CN115767708B - 一种5g nr系统时频同步方法、装置、系统及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种5G NR系统时频同步方法、装置、系统及存储介质，其中方法包括：通过对基本的m序列进行循环移位的方式生成3个不同的本地PSS序列；接收由基站发送的下行小区同步信号；将接收到的所述下行小区同步信号与生成的3个不同的本地PSS序列做PSS信号粗同步点提取运算；选取PSS信号粗同步点中前M‑1个点至后M+N个点的序列作为新的接收信号序列，并与生成的3个不同的本地PSS序列做PSS信号精同步点提取运算；使用PSS信号粗同步点和精同步点进行PSS信号最终同步点的提取。本发明不仅可提高PSS同步算法的抗频偏性能，还可降低算法的运算量和时延，实现用户终端和基站的快速时频同步。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种5G NR系统时频同步方法、装置、系统及存储介质。
背景技术
4G改变生活，5G改变社会。5G NR(New Radio，新空口)是基于正交频分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA)技术的全新空口设计的5G无线接入技术(RAT)，是3GPP组织制定的第五代移动通信空中接口技术标准，已成为全球主流的具有重要国家战略地位的移动通信技术，其以技术为驱动，从移动互联网扩展到移动物联网领域，服务对象从人与人通信拓展到人与物、物与物通信，将与经济社会各领域深度融合，为智慧制造、自动驾驶、万物互联创造可能，引发生产生活方式的深刻变革。
欲通信，先同步。不论是人与人之间的通信，还是人与物或者物与物之间的通信，在进行数据传输之前都需先将用户终端(User Equipment，UE)接入网络。其是通过5G NR系统里的UE和基站之间的初始接入过程来实现的。小区搜索阶段，即尽快搜索到合适5G小区，从而获得与小区时间和频率上的下行同步，进而读取小区的广播消息这一阶段是初始接入过程的第一阶段。主同步信号(Primary Synchronization Signal，PSS)是UE进行小区搜索以接入5G NR系统的第一个信号，是小区搜索阶段中搜索复杂度最高的过程，在此阶段，UE不知道系统的定时信息，UE内部的参考频率也不精确，UE和网络之间在频率上还有较大波动，能否有效快速检测PSS同步序列是用户入网的关键。通过对PSS的检测，可获取5G NR系统OFDM符号的开始位置和物理小区组内标识从而实现UE和基站小区间的下行时间同步和频率同步，其检测性能的好坏直接影响下行同步通信链路的建立，是UE能否入网的关键。然而，5G NR系统采用的OFDMA技术对频率偏移和定时误差非常敏感，符号和频率定时易受到多径效应和多普勒偏移的影响，频率偏移等会破坏子载波间的正交性，载波间的干扰等则会引起系统整体性能的损失，严重影响用户的5G体验，5G NR系统对频率偏移有着更为严格的要求。同时，5G是具有高速率、高可靠低时延和海量连接等特点的新一代宽带移动通信技术，增强移动宽带(eMBB)、超高可靠低时延通信(uRLLC)和海量机器类型通信(mMTC)是它的3大应用场景，使得5G NR系统对用户入网时延也有着更高的要求。因此，对5G NR系统PSS时频同步算法的研究具有重要价值。
目前，5G NR系统的主同步信号检测算法主要有传统互相关算法、基于循环前缀的最大似然算法、分段相关算法和差分相关算法等。传统互相关算法原理简单，因需将接收信号与每个PSS序列做滑动互相关导致运算量较高，该算法还会产生频偏累积导致抗频偏性能较差。基于循环前缀的最大似然算法虽然可以获得比较不错的性能，然计算量非常大，致使算法时延很大。分段相关算法利用分段来降低频偏的累积影响，其抗频偏性能会随着分段数的增加而提高，但随着分段的增加会造成峰值相关性的下降，严重影响其抗噪能力，降低了低信噪比下的同步性能。差分相关算法在互相关之前对主同步信号做差分处理，可减弱频偏带来的影响，然差分处理过程引入了额外的干扰噪声项，使得该算法对噪声极度敏感，无法适应复杂的干扰环境。可以看出，目前5G NR系统的主同步信号检测算法的性能尚有待提升。
