTE空闲的频谱共享给5G,并根据流量需求在LTE与5G之间动态分配频谱资源,实现频谱资源的最佳利用。
在FR1频段实现动态频谱共享后,用户设备UE开机在接入LTE或5G网络之前就需要进行小区搜索,小区搜索的目的是利用主同步信号PSS与辅同步信号SSS保证UE在时间域和频率域与基站同步,并确定物理小区标识PCI。主同步是小区搜索过程的第一步,提供初始的定时和频率信息,因此快速地检测出动态频谱共享DSS信号中的LTE与5G主同步信号PSS有助于UE接入网络。
5G通信系统中同样定义了3种PSS信号,是由长度为127的m序列产生,其与辅同步信号SSS、物理广播信道PBCH绑定在一起作为同步广播块SSB传输。SSB占据240个连续的子载波,频域占据的频段位置是可配置的,时域占据连续的4个OFDM符号。PSS被映射到SSB的第1个符号,占据127个连续的子载波。5G中采用不连续的同步信号集进行波束扫描,同步信号集由多个SSB组成,最大数量由工作频段决定。每个SSB在不同波束上周期性地进行发送,其时域位置由子载波间隔以及工作频段决定,一个无线帧信号中可有多个SSB。
ZL201710421262.9专利公开了一种LTE系统中主同步信号的检测方法。将互相关计算转换为线性卷积,将线性卷积通过补零的方法转换为圆周卷积,并将其做傅里叶变换FFT运算求得本地频域主同步信号PSS。然后将接收信号变换至频域与本地主同步信号PSS点对点相乘,求得主同步信号PSS的位置与小区组内标识该方法实现了检测LTE主同步信号,在低信噪比下仍能工作,但其复杂度较高,并且没有考虑频偏的影响,当存在大频偏时会影响检测性能。
ZL201911259914.9专利公开了一种5G系统下行同步的方法。利用同步栅格的分组功率测量主同步信号PSS,进行定时粗同步。基于共轭对称,对粗同步的结果进行精同步。该方法实现了5G系统的PSS定时同步,但在低信噪比时检测率会降低,造成性能损失,且该方法不能应用于DSS信号中同时检测出LTE主同步信号与5G主同步信号。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足,提出一种动态频谱共享中的主同步信号检测方法,以同时检测DSS信号中的LTE主同步信号与5G主同步信号,并增强对噪声与频偏的鲁棒性。
为实现上述目的,本发明的技术方案包括如下:
1)用户设备UE开机进行小区搜索,并对搜索过程中接收到的时域动态频谱共享DSS信号进行降采样,得到降采样后的信号rD(k);
2)将降采样后的信号rD(k)进行一阶差分处理,得到差分处理后的信号s(k);
3)对差分后的信号s(k)进行第一阶段检测:
3c)根据5G主同步信号PSS与其辅同步信号SSS的镜像对称性,对差分信号s(k)进行检测,即将s(k)本周期内的主同步信号PSS与辅同步信号SSS关于其序列内的对称中心做镜像对称相关,得到各位置k下5G同步信号镜像对称的相关值
3d)根据长期演进LTE主同步信号PSS的镜像对称性,对差分信号s(k)进行检测,即将s(k)本周期内主同步信号PSS关于其序列内的对称中心做镜像对称相关,检测完成后得到各位置k下长期演进LTE主同步信号镜像对称的相关值
4)基于邻近区间互相关,同时检测长期演进LTE和5G主同步信号的精同步点和整数倍频偏,完成第二阶段检测:
本发明与现有技术相比具有以下优点:
第一,可同时检测出LTE主同步信号和5G主同步信号。
现有技术只能针对LTE主同步信号或5G主同步信号进行单独检测,无法实现同时检测。本发明由于在滑动检测过程中分别基于不同的周期计算相关峰值,并且进行累加,然后输出LTE与5G的主同步点,可实现对LTE和5G主同步信号的同时检测。
第二,能适应大频偏和低信噪比情况。
现有技术在单独检测LTE主同步信号或者5G主同步信号时,无法适应大频偏和低信噪比情况。而本发明在完整的OFDM符号内计算SSB/PSS信号的自相关峰值和对称相关峰值,并通过周期累积进一步加强峰值,减小了频偏或噪声引起的误检或漏检率;同时由于本发明通过邻近区间互相关方法保证了主同步信号时频位置的精确性,因此能避免大频偏和低信噪比下检测不准确的情况。
附图说明
图1为本发明的实现总流程图;
图2为现有多媒体广播多播单频网MBSFN子帧的结构示意图;
图3为本发明中同步广播块SSB的结构示意图;
图4为本发明中联合主同步信号PSS自相关与辅同步信号SSS镜像对称性进行滑动检测的子流程图;
图5为本发明中邻近区间进行自相关的子流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做进一步的描述。
参照图1,本实例在动态频谱共享方案下同时检测LTE主同步信号与5G主同步信号的方法,其实现步骤如下:
