发明内容
有鉴于此,本发明实施例提供了一种基于NB-IoT系统的时频同步的方法和装置,可以提高窄带主同步信号时频同步的速度,并减少计算量和功耗。
第一方面,本发明实施例提供了一种基于NB-IoT系统的时频同步的方法,该方法包括:
接收第一窄带主同步信号,确定所述第一窄带主同步信号的接收时间;
根据所述接收时间确定终端设备的休眠时间;
根据所述休眠时间确定第一定时偏移量;
根据所述第一定时偏移量对第二窄带主同步信号进行初始补偿,其中,所述第二窄带主同步信号为所述第一窄带主同步信号之后接收到窄带主同步信号;
根据所述第二窄带主同步信号确定目标载波频偏值和第二定时偏移量,其中,所述第二窄带主同步信号的采样频率为第一采样频率;
根据所述目标载波频偏值和第二定时偏移量对第三窄带主同步信号进行粗略补偿,其中,所述第三窄带主同步信号为所述第二窄带主同步信号之后接收到窄带主同步信号;
根据所述第三窄带主同步信号确定目标定时偏移量,其中,所述第三窄带主同步信号的采样频率为第二采样频率,所述第二采样频率大于所述第一采样频率;
根据所述目标载波频偏值和第二定时偏移量对第四窄带主同步信号进行精准补偿,其中,所述第四窄带主同步信号为所述第三窄带主同步信号之后接收到窄带主同步信号。
可选的,所述根据所述接收时间确定终端设备的休眠时间,具体包括:
根据所述接收时间确定计时器的停止时间,其中,所述计时器在所述终端设备进入发送状态或休眠状态时开始计时;
将所述停止时间确定为所述终端设备的休眠时间。
可选的,所述根据所述休眠时间确定第一定时偏移量,具体包括:
确定所述休眠时间、第二采样频率与载波频率偏移值的第一乘积;
将所述第一乘积与接收载波频率的第一比值确定为所述第一定时偏移量。
可选的,所述根据所述第二窄带主同步信号确定目标载波频偏值,具体包括:
根据所述第二窄带主同步信号中多个OFDM符号确定小数倍频偏值;
通过所述小数倍频偏值对所述第二窄带主同步信号中剩余的OFDM符号进行补偿;
根据所述第二窄带主同步信号中补偿后的所述剩余的OFDM符号确定整数倍频偏;
根据所述小数倍频偏值和所述整数倍频偏确定所述目标载波频偏值。
可选的,所述根据所述第二窄带主同步信号中多个OFDM符号确定小数倍频偏值,具体包括:
按照第一采样频率在第一时长内获取第一采样数据;
根据所述第一采样数据进行滑动自相关计算,确定最大峰位置;
根据所述最大峰位置的相角,确定所述小数倍频偏值。
可选的,该方法还包括:
根据所述最大峰位置确定修正前的所述第二定时偏移量。
可选的,根据所述第二窄带主同步信号中补偿后的所述剩余的OFDM符号确定整数倍频偏,具体包括:
按照第一采样频率在第二时长内获取第二采样数据;
将所述第二采样数据按照设定数量的预设整数倍频偏因子,确定所述预设数量的频偏值;
根据预设数量的频偏值,确定第一最大功率值;
根据所述第一最大功率值,确定所述整数倍频偏。
可选的,该方法还包括:
确定所述第一最大功率值对应的定时偏移量修正值;
根据所述定时偏移量修正值确定所述第二定时偏移量。
可选的,所述根据所述第三窄带主同步信号确定目标定时偏移量,具体包括:
根据所述第三窄带主同步信号确定修正前的所述目标定时偏移量;
将所述修正前的所述目标定时偏移量确定为滑窗中心,左右各滑动设定数量的采样点;
对所述左右各滑动设定数量的采样点进行处理确定第二最大功率值;
确定所述第二最大功率值对应的目标定时偏移量的修正值;
根据所述目标定时偏移量的修正值确定所述目标定时偏移量。
第二方面,本发明实施例提供了一种基于NB-IoT系统的时频同步的装置,该装置包括:
第一接收单元,用于接收第一窄带主同步信号,确定所述第一窄带主同步信号的接收时间;
第一确定单元,用于根据所述接收时间确定终端设备的休眠时间;
所述第一确定单元还用于:根据所述休眠时间确定第一定时偏移量;
第一处理单元,用于根据所述第一定时偏移量对第二窄带主同步信号进行初始补偿,其中,所述第二窄带主同步信号为所述第一窄带主同步信号之后接收到窄带主同步信号;
第二确定单元,用于根据所述第二窄带主同步信号确定目标载波频偏值和第二定时偏移量,其中,所述第二窄带主同步信号的采样频率为第一采样频率;
第二处理单元,用于根据所述目标载波频偏值和第二定时偏移量对第三窄带主同步信号进行粗略补偿,其中,所述第三窄带主同步信号为所述第二窄带主同步信号之后接收到窄带主同步信号;
第三确定单元,用于根据所述第三窄带主同步信号确定目标定时偏移量,其中,所述第三窄带主同步信号的采样频率为第二采样频率,所述第二采样频率大于所述第一采样频率;
第三处理单元,用于根据所述目标载波频偏值和第二定时偏移量对第四窄带主同步信号进行精准补偿,其中,所述第四窄带主同步信号为所述第三窄带主同步信号之后接收到窄带主同步信号。
可选的,所述第一确定单元具体用于:
根据所述接收时间确定计时器的停止时间,其中,所述计时器在所述终端设备进入发送状态或休眠状态时开始计时;