因此，对5G NR系统高精度、低时延的快速时频同步算法的研究尤为重要。
以上信息作为背景信息给出只是为了辅助理解本公开，并没有确定或者承认任意上述内容是否可用作相对于本公开的现有技术。
发明内容
本发明提供一种5G NR系统时频同步方法、装置、系统及存储介质，以解决现有技术的不足。
为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：
第一方面，本发明提供一种5G NR系统时频同步方法，应用于用户终端，所述方法包括：
S1、通过对基本的m序列进行循环移位的方式生成3个不同的本地PSS序列；
S2、接收由基站发送的下行小区同步信号；
S3、将接收到的所述下行小区同步信号与生成的3个不同的本地PSS序列做PSS信号粗同步点提取运算；
S4、选取PSS信号粗同步点中前M-1个点至后M+N个点的序列作为新的接收信号序列；其中，M为根据终端移动速度引起的频偏情况取的同步位置偏置值，N为本地PSS序列的采样点数；
S5、将新的接收信号序列与生成的3个不同的本地PSS序列做PSS信号精同步点提取运算；
S6、使用PSS信号粗同步点和PSS信号精同步点进行PSS信号最终同步点的提取。
进一步地，所述5G NR系统时频同步方法中，所述S3包括：
S31、对生成的3个不同的本地PSS序列做叠加运算得到PSS叠加序列；
S32、将接收到的所述下行小区同步信号与PSS叠加序列的共轭做乘积运算，并对乘积结果做逐点滑动傅里叶变换；
S33、选取滑动傅里叶变换运算结果中的绝对值的最大值所在的位置作为PSS信号粗同步点。
进一步地，所述5G NR系统时频同步方法中，所述S5包括：
S51、将新的接收信号序列分别与生成的3个不同的本地PSS序列的共轭做乘积运算，并对乘积结果做逐点滑动傅里叶变换；
S52、对3次滑动傅里叶变换运算结果中的绝对值的最大值进行比较，并选取其中的最大值所在的位置作为PSS信号精同步点。
进一步地，所述5G NR系统时频同步方法中，所述S6包括：
S61、将PSS信号的粗同步点与PSS信号精同步点相加并减去M；
S62、将计算后所得到的值作为PSS信号最终同步点。
第二方面，本发明提供一种5G NR系统时频同步装置，应用于用户终端，所述装置包括：
序列生成模块，用于通过对基本的m序列进行循环移位的方式生成3个不同的本地PSS序列；
信号接收模块，用于接收由基站发送的下行小区同步信号；
粗同步点提取模块，用于将接收到的所述下行小区同步信号与生成的3个不同的本地PSS序列做PSS信号粗同步点提取运算；
粗同步点选取模块，用于选取PSS信号粗同步点中前M-1个点至后M+N个点的序列作为新的接收信号序列；其中，M为根据终端移动速度引起的频偏情况取的同步位置偏置值，N为本地PSS序列的采样点数；
精同步点提取模块，用于将新的接收信号序列与生成的3个不同的本地PSS序列做PSS信号精同步点提取运算；
最终同步点提取模块，用于使用PSS信号粗同步点和PSS信号精同步点进行PSS信号最终同步点的提取。
进一步地，所述5G NR系统时频同步装置中，所述粗同步点提取模块具体用于：
对生成的3个不同的本地PSS序列做叠加运算得到PSS叠加序列；
将接收到的所述下行小区同步信号与PSS叠加序列的共轭做乘积运算，并对乘积结果做逐点滑动傅里叶变换；
选取滑动傅里叶变换运算结果中的绝对值的最大值所在的位置作为PSS信号粗同步点。
进一步地，所述5G NR系统时频同步装置中，所述精同步点提取模块具体用于：
将新的接收信号序列分别与生成的3个不同的本地PSS序列的共轭做乘积运算，并对乘积结果做逐点滑动傅里叶变换；
对3次滑动傅里叶变换运算结果中的绝对值的最大值进行比较，并选取其中的最大值所在的位置作为PSS信号精同步点。
进一步地，所述5G NR系统时频同步装置中，所述最终同步点提取模块具体用于：
将PSS信号的粗同步点与PSS信号精同步点相加并减去M；
将计算后所得到的值作为PSS信号最终同步点。
