CN113258954A - 一种低复杂度的tdd-lte同步方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低复杂度的TDD‑LTE同步方法及系统，同步方法包括：获取天线耦合的TDD‑LTE信号；将TDD‑LTE信号进行相关运算，确定相关值；根据相关值进行门限判断，确定存入第一寄存器阵列的存储数据；读取存储数据并根据存储数据确定TDD‑LTE信号的10毫秒帧头与时钟计数器起始点的相对关系、上下行配比以及特殊子帧配置信息；根据存储数据、TDD‑LTE信号的10毫秒帧头与时钟计数器起始点的相对关系、上下行配比以及特殊子帧配置信息确定当前同步状态；判断当前同步状态是否正常，确定切换射频开关信号。本发明能够实现正确地进行射频信号的收发切换。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信领域，特别是涉及一种低复杂度的TDD-LTE同步方法及系统。
背景技术
目前移动通信领域已经经历了第一代（模拟）、第二代（GSM、CDMA1x）、第三代（WCDMA、CDMA-EVDO、TD-SCDMA），现在第四代（FDD-LTE、TDD-LTE）已经越来越普及。在有些场合，比如密集楼宇或者大型场馆等，通过室外宏基站很难对室内进行有效的信号覆盖。这时就需要布设数字光纤直放站，对于TDD-LTE数字光纤直放站来说，由于TDD-LTE的上下行信号占用同一个频段，仅仅在时间上错开，所以需要TDD-LTE同步方法来正确的切换射频模块的收发功能。
发明内容
本发明的目的是提供一种低复杂度的TDD-LTE同步方法及系统，以实现直放站能够正确地进行射频信号的收发切换。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种低复杂度的TDD-LTE同步方法，包括：
获取天线耦合的TDD-LTE信号；
将所述TDD-LTE信号进行相关运算，确定相关值；
根据所述相关值进行门限判断，确定存入第一寄存器阵列的存储数据；所述存储数据包括时钟计数器值和相关系数；
读取所述存储数据并根据所述存储数据确定TDD-LTE信号的10毫秒帧头与时钟计数器起始点的相对关系、上下行配比以及特殊子帧配置信息；
根据所述存储数据、所述TDD-LTE信号的10毫秒帧头与时钟计数器起始点的相对关系、所述上下行配比以及所述特殊子帧配置信息确定当前同步状态；
判断所述当前同步状态是否正常，得到第一判断结果；
若所述第一判断结果表示所述当前同步状态正常，则根据所述TDD-LTE信号的10毫秒帧头和所述上下行配比确定切换射频开关信号并保持当前同步状态；
若所述第一判断结果表示所述当前同步状态不正常，则返回步骤“获取天线耦合的TDD-LTE信号”。
可选的，所述将所述TDD-LTE信号进行相关运算，确定相关值，具体包括：
将所述TDD-LTE信号与所述TDD-LTE信号延迟66.67us的信号做相关运算，采用滑动窗的方式，累加4us，得到相关值。
可选的，所述根据所述相关值进行门限判断，确定存入第一寄存器阵列的存储数据，具体包括：
判断所述相关值是否小于判决门限，得到第二判断结果；
若所述第二判断结果表示所述相关值大于或者等于判决门限，则将当前时钟计数器值和相关系数确定为存入第一寄存器阵列的存储数据。
可选的，所述根据所述存储数据、所述TDD-LTE信号的10毫秒帧头与时钟计数器起始点的相对关系、所述上下行配比以及所述特殊子帧配置信息确定当前同步状态，之后还包括：
将所述当前同步状态存入第二寄存器阵列。
可选的，所述判断所述当前同步状态是否正常，得到第一判断结果，具体包括：
获取所述TDD-LTE信号的10毫秒帧头；
判断所述TDD-LTE信号的10毫秒帧头和所述TDD-LTE信号是否同步，得到第一判断结果。