将所述停止时间确定为所述终端设备的休眠时间。
可选的,所述第一确定单元具体还用于:
确定所述休眠时间、第二采样频率与载波频率偏移值的第一乘积;
将所述第一乘积与接收载波频率的第一比值确定为所述第一定时偏移量。
可选的,所述第二确定单元具体用于:
根据所述第二窄带主同步信号中多个OFDM符号确定小数倍频偏值;
通过所述小数倍频偏值对所述第二窄带主同步信号中剩余的OFDM符号进行补偿;
根据所述第二窄带主同步信号中补偿后的所述剩余的OFDM符号确定整数倍频偏;
根据所述小数倍频偏值和所述整数倍频偏确定所述目标载波频偏值。
可选的,所述第二确定单元具体用于:
按照第一采样频率在第一时长内获取第一采样数据;
根据所述第一采样数据进行滑动自相关计算,确定最大峰位置;
根据所述最大峰位置的相角,确定所述小数倍频偏值。
可选的,所述第二确定单元具体还用于:
根据所述最大峰位置确定修正前的所述第二定时偏移量。
可选的,所述第二确定单元具体用于:
按照第一采样频率在第二时长内获取第二采样数据;
将所述第二采样数据按照设定数量的预设整数倍频偏因子,确定所述预设数量的频偏值;
根据预设数量的频偏值,确定第一最大功率值;
根据所述第一最大功率值,确定所述整数倍频偏。
可选的,所述第二确定单元具体还用于:
确定所述第一最大功率值对应的定时偏移量修正值;
根据所述定时偏移量修正值确定所述第二定时偏移量。
可选的,所述第三确定单元具体用于根据所述第三窄带主同步信号确定修正前的所述目标定时偏移量;
将所述修正前的所述目标定时偏移量确定为滑窗中心,左右各滑动设定数量的采样点;
对所述左右各滑动设定数量的采样点进行处理确定第二最大功率值;
确定所述第二最大功率值对应的目标定时偏移量的修正值;
根据所述目标定时偏移量的修正值确定所述目标定时偏移量。
第三方面,本发明实施例提供了一种电子设备,包括存储器和处理器,所述存储器用于存储一条或多条计算机指令,其中,所述一条或多条计算机指令被处理器执行以实现如第一方面或第一方面任一种可能中任一项所述的方法。
第四方面,本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行以实现如第一方面或第一方面任一种可能中任一项所述的方法。
本发明实施例通过接收第一窄带主同步信号,确定所述第一窄带主同步信号的接收时间;根据所述接收时间确定终端设备的休眠时间;根据所述休眠时间确定第一定时偏移量;根据所述第一定时偏移量对第二窄带主同步信号进行初始补偿;根据所述第二窄带主同步信号确定目标载波频偏值和第二定时偏移量;根据所述目标载波频偏值和第二定时偏移量对第三窄带主同步信号进行粗略补偿;根据所述第三窄带主同步信号确定目标定时偏移量;根据所述目标载波频偏值和第二定时偏移量对第四窄带主同步信号进行精准补偿。通过上述方法,可以提高窄带主同步信号时频同步的速度,并减少计算量和功耗。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明公开进行描述,但是本发明公开并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明公开的细节描述中,详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明公开。为了避免混淆本发明公开的实质,公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外,本领域普通技术人员应当理解,在此提供的附图都是为了说明的目的,并且附图不一定是按比例绘制的。
除非上下文明确要求,否则整个申请文件中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义;也就是说,是“包括但不限于”的含义。
在本发明公开的描述中,需要理解的是,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外,在本发明公开的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
现有技术中,NB-IoT构建于蜂窝网络,消耗大约180kHz的带宽,可直接部署于全球移动通讯系统(Global System for Mobile Communicati ons,GSM)网络、通用移动通信系统(Universal Mobile Telecommunica tions System,UMTS)网络或长期演进(Long TermEvolution,LTE)网络,以降低部署成本、实现平滑升级。同步是蜂窝通信系统中一个重要的环节,终端设备的同步过程可分为初始同步和同步跟踪两个过程,终端设备初始开机后,需要通过小区搜索来检测到一个合适的小区完成小区驻留,并完成定时同步和载波频率同步,NB-IoT的特点是低成本和强覆盖,低成本意味着NB-IoT终端设备配置低成本的晶振,其初始载波频偏可高达20ppm,为了实现载波频率同步,终端设备需要从基站获取同步信息,同步调校,以纠正因接收机晶振不精准而引起的频率偏差。