第三方面，本发明提供一种5G NR系统时频同步系统，包括基站和用户终端，所述用户终端包括如上述第二方面所述的5G NR系统时频同步装置，用于实现如上述第一方面所述的5G NR系统时频同步方法。
第四方面，本发明提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令由计算机处理器执行，以实现如上述第一方面所述的5G NR系统时频同步方法。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的一种5G NR系统时频同步方法、装置、系统及存储介质，通过先对接收的信号进行PSS信号粗同步点的提取，再基于PSS信号粗同步点进行PSS信号精同步点的提取，最后基于PSS信号粗同步点和PSS信号精同步点确定PSS信号最终同步点，不仅可提高PSS同步算法的抗频偏性能，在大频偏下依旧可获得不错的检测效果，还可降低算法的运算量，减少算法的检测时延，实现用户终端和基站的快速时频同步，实现用户的快速入网，提高5G NR系统的整体性能，提升用户的5G体验。
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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种5G NR系统时频同步方法的流程示意图；
图2是本发明实施例一提及的SSB的结构示意图；
图3是本发明实施例一提及的图1中步骤S3进一步细化的流程示意图；
图4是本发明实施例一提及的图1中步骤S5进一步细化的流程示意图；
图5是本发明实施例一提及的图1中步骤S6进一步细化的流程示意图；
图6是本发明实施例一提及的SSB在半帧中的位置(Case B)示意图；
图7是本发明实施例一提及的PSS信号粗同步点提取的流程示意图；
图8是本发明实施例一提及的PSS信号精同步点提取的流程示意图；
图9是本发明实施例一提及的PSS信号最终同步点提取的流程示意图；
图10是本发明实施例二提供的一种5G NR系统时频同步装置的功能模块示意图。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。
此外，术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有此特定的方位、以特定的方位构造进行操作，以此不能理解为本发明的限制。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
有鉴于上述现有的5G NR系统时频同步技术存在的缺陷，本申请人基于从事此领域设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以希望创设能够解决现有技术中缺陷的技术，使得用户终端与基站的快速时频同步更容易。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
请参考图1，图1为本发明实施例一提供的一种5G NR系统时频同步方法的流程示意图，该方法适用于5G NR系统中用户终端接入网络的场景，该方法由5G NR系统时频同步装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件实现，集成于用户终端的内部。该方法具体包括如下步骤：
S1、通过对基本的m序列进行循环移位的方式生成3个不同的本地PSS序列。
需要说明的是，每个5G NR小区对应一个物理小区ID(Physical CellIdentities，PCI)，终端使用PCI来区分不同小区。根据3GPP协议，5G NR共支持1008个PCI，被分成336组，每组又包括3个不同的组内标识。每个物理小区标识由主同步信号(Primary Synchronization Signal，PSS)序列和辅同步信号(Second SynchronizationSignal，SSS)序列组合共同确定，即/>其中，主同步信号序列PSS有3种取值，与物理层小区标识组内的物理层标识/>相映射。辅同步信号序列SSS有336种取值，与物理层小区标识组的物理层标识/>相映射。相比LTE的504个PCI，5GNR可提供更大的小区部署灵活性。
