CN114070702A

CN114070702A - 一种基于叠加与快速频域相关联合的pss检测方法

Info

Publication number: CN114070702A
Application number: CN202111361141.2A
Authority: CN
Inventors: 刘光敬; 张晓华; 齐勇; 杨爽; 李鹏鹏; 施涛
Original assignee: Chongqing Communication Design Institute Co ltd
Current assignee: Chongqing Communication Design Institute Co ltd
Priority date: 2021-11-17
Filing date: 2021-11-17
Publication date: 2022-02-18

Abstract

本发明涉及一种基于叠加与快速频域相关联合的PSS检测方法，属于移动通信技术领域。该方法包括：第一步在PSS定时同步算法中，先将接收到的信号进行降采样和归一化处理；第二步对本地三组信号进行叠加运算，通过叠加可以减少多次互相关运算；第三步将处理后的数据进行频域快速互相关，将会得到粗同步点；第四步通过本地三组PSS信号与接收信号取窗口64点做精同步，可以得到小区组内ID和精同步点位置。本发明降低了信号的计算复杂度，降低了实现复杂度。

Description

一种基于叠加与快速频域相关联合的PSS检测方法

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，涉及5G通信技术，具体涉及一种基于叠加与快速频域相关联合的PSS检测方法。

背景技术

随着5G移动通信技术的不断发展，相较于前一代的通信技术LTE而言，5G在未来的发展过程中能够明显提升数据的传输效率，同时还能提高信号传输过程中的稳定性和安全性。PSS定时同步是用户设备激活后接入小区的首个物理过程，对提升网络基带性能有至关重要的影响，因此学术界和工业界对小区搜索都进行了广泛的研究。用户通过小区搜索过程可以获取下行链路的符号定时位置、频偏和小区号等信息，这对系统下行通信业务的建立和传输有十分重要的影响。

近几年对于PSS定时同步技术迎来了快速发展，公开号为CN112351474A的专利公开了一种5G系统中接收信号定时同步方法，通过FFT快速傅里叶变换将信号转换到频域进行快速相关，降低了PSS定时同步复杂度。另外，公开号为CN112702137A的专利申请公开了一种5G系统快速下行同步方法，通过DDR缓冲器存储的数据，判断是否为帧头，再进行滑动相关，这样可以准确的找到帧头位置，完成帧定时同步。但是，上述两种技术都只在某一方向提出了改进，PSS定时同步需要减少复杂度和信号抗频偏性能，这样才能满足5G系统复杂的信道环境。对于目前的高复杂度和抗频偏差问题，亟需一种新的PSS定时同步方法来解决此问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于叠加与快速频域相关联合的PSS检测方法，通过叠加方法减少多次相关带来的频偏影响，再用快速频域相关代替时域滑动互相关，减少计算复杂度，可以减少噪声对系统性能影响，更好地发挥了资源的有效利用特性。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于叠加与快速频域相关联合的PSS检测方法，具体包括以下步骤：

S1：将接收信号y(n)进行预处理得到y′(n)，即先做归一化处理，再做16倍降采样处理得到y′(n))；

S2：将本地三组信号pss_j(n)进行叠加运算得到pss(n)；

S3：将接收的信号y′(n)和pss(n)从时域转换至频域，得到频域接收信号Y(n)＝FFT(y′(n))与本地PSS信号P(n)＝FFT(pss(n))；其中，FFT表示快速傅里叶变换；

S4：基于时域卷积等于频域相乘原理，通过IFFT(Y(n)*P(n))得到粗同步点位置；

S5：通过粗同步点位置取64点做滑动窗口与本地三组频域信号做快速互相关得到集合Q_j(x)；

S6：根据峰均值比得到小区组内ID号，再通过小区组内ID号确定Q_j(x)一组数据，判断最大值，确定精同步点，从而实现精同步位置。

进一步，步骤S2中，pss(n)的计算公式为：

pss(n)＝pss₀(n)+pss₁(n)+pss₂(n)

其中，pss₀(n)、pss₁(n)、pss₂(n)是本地三组PSS信号，pss(n)信号是得加运算后的结果。

进一步，步骤S4具体包括：首先将时域滑动互相关转换到时域卷积，再转换到表示每组本地信号与接收信号的快速相关集合，得到粗同步位置cu_point；

{cu_value,cu_point}＝argmax{Corr_μ(i)}

其中，Corr_μ(i)表示能量集合，N表示接收端数据长度，y′(n+i)表示预处理后的接收端信号，cu_value表示初始能量最大值。

进一步，步骤S5中，得到集合Q_j(x)的计算公式为：

其中，Q_j(x)表示三组本地频域信号pss_j(k)与窗口为K的频域接收信号r(k)快速频域相关的结果，r(k)为粗同步点序列，R(n)为频域的r(k)数据，P_j(n)为频域的pss_j(k)。

进一步，步骤S6具体包括以下步骤：

S61：根据峰均值比peakare＝max_pwr/mean_value得到Peakare(j)集合，其中，max_pwr表示最大值能量值，mean_value表示平均能量值；

S62：通过以下公式判断峰值确定小区组内ID号；

{par_value,N_ID_2}＝argmax{Peakare(j)}

其中，par_value表示最大峰值，N_ID_2表示小区组内ID号，Peakare(j)表示峰值集合；

S63：通过小区组内ID号确定Q_j(k)一组数据，判断最大值，确定精同步点；

{psyn_value,psyn_point}＝argmax{Q_j(k)}

其中，psyn_value表示精同步值，psyn_point表示精同步点；

然后通过计算Syn_point_clear＝(11-1)*16+1+(psyn_point-32)得到精同步位置，完成PSS定时同步；其中，32为中心点，Syn_point_clear表示精同步位置。