一种低复杂度的TDD-LTE同步系统，所述低复杂度的TDD-LTE同步系统应用如上述任意一项所述的低复杂度的TDD-LTE同步方法，所述低复杂度的TDD-LTE同步系统包括：数据处理模块、数字光纤直放站近端机、相关器和天线；
所述天线与所述数字光纤直放站近端机连接；所述天线用于耦合TDD-LTE信号并将所述TDD-LTE信号传输至所述数字光纤直放站近端机；所述相关器和所述数据处理模块均与所述数字光纤直放站近端机连接；所述相关器用于将所述TDD-LTE信号进行相关运算；所述数据处理模块用于检测当前同步状态并确定切换射频开关信号。
可选的，所述相关器包括依次连接的延迟模块、乘法器、滑动窗和累加器；
所述延迟模块用于将所述TDD-LTE信号进行延迟；
所述乘法器用于将所述TDD-LTE信号和延迟后的TDD-LTE信号进行乘法计算，得到序列；
所述滑动窗和所述累加器用于对所述序列进行累加得到相关值。
可选的，所述数据处理模块包括微处理器和FPGA；
所述FPGA分别与所述数字光纤直放站近端机和所述微处理器连接；所述FPGA还与相关器连接。
可选的，所述数字光纤直放站近端机包括射频处理模块和模数转换模块；
所述射频处理模块与所述天线连接；所述射频处理模块还与所述模数转换模块连接；所述模数转换模块用于对所述TDD-LTE信号进行模数转换并将转换后的TDD-LTE信号传输至数据处理模块。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种低复杂度的TDD-LTE同步方法及系统，仅仅通过对TDD-LTE信号进行相关运算，就能够准确检测TDD-LTE的10毫秒帧头、上下行配比以及特殊子帧配置信息。复杂度低且计算量小，并通过TDD-LTE信号的10毫秒帧头和上下行配比确定切换射频开关信号实现正确地进行射频信号的收发切换。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的低复杂度的TDD-LTE同步方法流程图；
图2为本发明提供的近端机结构示意图；
图3为本发明提供的数字处理模块示意图；
图4为本发明提供的相关器示意图；
图5为TDD-LTE信号的帧结构示意图。
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。
本发明的目的是提供一种低复杂度的TDD-LTE同步方法及系统，以实现直放站能够正确地进行射频信号的收发切换。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种低复杂度的TDD-LTE同步方法，包括：
步骤101：获取天线耦合的TDD-LTE信号。
步骤102：将所述TDD-LTE信号进行相关运算，确定相关值。
步骤102，具体包括：
将所述TDD-LTE信号与所述TDD-LTE信号延迟66.67us的信号做相关运算，采用滑动窗的方式，累加4us，得到相关值。
步骤103：根据所述相关值进行门限判断，确定存入第一寄存器阵列的存储数据；所述存储数据包括时钟计数器值和相关系数。
步骤103，具体包括：
判断所述相关值是否小于判决门限，得到第二判断结果；若所述第二判断结果表示所述相关值大于或者等于判决门限，则将当前时钟计数器值和相关系数确定为存入第一寄存器阵列的存储数据。若所述第二判断结果表示所述相关值小于判决门限，则返回步骤101。
步骤104：读取所述存储数据并根据所述存储数据确定TDD-LTE信号的10毫秒帧头与时钟计数器起始点的相对关系、上下行配比以及特殊子帧配置信息。
步骤105：根据所述存储数据、所述TDD-LTE信号的10毫秒帧头与时钟计数器起始点的相对关系、所述上下行配比以及所述特殊子帧配置信息确定当前同步状态。
其中，所述根据所述存储数据、所述TDD-LTE信号的10毫秒帧头与时钟计数器起始点的相对关系、所述上下行配比以及所述特殊子帧配置信息确定当前同步状态，之后还包括：