NRPSS序列是长度为127的伪随机序列，采用频域BPSKm序列，通过对基本m序列进行循环移位产生3个不同的PSS序列，3个循环移位的位置分别是0、43和86。PSS序列是UE进行小区搜索的第一个信号，也是小区搜索过程中搜索复杂度最高的过程。对PSS的成功搜索，可获得PSS定时、SSB/PBCH的定时、SSB/PBCH块的子载波间隔和PCI的同时可作为UE内部频率产生的参考，很大程度上消除了UE和网络之间的频率波动。
PSS序列的定义为：
式中，x(n)定义如下：
S2、接收由基站发送的下行小区同步信号。
需要说明的是，所述下行小区同步信号携带5G NR的信号同步块。5G NR的PSS与SSS、PBCH信号构成同步块SS/PBCH块，简称信号同步块(Synchronization Signal Block，SSB)，其以窄的波束同时发射，通过波束扫描方式覆盖整个小区，以实现UE下行同步。SSB采用时分复用方式，每个SSB在频域上占用240个连续子载波(20个RB)，时域上占用4个OFDM符号，其中PSS和SSS在频域占用SSB中间的127个子载波，在时域分别占用第一和第三个OFDM符号，PBCH在SSB的第2-4个OFDM符号，第2和第4个符号在频域占用240个子载波，第3个符号在频域占用96个子载波，如图2所示。
S3、将接收到的所述下行小区同步信号与生成的3个不同的本地PSS序列做PSS信号粗同步点提取运算。
请参考图3，在本实施例中，所述S3可进一步细化为包括如下步骤：
S31、对生成的3个不同的本地PSS序列做叠加运算得到PSS叠加序列；
S32、将接收到的所述下行小区同步信号与PSS叠加序列的共轭做乘积运算，并对乘积结果做逐点滑动傅里叶变换；
S33、选取滑动傅里叶变换运算结果中的绝对值的最大值所在的位置作为PSS信号粗同步点。
S4、选取PSS信号粗同步点中前M-1个点至后M+N个点的序列作为新的接收信号序列；其中，M为根据终端移动速度引起的频偏情况取的同步位置偏置值，N为本地PSS序列的采样点数。
需要说明的是，在终端移动速度为0-160km/h时，M取100比较合适。
S5、将新的接收信号序列与生成的3个不同的本地PSS序列做PSS信号精同步点提取运算。
请参考图4，在本实施例中，所述S5可进一步细化为包括如下步骤：
S51、将新的接收信号序列分别与生成的3个不同的本地PSS序列的共轭做乘积运算，并对乘积结果做逐点滑动傅里叶变换；
S52、对3次滑动傅里叶变换运算结果中的绝对值的最大值进行比较，并选取其中的最大值所在的位置作为PSS信号精同步点。
S6、使用PSS信号粗同步点和PSS信号精同步点进行PSS信号最终同步点的提取。
请参考图5，在本实施例中，所述S6可进一步细化为包括如下步骤：
所述S6包括：
S61、将PSS信号的粗同步点与PSS信号精同步点相加并减去M；
S62、将计算后所得到的值作为PSS信号最终同步点。
需要说明的是，SSB的周期是可变的，可以配置为5ms、10ms、20ms、40ms、80ms和160ms，由高层参数ssb-periodicityServingCell给出。对于初始小区搜索，由于UE还无法接收ssb-periodicityServingCell，UE假定SSB的传输周期是20ms。这样，UE就可以知道在某个频率上搜索PSS/SSS需要停留的时间，如果没有搜索到PSS/SSS，则UE转换到下一个频率的同步栅格上继续搜索PSS/SSS。在每个周期内，多个SSB被限制在某一个5ms的半帧内，该半帧内的SSB块的集合被称为SSBBurst，以波束扫描的方式进行发送。为了使UE能确定SSB在半帧中的位置，NR标准规定了不同子载波间隔时的A、B、C、D、E共5种SSB候选位置图样，包括SSB在半帧中的时隙索引即SSB在该时隙中的OFDM符号索引值。以模式B为例，CaseB中，SCS＝30kHz，候选SSB的第一个符号在其所在半帧中的索引为{4,8,16,20}+28×{4,8,16,20}+28×n，如图6所示。
传统互相关算法分析：
