CN113708797B

CN113708797B - 一种用于5g nr的跳频同步方法与装置

Info

Publication number: CN113708797B
Application number: CN202110912642.9A
Authority: CN
Inventors: 董立然; 刘玲; 崔新雨; 彭燕; 周一青; 石晶林
Original assignee: Institute of Computing Technology of CAS
Current assignee: Institute of Computing Technology of CAS
Priority date: 2021-08-10
Filing date: 2021-08-10
Publication date: 2022-08-30
Anticipated expiration: 2041-08-10
Also published as: CN113708797A

Abstract

本发明提供一种用于5G NR的跳频同步方法，包括：步骤100：接收方搜索同步信息块，建立下行同步；步骤200：接收方从发送方接收跳频同步半静态参数信息，所述跳频同步半静态参数信息至少包括接收方跳变图谱ID、同步维持信息时间间隔、同步校准信息时频位置、跳变速率，其中不同跳变图谱ID代表了不同的跳变图谱生成方案；步骤300：发送方通过DCI信令承载指示生成的跳频序列起始点位置的同步信息，发送方与接收方根据半静态参数信息和同步信息，建立跳频序列起点。基于本发明的实施例，可以实现基于5G NR的OFDM跳频系统，并使跳频系统正常运行，保证宽带数据传输的同时并具备一定的抗干扰能力。

Description

一种用于5G NR的跳频同步方法与装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种基于5G NR的跳频同步方法，适用于宽带抗干扰通信系统。

背景技术

当前以高清、360度视频为主的多媒体业务对宽带传输的需求日益提高。目前，5GNR基于OFDM复用方式，使用大带宽、以OFDM符号为粒度的灵活帧结构配置、高频谱效率调制编码方式和Massive-MIMO等技术，下行传输峰值速率可达20Gbps。然而在强干扰环境下如何实现宽带传输是待解决的重要问题。跳频是移动通信系统中一种有效的抗频率干扰技术，考虑到宽带干扰技术的发展，亟需面向军用通信系统、卫星通信系统等专用通信系统设计宽带抗干扰技术。跳频系统中跳频同步是保证正常数据传输的关键技术。但是在现有OFDM跳频系统中，还未有面向5G NR的跳频同步信令与协议设计方法。

发明内容

本发明针对上述问题，根据本发明的第一方面，提出一种用于5G NR的跳频同步方法，包括

步骤100：接收方搜索同步信息块，建立下行同步；

步骤200：接收方从发送方接收跳频同步半静态参数信息，所述跳频同步半静态参数信息至少包括接收方跳变图谱ID、同步维持信息时间间隔、同步校准信息时频位置和跳变速率，其中不同跳变图谱ID代表了不同的跳变图谱生成方案；

步骤300：发送方通过DCI信令承载指示生成的跳频序列起始点位置的同步信息，发送方与接收方根据半静态参数信息和同步信息，建立跳频序列起点。

在本发明的一个实施例中，还包括：

步骤400：根据同步信息，进行跳频同步维持，其中，如果同步失败，根据收发双方设置的定时器，在定时器设置的时间内，根据同步校准信息时频位置搜索同步维持信息，若能成功检测到并解码，则根据信息校正同步，若超时，则停止跳频过程，重新执行步骤100-300以建立跳频同步。

在本发明的一个实施例中，步骤100包括：

在接收方与发送方约定了初始跳频频点的情况下，接收方在其附近扫描并确定包括PSS或SSS或PBCH的同步块信号SSB位置；或者在未约定初始跳频频点的情况下，接收方在整个跳频带宽以同步栅格为单位扫描SSB。

在本发明的一个实施例中，其中，所述跳变图谱ID代表跳变图谱生成方案，包括m、M或RS序列不同的伪随机码序列、不同的码序列寄存器初始状态以及非线性变换参数。

在本发明的一个实施例中，其中，步骤200包括：

在接收方未发起随机接入过程的情况下，发送方周期性广播系统消息，所述系统消息为跳频同步半静态参数信息，接收方解码所述系统消息获得跳频同步半静态参数信息，所述系统消息的指示包括在SIB1中。