接收机和发射机之间晶振的偏差,会引起接收机和发射机之间的采样频率偏差(sampling frequency offset,SFO),采样偏差示意图如图1所示,随着时间的变化,SFO会慢慢形成累计效应,一个TX发送采样点的周期FS和一个RX接收采样点的周期fs的差值为d,即一个SFO为d,当累计到的采样点长度超过循环前缀(Cyclic Prefix,CP)长度时,就会导致子载波之间正交性遭到破坏,造成子载波间干扰(inter carrier interference,ICI),从而影响接收机解调性能。
NB-IoT终端设备为了适应物联网低功耗的业务特点,终端设备采用非连续接收(Discontinuous Reception,DRX)的方式接收下行数据,具体是指终端设备仅在必要的时间段打开接收机进入激活态,用以接收下行数据,而在剩余时间段关闭接收机进入休眠态,停止接收下行数据的一种节省终端电力消耗的工作模式。具体的,DRX周期取值范围为:1.28s,2.56s,5.12s或者10.24s,同时,为了适应物联网更低功耗、时延更不敏感的业务特点,在节省电力消耗方面提出了eDRX技术,所述eDRX技术通过扩展现有的DRX周期,可以达到分钟或者小时级别;例如,eDRX周期为20.48s-10.24s*210,最大约为2.92小时。在DRX/eDRX数秒到小时级别的休眠周期配置下,通常对于休眠时长较长的休眠周期配置,终端设备在唤醒后采取小区搜索的方式来重新获取时频同步,但是对于休眠时长不是特别长的休眠周期配置,每次唤醒后,都要重新进行时频同步。获取时频同步的方式为通过主同步信号(Narrowband Primary Synchronization Signal,NPSS)滑窗相关的方式来跟踪时频偏,从而实现时频同步,由于采用滑窗相关技术,涉及到相关运算,窗长的长度决定了计算复杂度,乘累加运算量的大小,通常都会采用一个固定窗长,例如,10ms作为窗长;采用固定窗长的优点在于所有的配置采用一套参数处理即可,控制流程简单,但计算量较大,且处理时间长,特别是对于1.28s的DRX周期取值,周期短,每次都要进行时频同步,计算量很大;另外对于NB-IoT这种对于功耗十分敏感的系统,采用10ms作为窗长,滑窗相关计算量较大,功耗也大。综上,如何在快速准确的实现时频同步,并在时频同步的过程中减少计算量和功耗,是目前需要解决的问题。
本发明实施例中,为了解决上述问题,提出了一种基于NB-IoT系统的时频同步的系统,具体如图2所示,所述时频同步的系统包括频偏估计模块200、定时估计模块201、频偏补偿模块202、定时调整模块203和定时偏差预估模块204。
具体的,所述频偏估计模块200,用于负责完成接收信号载波频偏的估计功能,本模块将频偏估计分解为整数倍频偏估计和小数倍频偏值估计两部分来实现,其中,整数倍频偏估计部分利用窄带主同步信号(NPSS)的互相关(cross-correlation)运算来获得整数倍频偏值,小数倍频偏值估计部分利用窄带主同步信号(NPSS)的自相关(auto-correlation)运算来获得小数倍频偏值。所述定时估计模块201,用于负责完成接收信号OFDM符号定时偏差的估计功能,本模块利用窄带主同步信号(NPSS)计算相关功率时延谱(Power Delay Profile,PDP),获取功率值的峰值位置的定时偏差值,即帧头位置的定时偏差值。所述频偏补偿模块202,用于对接收信号进行载波频率偏差补偿处理,根据频偏估计模块获得的载波频率偏移值,在时域逐点对I路/Q路的采样数据进行频率偏差补偿处理。所述定时调整模块203,用于调整接收信号的定时偏差,本模块会根据定时估计模块和定时偏差预估模块提供的定时偏移值来进行定时调整,通常包括丢点或者补点处理来实现定时提前或者延迟处理。所述定时偏差预估模块204,用于负责对由于休眠或者长时间处于发送状态,导致长时间没有进行信号接收,需要根据频率偏差和休眠时长来预估出当前接收打开时,相对于上次接收打开时的定时偏移量,提供给定时调整模块,方便终端在唤醒后或者切换回接收状态时,及时的对定时偏移进行调整。
根据上述系统,本发明实施例提出了一种基于NB-IoT系统的时频同步的方法,具体如图3所示,图3是本发明实施例的一种基于NB-IoT系统的时频同步的方法流程图,具体包括:
步骤S300、接收第一窄带主同步信号,确定所述第一窄带主同步信号的接收时间。
具体的,接收第一窄带主同步信号时,终端设备进入接收状态,即终端设备中的定时偏差预估模块处于复位状态,所述第一窄带主同步信号的接收时间即所述定时偏差预估模块中计数器的计时停止时间。
步骤S301、根据所述接收时间确定终端设备的休眠时间。