PSS序列采用m序列，具有很好的自相关性和较差的互相关特性，PSS序列检测算法通常采用传统的互相关算法来实现定时同步。传统互相关算法的基本思想是：在接收端首先使用接收信号分别与本地生成的3个PSS序列做逐点滑动相关，其次比较3次相关结果的峰值并取3次峰值的最大值所在的位置作为PSS信号的同步点。
传统互相关表达式为：
式中，R(μ，m)(n)是在子载波间隔配置为μ时接收信号滑动至位置n处时与第m(m＝1,2,3)个本地PSS序列的相关值，N是本地PSS序列的采样点数，r(n)是接收信号，是在子载波间隔为μ时的第m个本地PSS序列，s(n)是原始发送信号，/>是在位置n处存在的频偏(ε为相对于子载波间隔的归一化频率偏移，其定义为Δf/fsc)，/>为引入的噪声。
判断3次滑动相关结果峰值的最大值表达式为：
式中，Vmax为3个互相关峰值的最大值，Lmax为3个互相关峰值的最大值所对应的索引值(即PSS信号的同步点)，是在子载波间隔配置为μ且传输带宽物理资源块个数配置为NRB时无线子帧的采样点数。
传统互相关算法在小频偏时的峰值明显，可以得到不错的检测效果；然而在大频偏时，传统互相关算法已基本检测不到相关峰值，将直接导致PSS同步算法的失败，其检测性能较差。
为了提高算法的抗频偏性能和减少算法的运算量以降低算法的复杂度和时延，本实施例基于5G NR系统主同步信号序列的特性及已有5G NR系统主同步算法性能的不足，提出了基于傅里叶变换和本地PSS序列叠加的5G NR系统时频同步方法，主要涉及PSS信号粗同步点的提取、基于粗同步点位置的PSS信号精同步点的提取以及基于PSS粗同步点和精同步点的PSS最终同步点的确定。其基本思想是：在粗同步和精同步阶段借助傅里叶变换算法的指数项在不引入额外噪声的基础上对频偏进行补偿以减少传统互相关算法运算过程中累计的频偏，提高算法的抗频偏性能；在粗同步阶段利用PSS序列的相关特性对三个不同的本地PSS序列进行叠加，并将叠加结果与接收信号序列做同步运算以减少算法的运算量，进而降低PSS同步检测时延，实现用户终端和基站间主同步信号的快速同步。
傅里叶变换表达式为：
基于傅里叶变换算法和相互相关算法的异同，本实施例提出的时频同步算法在粗同步和精同步阶段借助傅里叶变换算法的指数项对频偏进行补偿，以减少传统互相关算法运算过程中累计的频偏。
因PSS采用具有良好互相关特性的m序列，根据PSS序列互相关特性可知PSS序列满足分配律性质，即接收信号与每个本地PSS序列做同步运算等效于接收信号与每个本地PSS序列单独做同步运算并对三个运算结果取和。因而本项目提出的时频同步算法在粗同步阶段对三个本地PSS序列进行叠加并将叠加结果与接收信号序列做同步运算，以减少算法的运算量。
(1)PSS信号粗同步点的提取：
如图7所示，PSS信号粗同步点提取的基本思想是：在接收端首先对3个本地PSS序列做叠加运算得到PSS叠加序列，然后对接收信号与PSS叠加序列的共轭做乘积运算并对乘积结果做逐点滑动傅里叶变换，最后取滑动傅里叶变换运算结果的绝对值的最大值所在的位置作为PSS信号的粗同步点。
PSS信号粗同步点提取算法的表达式为：
(i＝0,1...，N-1)且(n＝0,1，2...，)；
式中，F’(μ)(n，i)是在子载波间隔配置为μ时接收信号滑动至位置n处时与3个本地PSS序列叠加和的共轭做相乘运算后的第j个傅里叶变换值，是在子载波间隔配置为μ且传输带宽物理资源块个数配置为NRB时无线子帧的采样点数，s(n)是原始发送信号，是在位置n处存在的频偏，/>是噪声项。
取滑动傅里叶变换运算结果绝对值的最大值的最大值的表达式为：
式中，V’max为本次滑动傅里叶变换运算结果绝对值的最大值，L’max为本次滑动傅里叶变换运算结果绝对值的最大值所对应的索引值，从而可获得PSS信号的粗同步点为L’max。
(2)PSS信号精同步点的提取：
如图8所示，PSS信号精同步点提取的基本思想是：取PSS信号粗同步点前(M-1)个点至粗同步点后(M+N)个点的序列作为新的接收信号序列，将新的接收信号分别与本地生成的3个PSS序列的共轭做乘积运算，并对乘积结果做逐点滑动傅里叶变换，获取每次滑动傅里叶变换运算结果的绝对值的最大值，比较这3次滑动傅里叶变换运算结果绝对值的最大值，取这3次最大值里的最大值所在的位置作为PSS信号的精同步点。