在本发明的一个实施例中，其中，步骤200还包括：

在接收方发起并完成随机接入过程的情况下，发送方通过DCI信令通知接收方跳频同步半静态参数信息。

在本发明的一个实施例中，其中步骤300中的所述同步信息为TOD。

根据本发明的第二方面，提供一种用于5G NR的发送装置，包括用于发送端上变频的频率合成器模块(102)、伪随机序列生成器(103)，和OFDM调制器(101)，其中

所述伪随机序列生成器用于输出频率控制字，以指示带外跳频的频点，

所述用于发送端上变频的频率合成器模块用于根据所述频率控制字产生特定频率的载波，用于由上变频模块将基带信号上变频至载波频率，

所述OFDM调制器用于根据BWP控制字使用部分带宽进行带内跳频；

其中，所述带外跳频与所述带内跳频根据上述用于5G NR的跳频同步方法进行跳频同步。

根据本发明的第三方面，提供一种用于5G NR的接收装置，包括用于接收端下变频的频率合成器模块(104)、伪随机序列生成器(106)，和OFDM解调器(105)，其中

所述用于接收端下变频的频率合成器模块根据所述频率控制字产生特定频率的载波，用于由下变频模块将接收信号载波频率下变频，

所述OFDM解调器用于接收BWP控制字将使用部分带宽进行带内跳频的接收信号进行解调；

根据本发明的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其中存储有一个或者多个计算机程序，所述计算机程序在被执行时用于实现本发明的用于5G NR的跳频同步方法。

根据本发明的第五方面，提供一种计算系统，包括：

存储装置、以及一个或者多个处理器；

其中，所述存储装置用于存储一个或者多个计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时用于实现本发明的用于5G NR的跳频同步方法。

本发明提供了一种基于5G NR的OFDM跳频系统的跳频同步方法，设计了跳频系统信息交互信令和协议，可实现跳频同步长时间的维持并对失步进行处理，使跳频系统正常运行，保证宽带数据传输的同时并具备一定的抗干扰能力。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1示出了根据本发明实施例的5G NR的跳频系统；

图2示出了根据本发明实施例的5G NR的跳频系统工作流程图。

具体实施方式

针对背景技术中提出的问题，发明人进行了研究，基于5G NR的OFDM跳频系统，针对跳频同步这一关键技术，结合5G NR的特点和协议，设计了跳频初始同步、同步维持和失步后处理等关键信令与协议，从而复用5G NR各项提高传输性能的关键技术，保证宽带数据传输的同时并具备一定的抗干扰能力。

本发明为一种基于5G NR的跳频系统，系统如图1所示，包括发送端与接收端。其中发送端在现有的5G NR基带处理模块和OFDM调制模块(101)的基础上，增加了用于发送端上变频的频率合成器模块(102)与伪随机序列生成器(103)；相应的，所述接收端在现有的5GNR基带处理模块和OFDM解调模块(105)的基础上，增加了用于接收端下变频的频率合成器模块(104)与伪随机序列生成器(106)。在5G NR的基础上，本发明的跳频包括带外跳频和带内跳频两种。带外跳频即基带信号上采样后上变频至载波频率，其中载波频率含有多个可选频点，每次使用的频点由跳频伪随机序列生成器输出的频率控制字确定，收发双方必须同时使用相同的频点才可以进行正常的数据传输；带内跳频是指在同一个载波频率内，有多个BWP(Bandwidth Part，部分带宽)，每次使用的BWP由跳频图谱给定的BWP控制字确定，收发双方必须同时使用相同的BWP才可以进行正常的数据传输。因此，上述两种跳频方式均需要进行跳频同步，保证每次使用的控制字是相同的。