本发明的有益效果在于：本发明在原有滑动互相关的基础上，通过PSS叠加和快速频域相关方法对信号进行处理，使得PSS定时同步算法复杂度比传统算法大大降低，提升抗频偏性能，从而极大地提升了系统的性能。

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为本发明基于叠加与快速频域相关联合的PSS检测方法算法流程图；

图2为本发明基于叠加与快速频域相关联合的PSS检测方法的具体实现流程图。

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。

本实施例的系统环境为AWGN信道(高斯白噪声Additive White GaussianNoise)，采样频率为122.88MHz，信道带宽在100MHz，采样点数为4096，在此环境下，将信号转换到频域处理，可以大大节省了计算复杂度，减少了资源使用，提升了系统性能。

基于该系统，结合图1以及图2，本实施例的基于叠加与快速频域相关联合的PSS检测方法中的各个步骤做以下说明：

步骤S1：5G信号数据量比较大，因此需要通过有效数据解析出需要的结果，进行归一化便于数据的处理，降采样方法降低了采样频率，采样点数为4096点，中心点数256依然满足奈奎斯特采样定理，减少了数据的处理量，有效缓解了5G信号复杂度的问题，通过对接收数据降采样、归一化预处理，一定程度减少了复杂度。

步骤S2：信号在传输过程中很容易发生偏移，采用叠加运算方法对信号进行处理可以的一下表达式：

pss(n)＝pss₀(n)+pss₁(n)+pss₂(n)

其中，pss₀(n)、pss₁(n)、pss₂(n)，是本地三组PSS信号，pss(n)信号叠加运算后的结果。根据M序列具有良好的自相关和互相关特性，叠加后的结果不会影响粗同步点位置，还减少了两次互相关运算。

步骤S3：通过叠加运算理后的数据如果采用直接互相关的方法依然存在高复杂度的问题，消耗资源过大，将处理后数据转换到频域。通过快速傅里叶变换可以得到以下表达式：

Y(n)＝FTT(y′(n))

P(n)＝FFT(pss(n))

其中，Y(n)和P(n)通过快速傅里叶变换得到。将0频率分量移至频谱中心，对向量交换左半部分和右半部分；

步骤S4：完成数据处理，接收信号与本地PSS信号进行相关运算表达式如下：

{cu_value,cu_point}＝argmax{Corr_μ(i)}

首先将时域滑动互相关转换到时域卷积，再转换到本地信号与接收信号的快速相关集合，通过相关集合Corr_μ(i)确定粗同步点cu_point，得到同步搜索位置。

步骤S5：因为在步骤S1中对信号做了预处理，粗同步点存在误差，此时将粗同步点还原到原始数据位置，再取位置前后K点做精同步，其中表达式如下：

其中，r(k)为粗同步点序列，三组本地信号pss′(k)，序列Q_j(x)表示三组本地信号与窗口为K的接收信号r(k)快速频域相关的结果。在同步搜索中确定不了小区组内ID号，在初始同步过程中，完成确定小区组内ID和精同步位置。

步骤S6：完成了初始同步获得序列Q_j(x)，通过峰均值比可以得到集合Peakare(j)，具体包括以下步骤：

{par_value,N_ID_2}＝argmax{Peakare(j)}

{psyn_value,psyn_point}＝argmax{Q_j(k)}

Step1：根据峰均值比peakare＝max_pwr/mean_value得到Peakare(j)集合；

Step2：通过{par_value,N_ID_2}＝argmax{Peakare(j)}，得到小区组内ID号为N_ID_2-1；

Step3：通过小区组内ID号可以确定Q_j(k)一组数据，判断最大值，可以确定精同步点，通过计算Syn_point_clear＝(11-1)*16+1+(psyn_point-32)其中32为中心点，得到精同步位置，完成PSS定时同步。

本发明实施例利用了PSS信号有良好的自相关和互相关特性，采用了叠加运算和快速频域相关方法，在应对庞大的5G信号数据量时，大大降低了运算复杂度，降低了小频偏带来的影响，通过有效的方法处理5G海量数据，实现资源有效利用。

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

1.一种基于叠加与快速频域相关联合的PSS检测方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

S1：将接收信号y(n)进行预处理得到y′(n)；

S2：将本地三组信号pss_j(n)进行叠加运算得到pss(n)；

2.根据权利要求1所述的基于叠加与快速频域相关联合的PSS检测方法，其特征在于，步骤S4具体包括：首先将时域滑动互相关转换到时域卷积，再转换到表示每组本地信号与接收信号的快速相关集合，得到粗同步位置cu_point；

{cu_value，cu_point}＝argmax{Corr_μ(i)}

3.根据权利要求1所述的基于叠加与快速频域相关联合的PSS检测方法，其特征在于，步骤S5中，得到集合Q_j(x)的计算公式为：

4.根据权利要求1所述的基于叠加与快速频域相关联合的PSS检测方法，其特征在于，步骤S6具体包括以下步骤：

S62：通过以下公式判断峰值确定小区组内ID号；

{par_value，N_ID_2}＝arg max{Peakare(j)}

{psyn_value，psyn_point}＝argmax{Q_j(k)}

其中，psyn_value表示精同步值，psyn_point表示精同步点；