PSS信号精同步点提取算法的表达式为：
(j＝0,1...，N-1)且
(n＝L’max-(M-1)，L’max(M-2)，...，L’max，L’max+1，L’max+2，...，L’max+(M+N))；
式中，F”(μ，m)是在子载波间隔配置为μ时接收信号滑动至位置n处时与第m(m＝1,2,3)个本地PSS序列的共轭做相乘运算后的第j个傅里叶变换值，s(n)是原始发送信号，是在位置n处存在的频偏，/>是噪声项。
取3次滑动傅里叶变换运算结果绝对值的最大值的最大值的表达式为：
(V”max，L”max)＝argμmax(F”(μ，m)(n，i))，
(n＝L’max-(M-1)，L’max(M-2)，...，L’max，L’max+1，L’max+2，...，L’max+(M+N))；
式中，V”max为3次滑动傅里叶变换运算结果绝对值的最大值的最大值，L”max为3次滑动傅里叶变换运算结果绝对值的最大值的最大值所对应的索引值，从而可获得PSS信号的精同步点为L”max。
(3)PSS信号最终同步点的提取：
如图9所示，PSS信号最终同步点提取的基本思想是：将PSS信号的粗同步点与精同步点相加并减去数值M后所得到的值作为PSS信号的最终同步点。
PSS信号最终同步点提取算法的表达式为：
Lmax＝L’max+L”max-M；
式中，Lmax是PSS信号最终同步点。
尽管本文中较多的使用了用户终端、PSS序列、PSS信号、基站、下行小区同步信号、粗同步点、精同步点等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
本发明实施例提供的一种5G NR系统时频同步方法，通过先对接收的信号进行PSS信号粗同步点的提取，再基于PSS信号粗同步点进行PSS信号精同步点的提取，最后基于PSS信号粗同步点和PSS信号精同步点确定PSS信号最终同步点，不仅可提高PSS同步算法的抗频偏性能，在大频偏下依旧可获得不错的检测效果，还可降低算法的运算量，减少算法的检测时延，实现用户终端和基站的快速时频同步，实现用户的快速入网，提高5G NR系统的整体性能，提升用户的5G体验。
实施例二
请参考图10，图10为本发明实施例二提供的一种5G NR系统时频同步装置的功能模块示意图，该装置适用于执行本发明实施例一提供的5G NR系统时频同步方法。该装置具体包含如下模块：
序列生成模块201，用于通过对基本的m序列进行循环移位的方式生成3个不同的本地PSS序列；
信号接收模块202，用于接收由基站发送的下行小区同步信号；
粗同步点提取模块203，用于将接收到的所述下行小区同步信号与生成的3个不同的本地PSS序列做PSS信号粗同步点提取运算；
粗同步点选取模块204，用于选取PSS信号粗同步点中前M-1个点至后M+N个点的序列作为新的接收信号序列；其中，M为根据终端移动速度引起的频偏情况取的同步位置偏置值，N为本地PSS序列的采样点数；
精同步点提取模块205，用于将新的接收信号序列与生成的3个不同的本地PSS序列做PSS信号精同步点提取运算；
最终同步点提取模块206，用于使用PSS信号粗同步点和PSS信号精同步点进行PSS信号最终同步点的提取。
优选地，所述粗同步点提取模块203具体用于：
对生成的3个不同的本地PSS序列做叠加运算得到PSS叠加序列；
将接收到的所述下行小区同步信号与PSS叠加序列的共轭做乘积运算，并对乘积结果做逐点滑动傅里叶变换；
选取滑动傅里叶变换运算结果中的绝对值的最大值所在的位置作为PSS信号粗同步点。
优选地，所述精同步点提取模块205具体用于：
将新的接收信号序列分别与生成的3个不同的本地PSS序列的共轭做乘积运算，并对乘积结果做逐点滑动傅里叶变换；
对3次滑动傅里叶变换运算结果中的绝对值的最大值进行比较，并选取其中的最大值所在的位置作为PSS信号精同步点。
优选地，所述最终同步点提取模块206具体用于：
将PSS信号的粗同步点与PSS信号精同步点相加并减去M；
将计算后所得到的值作为PSS信号最终同步点。