步骤1、获取降采样DSS信号。
降采样过程等同于压缩,可以描述整个带宽滤波和采样率降低的过程。降采样会带来SNR的损失,不可避免地当降采样倍数增大时,保留的原始DSS信号的特征也将降低,DSS信号特征较低会影响检测性能,故降采样倍数需合理选择,本实例中降采样倍数选择为16倍。若DSS信号信噪比较高,可增大降采样倍数,减少后续计算量,提高检测速度,其具体实现如下:
1.1)用户设备UE开机进行小区搜索,采集动态频谱共享DSS信号r(k),其离散复基带形式为:
其中,L表示多径数目;k表示当前信号的序号;hl(k)表示第l条径的信道系数;a(k)表示接收信号;τl为第l条径的时延;δ表示相对于采样间隔的归一化时间偏移;ε表示相对于子载波间隔的归一化频率偏移;N表示FFT点数;w(k)表示均值为0,方差为σ2的高斯噪声;
1.2)对原始的DSS信号r(k)每间隔D-1点进行采样,得到降采样后的信号rD(k),其表示如下:
rD(k)=r(kD),
其中,D为降采样因子。
步骤2、对降采样后的信号rD(k)进行一阶差分处理。
差分处理通过相邻符号的共轭乘法来减少频率偏移对相关峰值的影响,其中一阶差分处理是通过如下公式进行:
步骤3、对差分信号s(k)进行第一阶段检测。
对差分信号s(k)进行第一阶段检测需要用到同步广播块SSB以及其包含的主同步信号PSS和辅同步信号SSS,而同步广播块SSB位于多媒体广播多播单频网MBSFN子帧中,以下首先对MBSFN子帧和SSB的结构进行介绍:
参考图2,现有多媒体广播多播单频网MBSFN子帧包含非MBSFN区域和MBSFN区域。非MBSFN区域承载了小区特定参考信号CRS和控制信道,共占用2个符号,5G不能使用该区域的时频资源。MBSFN区域包含了MBSFN子帧的空闲时频资源,LTE与5G可以共享该区域的时频资源。图2中为Case A方案下SSB的位置示例,SSB位于MBSFN区域,占用连续的4个符号,第1个SBB与第2个SSB相距6个OFDM符号,由于SSB不占据非MBSFN区域,因此能避免5G信号对LTE信号的干扰。
参考图3,主同步信号PSS位于同步广播块SSB的第1个OFDM符号中,频域上占据127个连续的子载波;辅同步信号SSS位于第3个OFDM符号;广播物理信道PBCH信号位于第2、3、4个OFDM符号。5G同步广播块SSB周期有多种配置选择,包括5ms、10ms、20ms、40ms、80ms、160ms,本实例选取20ms。
参考图4,本步骤利用同步广播块SSB以及其包含的主同步信号PSS和辅同步信号SSS,对差分信号s(k)进行第一阶段检测的具体实现如下:
3.1)根据5G同步广播块SSB的发送周期,更改差分信号s(k)的位置k进行滑动检测,即将本周期内SSB的4个OFDM符号与下一周期内的4个OFDM符号相关,计算各位置k下5G同步广播块SSB周期自相关检测的相关值
其中,为在k点处得到的5G同步广播块SSB周期自相关值,即本周期内同步广播块SSB的4个OFDM符号与下一周期内的4个OFDM符号进行相关的相关值;N为FFT点数;n1为同步广播块SSB所在OFDM符号的信号点索引;为T5g周期内的信号点数,默认值为20ms;为第m周期内的5G同步广播块SSB信号点;为第m+1周期内5G同步广播块SSB信号点的共轭;M为累积的周期总数,其对检测性能有影响,当信号信噪比低或频偏较大时,可通过增加累积的周期数M来改善检测性能;
3.2)根据长期演进LTE主同步信号PSS的发送周期,更改差分信号s(k)的位置k进行滑动检测,即将本周期内PSS所在的OFDM符号与下一周期内的PSS所在的OFDM符号相关,得到各位置k下的长期演进LTE主同步的相关值
其中,为在k点处进行5G主同步信号PSS与辅同步信号SSS序列内镜像对称相关的相关值;M1为5G主同步信号PSS的序列长度,其值固定为127;n3为5G主同步信号PSS的信号点索引;s(k+n3)为本周期内的5G主同步信号PSS的前半段;s*(k+M1-n3)为本周期内的5G主同步信号PSS后半段的共轭;s(k+2N+n3)为本周期内的5G主同步信号SSS的前半段;s*(k+2N+M1-n3)为本周期内的5G辅同步信号SSS后半段的共轭;N为FFT点数;
3.3)根据5G主同步信号PSS与其辅同步信号SSS的镜像对称性,对差分信号s(k)进行检测,即将s(k)本周期内的主同步信号PSS与辅同步信号SSS关于其序列内的对称中心做镜像对称相关,得到各位置k下5G同步信号镜像对称的相关值