具体的,根据所述接收时间确定计时器的停止时间,其中,所述计时器在所述终端设备进入发送状态或休眠状态时开始计时;将所述停止时间确定为所述终端设备的休眠时间。
本发明实施例中,当终端设备进入接收状态时,读取当前的计时值,即所述终端设备的休眠时间Δt,单位为秒。
步骤S302、根据所述休眠时间确定第一定时偏移量。
具体的,确定所述休眠时间、第二采样频率与载波频率偏移值的第一乘积;将所述第一乘积与接收载波频率的第一比值确定为所述第一定时偏移量。
本发明实施例中,所述第一定时偏移量为ΔTs,公式如下:
其中,所述fs为第二采样频率,例如,所述第二采样频率为1.92MHz;Δf是载波频率偏移值,单位为Hz;fc是接收载波频率,单位为Hz。
步骤S303、根据所述第一定时偏移量对第二窄带主同步信号进行初始补偿,其中,所述第二窄带主同步信号为所述第一窄带主同步信号之后接收到窄带主同步信号。
本发明实施例中,根据休眠时间换算得到第一定时偏移量,唤醒后利用定时调整模块预先调整定时偏移,可以将定时偏差缩短到很小的范围内,然后再进行后续处理,可以简化运算量,加速同步处理过程,降低功耗。
步骤S304、根据所述第二窄带主同步信号确定目标载波频偏值和第二定时偏移量,其中,所述第二窄带主同步信号的采样频率为第一采样频率。
具体的,所述目标载波频偏值包括小数倍频偏值和整数倍频偏值,具体公式如下:
Δf=fI+fF=(αI+αF)*ΔF
其中,ΔF为整数倍单位频偏值14KHz,假设采样率为1.92MHz,每个OFDM符号样点数为137点,因此,所述整数倍单位频偏值为1920/137=14KHz;所述αF为小数倍系数,-0.5≤αF<0.5;αI为整数倍系数,假设晶振偏差有大约20ppm,加上NB-Iot信道栅格7.5KHz,初始频偏最大为±25.5KHz,考虑到余量,设置αI=-3,-2,-1,0,1,2,3。
本发明实施例中,根据所述第二窄带主同步信号确定目标载波频偏值,具体流程如图4所示,包括如下步骤:
步骤S400、根据所述第二窄带主同步信号中多个OFDM符号确定小数倍频偏值。
具体的,按照第一采样频率在第一时长内获取第一采样数据;根据所述第一采样数据进行滑动自相关计算,确定最大峰位置;根据所述最大峰位置的相角,确定所述小数倍频偏值;并根据所述最大峰位置确定修正前的所述第二定时偏移量。
步骤S401、通过所述小数倍频偏值对所述第二窄带主同步信号中剩余的OFDM符号进行补偿。
步骤S402、根据所述第二窄带主同步信号中补偿后的所述剩余的OFDM符号确定整数倍频偏。
具体的,按照第一采样频率在第二时长内获取第二采样数据;将所述第二采样数据按照设定数量的预设整数倍频偏因子,确定所述预设数量的频偏值;根据预设数量的频偏值,确定第一最大功率值;根据所述第一最大功率值,确定所述整数倍频偏;并且,确定所述第一最大功率值对应的定时偏移量修正值;根据所述定时偏移量修正值确定所述第二定时偏移量。
步骤S403、根据所述小数倍频偏值和所述整数倍频偏确定所述目标载波频偏值。
步骤S305、根据所述目标载波频偏值和第二定时偏移量对第三窄带主同步信号进行粗略补偿,其中,所述第三窄带主同步信号为所述第二窄带主同步信号之后接收到窄带主同步信号。
步骤S306、根据所述第三窄带主同步信号确定目标定时偏移量,其中,所述第三窄带主同步信号的采样频率为第二采样频率,所述第二采样频率大于所述第一采样频率。
具体的,根据所述第三窄带主同步信号确定修正前的所述目标定时偏移量;将所述修正前的所述目标定时偏移量确定为滑窗中心,左右各滑动设定数量的采样点;对所述左右各滑动设定数量的采样点进行处理确定第二最大功率值;确定所述第二最大功率值对应的目标定时偏移量的修正值;根据所述目标定时偏移量的修正值确定所述目标定时偏移量。
步骤S307、根据所述目标载波频偏值和第二定时偏移量对第四窄带主同步信号进行精准补偿,其中,所述第四窄带主同步信号为所述第三窄带主同步信号之后接收到窄带主同步信号。
下面通过三个具体实施例对上述步骤进行详细说明。
具体实施例一、
对上述步骤S400确定小数倍频偏进行详细说明,在计算小数倍频偏时,需要采用自相关处理,为了降低自相关处理的运算量,通常采用8倍降采样处理的方式,将采样频率降低到240KHz,即第一采样频率为240KHz,采样频率降低之前的采样频率为1.92MHz,即第二采样频率为1.92MHz,当采样频率从1.92MHz降低到240KHz后,第二窄带主同步信号中每个OFDM符号的采样点数由原来的137点或138点降低到16点,极大的减少了运算量,240K窄带主同步信号自相关处理流程图,如图5所示:
步骤S500、按照240KHz获取10ms的采样点数据,采样点数据为R(n),n=0,1,2,…2399。
其中,所述10ms为一个时长周期,本发明实施例中,所述时长周期还可以为其他数值,本发明实施例对其不做限定。
步骤S501、采用BUF缓存11个OFDM符号对应的采样点数据,由于每个OFDM符号对应16个采样点数据,即BUF缓存中缓存176个采样点数据。