图2示出根据本发明的一个实施例的用于5G NR的跳频同步方法，包括以下步骤

步骤100：在接收方开机或失去网络连接时，搜索同步信息块(SSB，Synchronization Signal and PBCH Block)，建立下行同步。根据本发明的一个实施例，收发两端若约定了初始跳频频点或初始BWP，则接收方在其附近扫描并确定包括PSS/SSS/PBCH的同步块信号SSB位置；若未约定初始跳频频点，即不存在SSB位置的显式信令，则接收方在整个跳频带宽以同步栅格为单位扫描SSB。

在一个实施例中，接收方可根据提前约定或默认的初始跳频频点或初始BWP搜索SSB，这种情况下搜索时间和功耗成本较低，可快速检测到SSB，从该SSB获取定时信息，包括系统帧号、半无线帧索引、半无线帧中的时隙索引和时隙中的OFDM符号索引。根据本发明的其他实施例，接收方也可没有任何关于SSB传输配置信息，需要在整个工作带宽上搜索。在搜索到PDSCH信道上传输的SIB1系统信息块之前，接收方根据设计的同步栅格搜索，获得接入载波频点，并根据不同的SSB在半无线帧中的OFDM符号索引值配置模式，确定SSB时域位置。对于以上初始跳频频点或初始BWP是否配置的两种情况，若搜索到SIB1系统信息块，则根据SIB1获得SSB位置的显示信令，快速完成SSB同步过程。对于接收方没有任何关于SSB传输配置信息这一情况，选择扫描到SSB位置所在频点为初始跳频频点或初始BWP。

步骤200：下行同步后，进行跳频同步半静态参数信息协商,由发送方告知接收方跳频同步半静态参数信息，这一信息包括接收方跳变图谱ID、同步维持信息时间间隔、同步校准信息时频位置、跳变速率等跳频相关参数，其中不同跳变图谱ID代表了不同的跳变图谱生成方案，例如m、M或RS序列等不同的伪随机码序列、不同的码序列寄存器初始状态以及非线性变换参数等。这些参数保证收发双方跳频码序列生成方式一致，是后续跳频同步的前提。根据本发明的一个实施例，所述步骤200进一步包括步骤210：根据用户是否已发起随机接入过程，分为以下两种情况：

步骤220：接收方未发起随机接入过程。根据本发明的一个实施例，设计了一条新的系统消息SI广播跳频同步半静态参数信息，如SIBf。接收方在完成SSB同步后，解码MIB和SIB1信息，SIB1信息中包含接收SIBf信息的指示。发送方周期性广播SIBf，接收方解码SIBf获得跳频同步半静态参数信息。此方法支持多用户共享相同半静态跳频参数。

步骤230：接收方发起并完成随机接入过程。接收方通过SIB1消息获得PRACH相关信息，随机选择PRACH资源发送随机接入消息Msg1，发送方接收到Msg2消息后完成随机接入，建立上行同步。根据本发明的一个实施例，设计了一种新的DCI信令用以通知接收方半静态参数信息，如DCI format 4_0。发送方通过DCI format 4_0告知接收方跳频同步半静态参数。此方法支持不同用户半静态跳频参数的单独配置。

优选地，SIBf系统信息和DCI format 4_0包括以下参数：

跳变图谱ID，根据m、M或RS序列等伪随机码序列、不同的码序列寄存器初始状态以及非线性变换参数组合出的不同跳变图谱数量确定所需比特数，传递ID值；

跳变速率S，双方固化可选跳变速率值并索引，传递索引值；

同步维持信息时间间隔T，根据本地时钟精度ξ和跳变速率S确定，T的上界为S/2/ξ。

同步校准信息时频位置，通过参数I_T指示同步校准信息距离此SIBf系统信息或DCI format 4_0的时隙数，通过参数I_F指示同步校准信息开始RB位置与RB数。

