CN101938813B

CN101938813B - 联合辅同步信号检测与帧定时同步的方法

Info

Publication number: CN101938813B
Application number: CN200910108539.8A
Authority: CN
Inventors: 周鹏; 陈月峰; 石义军
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2029-06-30
Also published as: US20120093267A1; EP2426835A4; EP2426835A1; US8542783B2; CN101938813A; WO2010145267A1; EP2426835B1

Abstract

本发明公开了一种联合辅同步信号检测与帧定时同步的方法。该方法，包括：①根据小区组的扇区号产生本地辅同步序列SSC1_n和SSC2_n，n为序列号；②将接收到的时域信号变换到频域，得到待检测的辅同步信号S1和S2；③内积运算得到P1_n＝P1_n-1+[S1，SSC1_n]+[S2，SSC2_n]，P2_n＝P2_n-1+[S1，SSC2_n]+[S2，SSC1_n]；④选择P1_n和P2_n中相关值的绝对值的最大值P，判断其是否大于预设门限值Tmax，⑤若是，取最大值P的索引为小区组的ID号，否则，再执行步骤②，然后再执行步骤③。采用本发明所述方法，降低运算复杂度和初始小区搜索时间。

Description

联合辅同步信号检测与帧定时同步的方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种长期演进(Long TimeEvolution，LTE)系统中联合辅同步信号检测与帧定时同步的方法。

背景技术

为了应对宽带技术的挑战，同时也为了满足新型业务的需求，第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project，3GPP)在十几年超3G(Beyond 3rd Generationin mobile communication system，B3G)技术研究基础上提出了LTE计划的标准工作，即LTE技术。LTE在空中接口技术方面用频分多址(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing/Frequency Division Multiple Access，OFDM/FDMA)替代了码分多址(Code Division Multiple Access，CDMA)作为多址技术，并大量采用了多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Out-put，MIMO)技术和自适应技术来提高系统吞吐量和系统性能。

小区搜索过程是无线蜂窝系统中用户终端与基站建立通信链路的关键物理过程，其主要目的就是让用户终端捕获所在小区的时间和频率同步，同时识别本小区的标识号以及本小区广播的一些基本信息。LTE系统中小区搜索的基本步骤包括：1)用户在接收频带的中心频段进行小区搜索，根据同步信道(SCH)获得定时和小区标识号信息；2)基于SCH与基站保持的定时信息对广播信道(BCH)信息进行检测从而获得小区其他配置信息；3)用户再根据获得的广播控制信息在分配的频段上接收和传输数据。对于SCH信号，LTE系统采用分级同步搜索机制，即分为主同步信道(P-SCH)和辅同步信道(S-SCH)。主同步信道中的同步码在频域内采用3个Zadoff-Chu(ZC)序列，主要是用来进行小区组内标识号或者扇区号识别，频率同步以及5ms定时同步，同时，主同步序列也作为对辅同步信道进行相干检测时的导频序列；而辅同步信道中的同步码是采用两个短二进制序列相互交织映射而成，其主要功能是小区组标识号检测和帧定时同步。

请参阅图1，其是主同步信道和辅同步信道的结构示意图。

从图中可以看出，P-SCH和S-SCH采用时分复用(Time-DivisionMultiplexing，TDM)的方式，每10ms无线帧发送两次，对于P-SCH，前后两次发送序列一致以实现5ms定时，对于S-SCH，前后两次发送则是不同以实现帧定时同步。对于FDD-LTE，P-SCH和S-SCH分别位于第0个和第10个时隙的倒数第1个和倒数第2个OFDM符号上；对于TDD-LTE，P-SCH固定在特殊子帧中的下行导频时隙(DwPTS)发送，S-SCH则是固定在第0个和第5个子帧中的最后一个OFDM符号上发送。