具体的,每个OFDM符号的采样点数由原来为137或138个点,去掉循环前缀CP对应的点,然后降低8倍,确定每个OFDM符号的采样点数为16个点。
本发明实施例中,一个子帧一共有14个OFDM符号,按照1.92MHz采样频率时,cp的采用点数分别为10,9,9,9,9,9,9,10,9,9,9,9,9,9,其中,OFDM符号固定长度为128,加上cp长度,14个OFDM符号长度就分别为138,137,137,137,137,137,137,138,137,137,137,137,137,137,一个子帧长度就是所有OFDM符号长度的和,即1920。
步骤S502、上述11个OFDM符号对应的采样点数据分别按照符号间隔k=1,2,3,4依次计算两个OFDM符号的自相关值,然后将得到的自相关值按照四组分别累加起来计算平均值。
具体公式如下:
其中,s(m)=[1 1 1 1 -1 -1 1 1 1 -1 1];s(m+k)为向前移动队列里的值;k=1,2,3,4;
为接收OFDM符号数据的转置;R
m+k为OFDM符号数据;m为OFDM符号系数。
具体的,4种k值对应得到四个自相关值为A1(0),A2(0),A3(0),A4(0)。
步骤S503、每向后滑动1个采样点,按照设定窗长再取176个采样点数据,按照上述步骤S502计算得到四个自相关值A1(1),A2(1),A3(1),A4(1)。
步骤S504、根据上述两个步骤得到的自相关值确定四个平均值。
步骤S505、向后滑动完2400点,重复上述步骤S501至步骤S504,得到目标平均值。
具体的,按照下式计算得到目标平均值:
其中,p=0,1,2,…1199。
步骤S506、将所述目标平均值按照进行相干合并,得到相干合并后的值β(p)。
其中,假设α1=0.76,α2=0.54,α3=0.34。
步骤S507、进行多帧平滑合并处理,得到平滑合并处理后的值γ(p)。
其中,γ(p)=0.9*γ(p)+0.1*β(p)
其中,γ(p)的初始值为0。
步骤S508、对多帧平滑合并处理的结果进行功率最大峰搜索,并计算峰值和噪声的功率比值P2N,然后和预设门限进行比对,若超过所述预设门限,则停止自相关处理,进入步骤S509;若没有超过所述设定门限,则继续进行做多帧平滑合并处理,重复上述操作步骤。
步骤S509、求最大峰位置相关点的相角,确定小数倍频偏值fF。
其中,
并且,根据所述最大峰位置确定修正前的所述第二定时偏移量,所述最大峰位置即为NPSS的粗定时τcoarse1=p,所述粗定时即修正前的所述第二定时偏移量。
具体实施例二、
对上述步骤S402确定整数倍频偏进行详细说明,在计算整数倍频偏时,先根据小数倍频偏估计模块获得的粗定时为滑窗中心,左右各滑动8点,然后将获得的小数倍频偏值和预设整数倍频偏因子αI=-3,-2,-1,0,1,2,3,一共得到7种不同的频偏值,通过频偏补偿模块先补偿到接收数据上,分别得到7路补偿后的采样数据R(n),然后对这7路数据分别进行互相关处理,240KHz的第二窄带主同步信号互相关处理流程图,如图6所示,具体步骤包括:
步骤S600、按照240KHz获取10ms的采样点数据,采样点数据为R(n),n=0,1,2,…2399。
步骤S601、根据所述采样点数据R(n)分别按照预设整数倍频偏因子αI=-3,-2,-1,0,1,2,3,得到7种不同的频偏值,通过频偏补偿模块先补偿到接收数据上,分别得到7路补偿后的采样数据Ri(n),i=0,1,2,3,…6。
步骤S602、根据本地序列τnpss分别和这7路数据Ri(n)进行共轭相乘,得到每个OFDM符号的互相关值Ci(m),i=0,1,2,3,…6。
其中,
步骤S603、采用BUF缓存11个OFDM符号的互相关值Ci(m),去掉其中的循环前缀CP,然后按照OFDM符号进行相干合并处理,得到互相关值Di(0)。
其中,
步骤S604、向后滑动采样点,直至滑完整个窗长win_sz,重复上述步骤S601至步骤S603,得到互相关值Di(p),p=0,1,2…win_sz-1。
步骤S605、进行多帧平滑合并处理,得到平滑合并处理后的值γi(p)。
其中,
γi(p)=0.9*γi(p)+0.1*Di(p)
步骤S606、对多帧合并的互相关结果求功率的最大值,每一路都求一个最大值,一共7路,然后再从这7路最大值中找到最大的那一路,得到最大功率值Pmax。
具体的:
其中,Pmax最大时对应的修正值Δτ1=p。
步骤S607、计算Pmax和噪声的功率比值P2N,然后和预设门限进行比对,若超过预设门限,则停止互相关处理,执行下述步骤S608,若没有超过设定门限,则继续重复上述步骤。
步骤S608、超过预设门限值时,求取Pmax对应整数倍频偏索引号αI=i-3,得到整数倍频偏值:
fI=αI*ΔF