DCI format 4_0的优先级大于SIBf，发送方可根据接收方的需要为其配置半静态参数。

步骤300：建立跳频初始同步。初始同步过程即为双方确定相同跳频序列起点的过程。根据本发明的一个实施例，设计了DCI format 4_1信令承载所需的同步信息。例如，一种同步信息为传递实时时间(Time of Day,TOD)信息，TOD值用以指定生成的跳频序列起始点位置，相同的TOD指示同一个位置。TOD参数根据本地时钟更新。双方以这个位置为起点，并按照跳变速率运行产生跳频序列。同时，DCI format 4_1告知接收方起跳时刻，双方在这一时刻开始跳频，并跳到这一时刻对应的跳频频点或BWP。

步骤400：跳频同步维持。由于时钟精度的问题，收发双方存在时钟误差，即双方对同一段时间的计时逐渐出现差异，这会导致同一时刻双方使用的频点不同，造成失步，使正常的数据传输中断。因此，为了维持跳频同步状态，需适时地校正时钟。本发明使用上述设计的DCI format 4_1信令传输跳频同步维持信息。DCI format 4_1被承载在PDCCH的时频位置信息在半静态参数中给定。跳频同步维持信息一般与初始同步所需的信息一致，如TOD值。优选的，所述步骤400包括以下步骤：

步骤410：接收方根据新的TOD值，调整到与发送方相同的跳频序列位置。DCIformat 4_1发送周期在半静态参数中给定。

步骤420：判断是否发生失步，即接收方使用的频点与发送方不同，包括SIBf和DCI在内的所有数据都无法解出，导致无线链路断开。

步骤430：若失步，首先尝试重新同步，如果重新同步成功，回到步骤410，继续进行跳频同步维持

步骤440：重新同步失败，根据双方设置的定时器，在定时器设置的时间内，根据同步校准信息时频位置搜索同步维持信息，若能成功检测到并解码，则根据信息校正同步，若超时，则停止跳频过程，回到初始跳频频点或初始BWP通过SSB搜索与同步、随机接入等过程重新连接。

其中，DCI format 4_1包括以下参数：

TOD等用以校准双方时钟的参数，由发送方根据其本地时钟确定。

起跳时刻，指示开始跳频时隙的起始时间位置，通过参数I_S指示开始跳频时隙距离此DCI format 4_1的时隙数。

为使本领域任何普通技术人员能够实现或者使用本公开内容，上面围绕本公开内容进行了描述。对于本领域普通技术人员来说，对本公开内容进行各种修改是显而易见的，并且，本文定义的通用原理也可以在不脱离本公开内容的精神或保护范围的基础上适用于其它变型。此外，除非另外说明，否则任何方面和/或实施例的所有部分或一部分可以与任何其它方面和/或实施例的所有部分或一部分一起使用。因此，本公开内容并不限于本文所描述的例子和设计方案，而是与本文公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

Claims

1.一种用于5G NR的跳频同步方法，包括

步骤100：接收方搜索同步信息块，建立下行同步；

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

3.根据权利要求1-2之一所述的方法，步骤100包括：

4.根据权利要求1-2之一所述的方法，其中，所述跳变图谱ID代表跳变图谱生成方案，包括m、M或RS序列不同的伪随机码序列、不同的码序列寄存器初始状态以及非线性变换参数。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤200包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤200还包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其中步骤300中的所述同步信息为TOD。

8.一种用于5G NR的发送装置，包括用于发送端上变频的频率合成器模块(102)、伪随机序列生成器(103)，和OFDM调制器(101)，其中

其中，所述带外跳频与所述带内跳频根据权利要求1-7中任一项所述的方法进行跳频同步。

9.一种用于5G NR的接收装置，包括用于接收端下变频的频率合成器模块(104)、伪随机序列生成器(106)，和OFDM解调器(105)，其中

10.一种计算机可读存储介质，其中存储有一个或者多个计算机程序，所述计算机程序在被执行时用于实现如权利要求1-7任意一项所述的方法。

11.一种计算系统，包括：

存储装置、以及一个或者多个处理器；

其中，所述存储装置用于存储一个或者多个计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时用于实现如权利要求1-7任意一项所述的方法。