将所述当前同步状态存入第二寄存器阵列。
步骤106：判断所述当前同步状态是否正常，得到第一判断结果；若所述第一判断结果表示所述当前同步状态正常，则执行步骤107。若所述第一判断结果表示所述当前同步状态不正常，则返回步骤101。
步骤107：根据所述TDD-LTE信号的10毫秒帧头和所述上下行配比确定切换射频开关信号并保持当前同步状态；
步骤106，所述判断所述当前同步状态是否正常，得到第一判断结果，具体包括：
获取所述TDD-LTE信号的10毫秒帧头。
判断所述TDD-LTE信号的10毫秒帧头和所述TDD-LTE信号是否同步，得到第一判断结果。
本发明提供的一种低复杂度的TDD-LTE同步系统，所述低复杂度的TDD-LTE同步系统应用如上述所述的低复杂度的TDD-LTE同步方法，所述低复杂度的TDD-LTE同步系统包括：数据处理模块、数字光纤直放站近端机、相关器和天线。
所述天线与所述数字光纤直放站近端机连接；所述天线用于耦合TDD-LTE信号并将所述TDD-LTE信号传输至所述数字光纤直放站近端机；所述相关器和所述数据处理模块均与所述数字光纤直放站近端机连接；所述相关器用于将所述TDD-LTE信号进行相关运算；所述数据处理模块用于检测当前同步状态并确定切换射频开关信号。
在实际应用中，如图4所示，所述相关器包括依次连接的延迟模块、乘法器、滑动窗和累加器。
所述延迟模块用于将所述TDD-LTE信号进行延迟。
所述乘法器用于将所述TDD-LTE信号和延迟后的TDD-LTE信号进行乘法计算，得到序列。
所述滑动窗和所述累加器用于对所述序列进行累加得到相关值。
在实际应用中，所述数据处理模块包括微处理器和FPGA。
如图3所示，所述FPGA分别与所述数字光纤直放站近端机和所述微处理器连接；所述FPGA还与相关器连接。FPGA还包括：时钟计数器，同步状态监测模块，MPU（微处理器）可访问的寄存器阵列，10毫秒帧头生成器。MPU包括：同步程序模块和监测程序模块。寄存器阵列包括第一寄存器阵列和第二寄存器阵列。
在实际应用中，如图2所示，所述数字光纤直放站近端机包括射频处理模块和模数转换模块。
所述射频处理模块与所述天线连接；所述射频处理模块还与所述模数转换模块连接；所述模数转换模块用于对所述TDD-LTE信号进行模数转换并将转换后的TDD-LTE信号传输至数据处理模块。
数据处理模块部分的同步方法的FPGA部分提供射频开关切换信号给射频处理模块，使其能正确的进行开关切换。数据处理模块部分的同步方法的软件部分根据同步方法的FPGA部分存储在寄存器中的信息来推断当前TDD-LTE信号的配置，配置同步方法的FPGA部分来生成正确的射频开关信号。
时钟计数器从1开始计数，每32.552ns加1，计数值到达307200后会变为1，用来作为时间的基准。相关器通过计算输入数据的相关值来找到LTE符号到达时对应的时钟计算器的值，并写入到第一寄存器阵列中。同步状态监测模块根据相关器输出的结果和10ms帧头生成器产生的10ms帧头来判断本地生成的帧头与输入数据是否对齐。第一寄存器阵列用来存储相关器输出的值，第二寄存器阵列用来存储一些控制信息。10毫秒帧头生成器根据第二寄存器阵列中的相关配置值来生成与输入数据同步的10毫秒帧头。
软件部分的同步程序根据第一寄存器阵列中的数据来计算上下行配比和10毫秒帧头的位置，并将配置第二寄存器阵列的相关寄存器，使得10毫秒帧头生成器可以根据第二寄存器阵列中的相关配置值来生成与输入数据同步的10毫秒帧头。监测程序会根据第一寄存器阵列中的数据来判断FPGA生成的10毫秒帧头是否正常。
本发明提供一种低复杂度的TDD-LTE同步方法具体的工作流程，具体如下：