其中,为在k点处进行5G主同步信号PSS与辅同步信号SSS序列内镜像对称相关的相关值;M1为5G主同步信号PSS的序列长度,其值固定为127;n3为5G主同步信号PSS的信号点索引;s(k+n3)为本周期内的5G主同步信号PSS的前半段;s*(k+M1-n3)为本周期内的5G主同步信号PSS后半段的共轭;s(k+2N+n3)为本周期内的5G主同步信号SSS的前半段;s*(k+2N+M1-n3)为本周期内的5G辅同步信号SSS后半段的共轭;N为FFT点数;
3.4)根据长期演进LTE主同步信号PSS的镜像对称性,对差分信号s(k)进行检测,即将s(k)本周期内主同步信号PSS关于其序列内的对称中心做镜像对称相关,得到各位置k下长期演进LTE主同步信号镜像对称的相关值
其中,为在k点处进行LTE主同步信号PSS周期自相关检测的相关值,即本周期内主同步信号PSS所在的OFDM符号与下一周期内的主同步信号PSS所在的OFDM符号的相关值;N为FFT点数;n2为主同步信号PSS所在的OFDM符号的信号点索引;为Tlte周期内的信号点数,取值为5ms;为第m周期内的长期演进LTE主同步信号PSS;为第m+1周期内的长期演进LTE主同步信号PSS的共轭;
3.5)将5G同步广播块SSB周期自相关值与5G主同步信号PSS与辅同步信号SSS的镜像对称相关值进行累加,计算5G主同步信号PSS的最大峰值及索引,将最大峰值的索引作为5G主同步信号PSS的粗同步点
3.6)将长期演进LTE主同步信号PSS周期自相关值与长期演进LTE主同步信号PSS镜像对称相关值进行累加,计算长期演进LTE主同步信号PSS的最大峰值及其索引,将最大峰值的索引作为长期演进LTE主同步信号PSS的粗同步点
步骤4、对差分信号s(k)进行第二阶段检测。
对差分信号s(k)进行第二阶段检测是在第一阶段检测得到的粗同步点的邻近区间内做互相关处理,获取精同步点以及整数倍频偏。
参考图5,本步骤的具体实现如下:
所述伪随机序列x(k)其定义如下:
其中,i为小区组内序号,取值范围为{0,1,2};N为IFFT点数;mod表示取余;
其中,u为ZC序列根索引,其值由小区组内序号i决定,公式如下:
4.4)在5G主同步信号PSS的粗同步点的邻近区间内将本地时域5G主同步信号序列和差分信号s(k)做时域互相关,并且令互相关结果取最大值,得到5G主同步信号PSS的精同步点5G小区组内序号值以5G的及整数倍频偏
4.5)在长期演进LTE主同步信号PSS的粗同步点的邻近区间内将本地时域长期演进LTE主同步信号序列和差分信号s(k)做时域互相关,并且令互相关结果取最大值,得到长期演进LTE主同步信号PSS的精同步点长期演进LTE小区组内序号值以及长期演进LTE的整数倍频偏
以上描述仅是本发明的一个具体实例,并未构成对本发明的任何限制,显然对于本领域的专业人员来说,在了解了本发明内容和原理后,都可能在不背离本发明原理、结构的情况下,进行形式和细节上的各种修改和改变,但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种动态频谱共享中的主同步信号检测方法,其特征在于,包括如下:
1)用户设备UE开机进行小区搜索,并对搜索过程中接收到的时域动态频谱共享DSS信号r(k)进行降采样,得到降采样后的信号rD(k);
2)将降采样后的信号rD(k)进行一阶差分处理,得到差分处理后的信号s(k);
3)对差分后的信号s(k)进行第一阶段检测:
3c)根据5G主同步信号PSS与其辅同步信号SSS的镜像对称性,对差分信号s(k)进行检测,即将s(k)本周期内的主同步信号PSS与辅同步信号SSS关于其序列内的对称中心做镜像对称相关,得到各位置k下5G同步信号镜像对称的相关值
3d)根据长期演进LTE主同步信号PSS的镜像对称性,对差分信号s(k)进行检测,即将s(k)本周期内主同步信号PSS关于其序列内的对称中心做镜像对称相关,检测完成后得到各位置k下长期演进LTE主同步信号镜像对称的相关值
3f)将长期演进LTE主同步信号PSS周期自相关值与长期演进LTE主同步信号PSS镜像对称相关值进行累加,计算长期演进LTE主同步信号PSS的粗同步点4)基于邻近区间互相关,同时检测长期演进LTE和5G主同步信号的精同步点和整数倍频偏,完成第二阶段检测:
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,2)中得到的差分处理后信号s(k),表示如下:
s(k)=r(k)×r*(k-1),
其中,r(k)为降采样后的信号,(·)*表示共轭操作。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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