在一种可能的实现方式中,目标载波频偏值Δf=fI+fF,第二定时偏移量为τcoarse2=τcoarse1+Δτ1。
具体实施例三、
根据所述目标载波频偏值和第二定时偏移量对第三窄带主同步信号进行粗略补偿后,根据所述第三窄带主同步信号确定目标定时偏移量,即经过240KHz的采样频率处理后,已经可以获得目标载波频偏值和粗的帧定时值(即第二定时偏移量),为了精确帧定时,采用1.92MHz进行采样,采样数据的第三窄带主同步信号和本地序列进行互相关运算,,定时精度可以达到1/1.92M=0.52us,所述第三窄带主同步信号的互相关处理流程图,如图7所示,包括如下步骤:
步骤S700、将目标载波频偏值通过频偏补偿模块补偿到接收数据上,然后将第二定时偏移量换算到1.92MHz的采样点上;τcoarse=τcoarse2*8,并以此为滑窗中心,左右各滑动8个采样点。
步骤S701、每滑动一个采样点,用本地序列τnpss按照每个OFDM符号长度分别进行共轭相乘,得到每个OFDM符号的互相关值Cm(p)。
其中,
步骤S702、采用BUF缓存11个OFDM符号的互相关值Cm(p),去掉其中的CP,然后按照符号相干合并起来得到D(p)。
其中,
步骤S703、继续滑动采样点,直至滑完整个窗长win_sz,重复上述步骤S700至步骤S702,得到互相关值D(p),p=0,1,2…win_sz-1。
步骤S704、进行多帧平滑合并处理,得到平滑合并处理后的值γ(p)。
其中,
γ(p)=0.9*γ(p)+0.1*D(p)
步骤S705、对多帧合并的互相关结果求功率的最大值Pmax。
具体的,
步骤S706、计算Pmax和噪声的功率比值P2N,然后和预设门限进行比对,若超过所述预设门限,过则停止互相关处理,进入下述步骤,否则继续重复上述操作步骤。
步骤S707、超过预设门限值时,求取Pmax对应的偏差值Δτ。
其中,Pmax最大时对应Δτ=p。
步骤S708、确定目标定时偏移量τfine。
其中,τfine=τcoarse+Δτ。
在一种可能的实现方式中,定时调整模块内部设计一个计时计数器,具体包括:OFDM符号计数、时隙计数、子帧计数、无线帧计数以及超帧计数,其中,所述OFDM符号计数(Symbol count)的范围为【0,6】;所述时隙计数(Slot count)的范围为【0,1】;所述子帧计数(SN count)的范围为【0,9】;所述无线帧计数(SFN coun)的范围为【0,1023】;所述超帧计数(H-SFN count)的范围为【0,1023】。假设,按照0---19199进行周期计数,每计一个19200周期帧号SFN加1,1024个帧一重复,超帧帧号H-SFN加1,1024个超帧一重复,每计一个1920周期子帧号SN加1,10个子帧一重复,OFDM符号计数在counter计数到【0 138 275 412 549686 823】时加1,在counter计到960时,OFDM符号计数归0,在初始上电启动时从0开始计数,在240KHz的窄带主同步信号下完成初始搜索获得粗定时后,会启动定时调整模块进行一次粗调,在1.92MHz的窄带主同步信号下完成定时精同步后,还会进行一次细调,最后在同步跟踪阶段,每次按照跟踪周期进行细调一次,因此,在设计定时调整需要支持如下两种模式,分别是模式一、粗调:将配置的帧定时值调整为0点,在下个10ms周期进行调整,SFN和SN计数清零;模式二、细调:调整范围为【-8:8】Ts,按照1ms的边界进行调整,SFN和SN计数保持不变。上述两种模式的区别在于,粗调时调整的是一个绝对量,是按照10ms的周期进行调整的,细调调整的是一个相对量,存在着向前或者向后调整的情况,调整周期更加细化,按照1ms边界进行调整。细调模式的调整策略如图8所示,包括:向前调整:调整量deltaT>0时1ms边界向前调整deltaT样点;向后调整:调整量deltaT<0时1ms边界向后调整deltaT样点。
本发明实施例中,每次时频同步的获取,首先采用240KHz窄带主同步信号进行自相关、互相关处理;然后1.92MHz窄带主同步信号进行互相关处理;按照上述两种采样频率相互配合的方式来获取定时和频率的同步。初始同步阶段240KHz NPSS AC(自相关)需要至少滑动10ms窗长采样数据,来获取粗定时和小数倍频偏,240KHz NPSS CC(互相关)先根据粗定时为窗中心,左右滑动极小窗长即可获得整数倍频偏值和粗定时修正值,至此完成了240KHz采样频率下精确的定时偏移值和频偏估计值,但是此定时偏移值的定时精度还不够,需要换算到1.92MHz采样频率上,因此再通过1.92MHz NPSS CC(互相关)获取更为精确的定时偏移值,由于已经通过240KHz采样的处理后获得了粗定时值,所以再通过1.92MHz采样数据互相关处理时,滑动窗长可以大大缩短,只需要在【-8:8】Ts的范围内滑动即可以满足定时要求,相比于传统的处理方式,1.92MHz NPSS互相关滑窗窗长高达19200Ts(10ms),本发明处理量得到了极大缩减,加速了时频同步的处理。同步跟踪阶段只需要启动240KHzNPSS AC(自相关)滑动1ms窗长采样数据,即可获得残余的频率偏差,以及1.92MHz窄带主同步信号互相关处理滑动16个采样数据,即可获得定时偏差值,实现时频同步处理,处理复杂度都很小,且窗长相比于初始阶段也得到了进一步缩减,极小的数据处理量,也保证了极低功耗。