步骤1：数字光纤直放站近端机通过射频处理模块和ADC（模数转换器），将被天线耦合进来的TDD-LTE无线信号转换为TDD-LTE数字 IQ信号，同步方法的FPGA部分接收到该TDD-LTE的IQ数据后，将该IQ数据与其延迟66.67us的版本做相关运算，采用滑动窗的方式，累加4us中计算出的相关值，当该累加相关值比判决门限大时，把当前时钟计数器的值（该时钟计数器以10ms为周期，重复计数）以及此时的相关系数存储在可供MPU访问的第一寄存器阵列中。具体为：
将原始IQ数据与延迟66.67us的IQ数据相乘，得到序列x[n](n=1,2,3,…)，采用滑动窗的方式在n时刻选出144个值x[n-k](k=0,1,2,…,143)，然后将这x[n-k]进行累加得到相关值，当该相关值比判决门限大时，把当前时钟计数器的值（该时钟计数器以10ms为周期，重复计数）以及此时的相关系数存储在可供MPU访问的第一寄存器阵列中。其中的判决门限一般为0.95左右，66.67us是LTE一个符号的长度。
步骤2：运行在MPU中的同步程序每10ms读取相关器存储在第一寄存器阵列中的信息，根据该信息计算出TDD-LTE的10毫秒帧头与时钟计数器起始点的相对关系，上下行配比以及特殊子帧配置，然后配置10ms帧头生成器，使其能产生正确的10ms帧头（10毫秒帧头代表每个TDD-LTE 10毫秒无线帧的开始）和射频开关切换信号，再使用上下行配比以及特殊子帧配置来配置同步监测模块，使其能正确地监测当前的同步状态。
上述计算过程为：TDD-LTE信号由多个OFDM（正交频分复用）符号组成的，每个OFDM符号由长度为Lpre（每个TDD-LTE时隙中第一个OFDM符号的Lpre为5.2083us，其他OFDM符号的Lpre为4.6875us）的循环前缀和长度为66.67us的OFDM符号体组成，循环前缀与OFDM符号体中最后那段长度为Lpre信号是完全一样的，于是通过对循环前缀和OFDM符号体中最后那段长度为Lpre信号做相关运算，就可以正确的检测出OFDM符号。当检测出TDD-LTE的OFDM符号后，根据相隔距离最远的两个OFDM符号出现的相对位置，就可以判断出当前TDD-LTE的上下行配比和特殊子帧配置，并可以配置同步方法FPGA部分使之产生与TDD-LTE信号同步的10ms帧头脉冲。其中，TDD-LTE信号的帧结构如图5所示。
步骤3：同步状态监测模块根据相关器送给第一寄存器阵列的数据，10ms帧头生成器生成的10ms帧头，MPU配置的如表1所示的上下行配比以及表2所示的特殊子帧配置持续地监测当前同步状态，每10ms将同步状态存储到MPU可以访问的第二寄存器阵列。根据10ms帧头和TDD-LTE上下行配比可以决定何时切换射频开关信号，其中，相关器、计数器的值都发到第一寄存器阵列中。其中，表1为TDD-LTE信号的上下行配比表，表2为TDD-LTE信号的特殊子帧配置表。
表1 TDD-LTE信号的上下行配比表
表2 TDD-LTE信号的特殊子帧配置表
步骤4：运行在MPU中的监测程序每10ms读取第二寄存器阵列中的信息，判断当前同步状态是否正常，其中当前同步状态正常的情况为每次计算出的10ms帧头都与信号同步，如果是则保持当前状态，如果不是则通知MPU中的同步程序重新进行步骤1-3。
本发明提供的同步方法及系统可用于数字光纤直放站中，提供TDD-LTE信号的10毫秒帧头，上下行配比以及特殊子帧配置，射频开关开关信号，使得直放站能够正确地进行射频信号的收发切换，可以支持各种频段，不同上下行配比，不同特殊子帧配置的TDD-LTE信号。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
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 (9)
1.一种低复杂度的TDD-LTE同步方法，其特征在于，包括：
获取天线耦合的TDD-LTE信号；
将所述TDD-LTE信号进行相关运算，确定相关值；