本发明实施例提供的一种5G NR系统时频同步装置，通过先对接收的信号进行PSS信号粗同步点的提取，再基于PSS信号粗同步点进行PSS信号精同步点的提取，最后基于PSS信号粗同步点和PSS信号精同步点确定PSS信号最终同步点，不仅可提高PSS同步算法的抗频偏性能，在大频偏下依旧可获得不错的检测效果，还可降低算法的运算量，减少算法的检测时延，实现用户终端和基站的快速时频同步，实现用户的快速入网，提高5G NR系统的整体性能，提升用户的5G体验。
上述装置可执行本发明任意实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
实施例三
本发明实施例三提供一种5G NR系统时频同步系统，包括基站和用户终端，所述用户终端包括如本发明实施例二所述的5G NR系统时频同步装置，用于实现如本发明实施例一所述的5G NR系统时频同步方法。
本发明解决的重大问题有：
(1)5G NR系统采用的OFDMA技术对频率偏移和定时误差非常敏感，符号和频率定时易受到多径效应和多普勒偏移的影响，频率偏移等会破坏子载波间的正交性，载波间的干扰等则会引起系统整体性能的损失。本发明提出的算法可提高5G NR系统主同步信号的抗频偏性能，在大频偏下依旧可获得不错的检测效果。
(2)5G是具有高速率、高可靠低时延和海量连接等特点的新一代宽带移动通信技术，对用户入网时延有着更高的要求。本发明提出的算法可减少算法的运算量，降低5G NR系统的主同步信号PSS检测时延，实现用户终端和基站间的快速时频同步。
(3)高精度抗频偏性能、低运算快速5G NR系统PSS同步算法可加速下行同步通信链路的建立，实现用户的快速入网，提高5G NR系统基站的整体性能，提升用户的5G体验。
(4)5G NR系统基站整体性能的提高、用户5G体验的提升，可促进5G产业的建设与发展，同时还可带动5G产业链的发展。
实施例四
本发明实施例四提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可执行指令，该指令被处理器执行时实现如本申请所有发明实施例提供的5GNR系统时频同步方法。
可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如”C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
综上所述，在阅读本详细公开内容之后，本领域技术人员可以明白，前述详细公开内容可以仅以示例的方式呈现，并且可以不是限制性的。尽管这里没有明确说明，本领域技术人员可以理解本申请意图囊括对实施例的各种合理改变，改进和修改。这些改变，改进和修改旨在由本申请提出，并且在本申请的示例性实施例的精神和范围内。
此外，本申请中的某些术语已被用于描述本申请的实施例。例如，“一个实施例”，“实施例”和/或“一些实施例”意味着结合该实施例描述的特定特征，结构或特性可以包括在本申请的至少一个实施例中。因此，可以强调并且应当理解，在本说明书的各个部分中对“实施例”或“一个实施例”或“替代实施例”的两个或更多个引用不一定都指代相同的实施例。此外，特定特征，结构或特性可以在本申请的一个或多个实施例中适当地组合。
应当理解，在本申请的实施例的前述描述中，为了帮助理解一个特征，出于简化本申请的目的，本申请将各种特征组合在单个实施例、附图或其描述中。然而，这并不是说这些特征的组合是必须的，本领域技术人员在阅读本申请的时候完全有可能将其中一部分特征提取出来作为单独的实施例来理解。也就是说，本申请中的实施例也可以理解为多个次级实施例的整合。而每个次级实施例的内容在于少于单个前述公开实施例的所有特征的时候也是成立的。
本文引用的每个专利，专利申请，专利申请的出版物和其他材料，例如文章，书籍，说明书，出版物，文件，物品等，可以通过引用结合于此。用于所有目的的全部内容，除了与其相关的任何起诉文件历史，可能与本文件不一致或相冲突的任何相同的，或者任何可能对权利要求的最宽范围具有限制性影响的任何相同的起诉文件历史。现在或以后与本文件相关联。举例来说，如果在与任何所包含的材料相关联的术语的描述、定义和/或使用与本文档相关的术语、描述、定义和/或之间存在任何不一致或冲突时，使用本文件中的术语为准。