本发明实施例中,DRX唤醒或者收发切换状态下,通过上述实施例的处理,终端设备可以在唤醒后迅速的获得此时的定时偏移量,然后通过定时调整模块及时作出调整,终端就可以保证和网络设备的时频同步偏差控制到较小的范围内,然后再通过240KHz窄带主同步信号自相关处理和1.92MHz窄带主同步信号互相关处理,将时频同步偏差修正回来,这样的处理策略,以很小的数据处理量和极快的速度恢复时频同步。
图9是本发明实施例的一种基于NB-IoT系统的时频同步的装置示意图。如图9所示,本实施例的装置包括第一接收单元901、第一确定单元902、第一处理单元903、第二确定单元904、第二处理单元905、第三确定单元906和第三处理单元907。
其中,所述第一接收单元901,用于接收第一窄带主同步信号,确定所述第一窄带主同步信号的接收时间;第一确定单元902,用于根据所述接收时间确定终端设备的休眠时间;所述第一确定单元902还用于:根据所述休眠时间确定第一定时偏移量;第一处理单元903,用于根据所述第一定时偏移量对第二窄带主同步信号进行初始补偿,其中,所述第二窄带主同步信号为所述第一窄带主同步信号之后接收到窄带主同步信号;第二确定单元904,用于根据所述第二窄带主同步信号确定目标载波频偏值和第二定时偏移量,其中,所述第二窄带主同步信号的采样频率为第一采样频率;第二处理单元905,用于根据所述目标载波频偏值和第二定时偏移量对第三窄带主同步信号进行粗略补偿,其中,所述第三窄带主同步信号为所述第二窄带主同步信号之后接收到窄带主同步信号;第三确定单元906,用于根据所述第三窄带主同步信号确定目标定时偏移量,其中,所述第三窄带主同步信号的采样频率为第二采样频率,所述第二采样频率大于所述第一采样频率;第三处理单元907,用于根据所述目标载波频偏值和第二定时偏移量对第四窄带主同步信号进行精准补偿,其中,所述第四窄带主同步信号为所述第三窄带主同步信号之后接收到窄带主同步信号。
进一步地,所述第一确定单元具体用于:
根据所述接收时间确定计时器的停止时间,其中,所述计时器在所述终端设备进入发送状态或休眠状态时开始计时;
将所述停止时间确定为所述终端设备的休眠时间。
进一步地,所述第一确定单元具体还用于:
确定所述休眠时间、第二采样频率与载波频率偏移值的第一乘积;
将所述第一乘积与接收载波频率的第一比值确定为所述第一定时偏移量。
进一步地,所述第二确定单元具体用于:
根据所述第二窄带主同步信号中多个OFDM符号确定小数倍频偏值;
通过所述小数倍频偏值对所述第二窄带主同步信号中剩余的OFDM符号进行补偿;
根据所述第二窄带主同步信号中补偿后的所述剩余的OFDM符号确定整数倍频偏;
根据所述小数倍频偏值和所述整数倍频偏确定所述目标载波频偏值。
进一步地,所述第二确定单元具体用于:
按照第一采样频率在第一时长内获取第一采样数据;
根据所述第一采样数据进行滑动自相关计算,确定最大峰位置;
根据所述最大峰位置的相角,确定所述小数倍频偏值。
进一步地,所述第二确定单元具体还用于:
根据所述最大峰位置确定修正前的所述第二定时偏移量。
进一步地,所述第二确定单元具体用于:
按照第一采样频率在第二时长内获取第二采样数据;
将所述第二采样数据按照设定数量的预设整数倍频偏因子,确定所述预设数量的频偏值;
根据预设数量的频偏值,确定第一最大功率值;
根据所述第一最大功率值,确定所述整数倍频偏。
进一步地,所述第二确定单元具体还用于:
确定所述第一最大功率值对应的定时偏移量修正值;
根据所述定时偏移量修正值确定所述第二定时偏移量。
进一步地,所述第三确定单元具体用于根据所述第三窄带主同步信号确定修正前的所述目标定时偏移量;
将所述修正前的所述目标定时偏移量确定为滑窗中心,左右各滑动设定数量的采样点;
对所述左右各滑动设定数量的采样点进行处理确定第二最大功率值;
确定所述第二最大功率值对应的目标定时偏移量的修正值;
根据所述目标定时偏移量的修正值确定所述目标定时偏移量。
图10是本发明实施例的电子设备的示意图。图10所示的电子设备为时频同步的装置,其包括通用的计算机硬件结构,其至少包括处理器1001和存储器1002。处理器1001和存储器1002通过总线1003连接。存储器1002适于存储处理器1001可执行的指令或程序。处理器1001可以是独立的微处理器,也可以是一个或者多个微处理器集合。由此,处理器1001通过执行存储器1002所存储的指令,从而执行如上所述的本发明实施例的方法流程实现对于数据的处理和对于其它装置的控制。总线1003将上述多个组件连接在一起,同时将上述组件连接到显示控制器1004和显示装置以及输入/输出(I/O)装置1005。输入/输出(I/O)装置1005可以是鼠标、键盘、调制解调器、网络接口、触控输入装置、体感输入装置、打印机以及本领域公知的其他装置。典型地,输入/输出装置1005通过输入/输出(I/O)控制器1006与系统相连。