根据所述相关值进行门限判断，确定存入第一寄存器阵列的存储数据；所述存储数据包括时钟计数器值和相关系数；
读取所述存储数据并根据所述存储数据确定TDD-LTE信号的10毫秒帧头与时钟计数器起始点的相对关系、上下行配比以及特殊子帧配置信息；
根据所述存储数据、所述TDD-LTE信号的10毫秒帧头与时钟计数器起始点的相对关系、所述上下行配比以及所述特殊子帧配置信息确定当前同步状态；
判断所述当前同步状态是否正常，得到第一判断结果；
若所述第一判断结果表示所述当前同步状态正常，则根据所述TDD-LTE信号的10毫秒帧头和所述上下行配比确定切换射频开关信号并保持当前同步状态；
若所述第一判断结果表示所述当前同步状态不正常，则返回步骤“获取天线耦合的TDD-LTE信号”。
2.根据权利要求1所述的低复杂度的TDD-LTE同步方法，其特征在于，所述将所述TDD-LTE信号进行相关运算，确定相关值，具体包括：
将所述TDD-LTE信号与所述TDD-LTE信号延迟66.67us的信号做相关运算，采用滑动窗的方式，累加4us，得到相关值。
3.根据权利要求2所述的低复杂度的TDD-LTE同步方法，其特征在于，所述根据所述相关值进行门限判断，确定存入第一寄存器阵列的存储数据，具体包括：
判断所述相关值是否小于判决门限，得到第二判断结果；
若所述第二判断结果表示所述相关值大于或者等于判决门限，则将当前时钟计数器值和相关系数确定为存入第一寄存器阵列的存储数据。
4.根据权利要求1所述的低复杂度的TDD-LTE同步方法，其特征在于，所述根据所述存储数据、所述TDD-LTE信号的10毫秒帧头与时钟计数器起始点的相对关系、所述上下行配比以及所述特殊子帧配置信息确定当前同步状态，之后还包括：
将所述当前同步状态存入第二寄存器阵列。
5.根据权利要求1所述的低复杂度的TDD-LTE同步方法，其特征在于，所述判断所述当前同步状态是否正常，得到第一判断结果，具体包括：
获取所述TDD-LTE信号的10毫秒帧头；
判断所述TDD-LTE信号的10毫秒帧头和所述TDD-LTE信号是否同步，得到第一判断结果。
6.一种低复杂度的TDD-LTE同步系统，其特征在于，所述低复杂度的TDD-LTE同步系统应用如权利要求1-5任意一项所述的低复杂度的TDD-LTE同步方法，所述低复杂度的TDD-LTE同步系统包括：数据处理模块、数字光纤直放站近端机、相关器和天线；
所述天线与所述数字光纤直放站近端机连接；所述天线用于耦合TDD-LTE信号并将所述TDD-LTE信号传输至所述数字光纤直放站近端机；所述相关器和所述数据处理模块均与所述数字光纤直放站近端机连接；所述相关器用于将所述TDD-LTE信号进行相关运算；所述数据处理模块用于检测当前同步状态并确定切换射频开关信号。
7.根据权利要求6所述的低复杂度的TDD-LTE同步系统，其特征在于，所述相关器包括依次连接的延迟模块、乘法器、滑动窗和累加器；
所述延迟模块用于将所述TDD-LTE信号进行延迟；
所述乘法器用于将所述TDD-LTE信号和延迟后的TDD-LTE信号进行乘法计算，得到序列；
所述滑动窗和所述累加器用于对所述序列进行累加得到相关值。
8.根据权利要求6所述的低复杂度的TDD-LTE同步系统，其特征在于，所述数据处理模块包括微处理器和FPGA；
所述FPGA分别与所述数字光纤直放站近端机和所述微处理器连接；所述FPGA还与相关器连接。
9.根据权利要求6所述的低复杂度的TDD-LTE同步系统，其特征在于，所述数字光纤直放站近端机包括射频处理模块和模数转换模块；
所述射频处理模块与所述天线连接；所述射频处理模块还与所述模数转换模块连接；所述模数转换模块用于对所述TDD-LTE信号进行模数转换并将转换后的TDD-LTE信号传输至数据处理模块。
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