最后，应理解，本文公开的申请的实施方案是对本申请的实施方案的原理的说明。其他修改后的实施例也在本申请的范围内。因此，本申请披露的实施例仅仅作为示例而非限制。本领域技术人员可以根据本申请中的实施例采取替代配置来实现本申请中的申请。因此，本申请的实施例不限于申请中被精确地描述过的实施例。
Claims (4)
1.一种5G NR系统时频同步方法，应用于用户终端，其特征在于，所述方法包括：
S1、通过对基本的m序列进行循环移位的方式生成3个不同的本地主同步信号PSS序列；
S2、接收由基站发送的下行小区同步信号；
S3、将接收到的所述下行小区同步信号与生成的3个不同的本地PSS序列做PSS信号粗同步点提取运算；
S4、选取PSS信号粗同步点中前M-1个点至后M+N个点的序列作为新的接收信号序列；其中，M为根据终端移动速度引起的频偏情况取的同步位置偏置值，N为本地PSS序列的采样点数；
S5、将新的接收信号序列与生成的3个不同的本地PSS序列做PSS信号精同步点提取运算；
S6、使用PSS信号粗同步点和PSS信号精同步点进行PSS信号最终同步点的提取；
所述S3包括：
S31、对生成的3个不同的本地PSS序列做叠加运算得到PSS叠加序列；
S32、将接收到的所述下行小区同步信号与PSS叠加序列的共轭做乘积运算，并对乘积结果做逐点滑动傅里叶变换；
S33、选取滑动傅里叶变换运算结果中的绝对值的最大值所在的位置作为PSS信号粗同步点；
所述S5包括：
S51、将新的接收信号序列分别与生成的3个不同的本地PSS序列的共轭做乘积运算，并对乘积结果做逐点滑动傅里叶变换；
S52、对3次滑动傅里叶变换运算结果中的绝对值的最大值进行比较，并选取其中的最大值所在的位置作为PSS信号精同步点；
所述S6包括：
S61、将PSS信号的粗同步点与PSS信号精同步点相加并减去M；
S62、将计算后所得到的值作为PSS信号最终同步点。
2.一种5G NR系统时频同步装置，应用于用户终端，其特征在于，所述装置包括：
序列生成模块，用于通过对基本的m序列进行循环移位的方式生成3个不同的本地PSS序列；
信号接收模块，用于接收由基站发送的下行小区同步信号；
粗同步点提取模块，用于将接收到的所述下行小区同步信号与生成的3个不同的本地PSS序列做PSS信号粗同步点提取运算；
粗同步点选取模块，用于选取PSS信号粗同步点中前M-1个点至后M+N个点的序列作为新的接收信号序列；其中，M为根据终端移动速度引起的频偏情况取的同步位置偏置值，N为本地PSS序列的采样点数；
精同步点提取模块，用于将新的接收信号序列与生成的3个不同的本地PSS序列做PSS信号精同步点提取运算；
最终同步点提取模块，用于使用PSS信号粗同步点和PSS信号精同步点进行PSS信号最终同步点的提取；
所述粗同步点提取模块具体用于：
对生成的3个不同的本地PSS序列做叠加运算得到PSS叠加序列；
将接收到的所述下行小区同步信号与PSS叠加序列的共轭做乘积运算，并对乘积结果做逐点滑动傅里叶变换；
选取滑动傅里叶变换运算结果中的绝对值的最大值所在的位置作为PSS信号粗同步点；
所述精同步点提取模块具体用于：
将新的接收信号序列分别与生成的3个不同的本地PSS序列的共轭做乘积运算，并对乘积结果做逐点滑动傅里叶变换；
对3次滑动傅里叶变换运算结果中的绝对值的最大值进行比较，并选取其中的最大值所在的位置作为PSS信号精同步点；
所述最终同步点提取模块具体用于：
将PSS信号的粗同步点与PSS信号精同步点相加并减去M；
将计算后所得到的值作为PSS信号最终同步点。
3.一种5G NR系统时频同步系统，包括基站和用户终端，其特征在于，所述用户终端包括如权利要求2所述的5G NR系统时频同步装置，用于实现如权利要求1所述的5G NR系统时频同步方法。
4.一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令由计算机处理器执行，以实现如权利要求1所述的5G NR系统时频同步方法。
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