如本领域技术人员将意识到的,本发明实施例的各个方面可以被实现为系统、方法或计算机程序产品。因此,本发明实施例的各个方面可以采取如下形式:完全硬件实施方式、完全软件实施方式(包括固件、常驻软件、微代码等)或者在本文中通常可以都称为“电路”、“模块”或“系统”的将软件方面与硬件方面相结合的实施方式。此外,本发明实施例的各个方面可以采取如下形式:在一个或多个计算机可读介质中实现的计算机程序产品,计算机可读介质具有在其上实现的计算机可读程序代码。
可以利用一个或多个计算机可读介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是如(但不限于)电子的、磁的、光学的、电磁的、红外的或半导体系统、设备或装置,或者前述的任意适当的组合。计算机可读存储介质的更具体的示例(非穷尽列举)将包括以下各项:具有一根或多根电线的电气连接、便携式计算机软盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪速存储器)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光存储装置、磁存储装置或前述的任意适当的组合。在本发明实施例的上下文中,计算机可读存储介质可以为能够包含或存储由指令执行系统、设备或装置使用的程序或结合指令执行系统、设备或装置使用的程序的任意有形介质。
计算机可读信号介质可以包括传播的数据信号,所述传播的数据信号具有在其中如在基带中或作为载波的一部分实现的计算机可读程序代码。这样的传播的信号可以采用多种形式中的任何形式,包括但不限于:电磁的、光学的或其任何适当的组合。计算机可读信号介质可以是以下任意计算机可读介质:不是计算机可读存储介质,并且可以对由指令执行系统、设备或装置使用的或结合指令执行系统、设备或装置使用的程序进行通信、传播或传输。
可以使用包括但不限于无线、有线、光纤电缆、RF等或前述的任意适当组合的任意合适的介质来传送实现在计算机可读介质上的程序代码。
用于执行针对本发明实施例各方面的操作的计算机程序代码可以以一种或多种编程语言的任意组合来编写,所述编程语言包括:面向对象的编程语言如Java、Smalltalk、C++等;以及常规过程编程语言如“C”编程语言或类似的编程语言。程序代码可以作为独立软件包完全地在用户计算机上、部分地在用户计算机上执行;部分地在用户计算机上且部分地在远程计算机上执行;或者完全地在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下,可以将远程计算机通过包括局域网(LAN)或广域网(WAN)的任意类型的网络连接至用户计算机,或者可以与外部计算机进行连接(例如通过使用因特网服务供应商的因特网)。
上述根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图图例和/或框图描述了本发明实施例的各个方面。将要理解的是,流程图图例和/或框图的每个块以及流程图图例和/或框图中的块的组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以被提供至通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理设备的处理器,以产生机器,使得(经由计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的)指令创建用于实现流程图和/或框图块或块中指定的功能/动作的装置。
还可以将这些计算机程序指令存储在可以指导计算机、其它可编程数据处理设备或其它装置以特定方式运行的计算机可读介质中,使得在计算机可读介质中存储的指令产生包括实现在流程图和/或框图块或块中指定的功能/动作的指令的制品。
计算机程序指令还可以被加载至计算机、其它可编程数据处理设备或其它装置上,以使在计算机、其它可编程设备或其它装置上执行一系列可操作步骤来产生计算机实现的过程,使得在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图和/或框图块或块中指定的功能/动作的过程。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明,对于本领域技术人员而言,本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。