LTE系统中辅同步信道的信号序列可表示为d(0)，...，d(61)，该序列是由两个31位长的二进制序列相互交织生成。生成的序列再由一组扰码序列加扰，该扰码序列取决于主同步信号中的扇区号N_ID ⁽²⁾。两个31位长的序列串联后的序列，在第0个子帧(in subframe 0)和第5个子帧(in subframe 5)是不同的，如下式：

d (2 n) = \{\begin{matrix} s_{0}^{(m_{0})} (n) c_{0} (n) & in subframe 0 \\ s_{1}^{(m_{1})} (n) c_{0} (n) & in subframe 5 \end{matrix}

d (2 n + 1) = \{\begin{matrix} s_{1}^{(m_{1})} (n) c_{1} (n) z_{1}^{(m_{0})} (n) & in subframe 0 \\ s_{0}^{(m_{0})} (n) c_{1} (n) z_{1}^{(m_{1})} (n) & in subframe 5 \end{matrix}

其中0≤n≤30，m₀和m₁都由物理层小区ID组N_ID ⁽¹⁾确定，如下式：

m₀＝m′mod31

上式的结果如表一所示。

表一物理小区组号N_ID ⁽¹⁾与m₀和m₁关系表

N_ID ⁽¹⁾	m₀	m₁	N_ID ⁽¹⁾	m₀	m₁	N_ID ⁽¹⁾	m₀	m₁	N_ID ⁽¹⁾	m₀	m₁	N_ID ⁽¹⁾	m₀	m₁
															0	0	1	34	4	6	68	9	12	102	15	19	136	22	27
1	1	2	35	5	7	69	10	13	103	16	20	137	23	28
															2	2	3	36	6	8	70	11	14	104	17	21	138	24	29
3	3	4	37	7	9	71	12	15	105	18	22	139	25	30
															4	4	5	38	8	10	72	13	16	106	19	23	140	0	6
5	5	6	39	9	11	73	14	17	107	20	24	141	1	7
															6	6	7	40	10	12	74	15	18	108	21	25	142	2	8
7	7	8	41	11	13	75	16	19	109	22	26	143	3	9
															8	8	9	42	12	14	76	17	20	110	23	27	144	4	10
9	9	10	43	13	15	77	18	21	111	24	28	145	5	11
															10	10	11	44	14	16	78	19	22	112	25	29	146	6	12
11	11	12	45	15	17	79	20	23	113	26	30	147	7	13
															12	12	13	46	16	18	80	21	24	114	0	5	148	8	14
13	13	14	47	17	19	81	22	25	115	1	6	149	9	15
															14	14	15	48	18	20	82	23	26	116	2	7	150	10	16
15	15	16	49	19	21	83	24	27	117	3	8	151	11	17
															16	16	17	50	20	22	84	25	28	118	4	9	152	12	18
17	17	18	51	21	23	85	26	29	119	5	10	153	13	19
															18	18	19	52	22	24	86	27	30	120	6	11	154	14	20
19	19	20	53	23	25	87	0	4	121	7	12	155	15	21

20	20	21	54	24	26	88	1	5	122	8	13	156	16	22
															21	21	22	55	25	27	89	2	6	123	9	14	157	17	23
22	22	23	56	26	28	90	3	7	124	10	15	158	18	24
															23	23	24	57	27	29	91	4	8	125	11	16	159	19	25
24	24	25	58	28	30	92	5	9	126	12	17	160	20	26
															25	25	26	59	0	3	93	6	10	127	13	18	161	21	27
26	26	27	60	1	4	94	7	11	128	14	19	162	22	28
															27	27	28	61	2	5	95	8	12	129	15	20	163	23	29
28	28	29	62	3	6	96	9	13	130	16	21	164	24	30
															29	29	30	63	4	7	97	10	14	131	17	22	165	0	7
30	0	2	64	5	8	98	11	15	132	18	23	166	1	8
															31	1	3	65	6	9	99	12	16	133	19	24	167	2	9
32	2	4	66	7	10	100	13	17	134	20	25	-	-	-
															33	3	5	67	8	11	101	14	18	135	21	26	-	-	-

序列

和

由m序列

的循环移位来定义的，如下式：

s_{0}^{(m_{0})} (n) = \tilde{s} ((n + m_{0}) \mod 31)

s_{1}^{(m_{1})} (n) = \tilde{s} ((n + m_{1}) \mod 31)

其中，m序列

\tilde{s} (i) = 1 - 2 x (i),

0≤i≤30定义为x(i+5)＝(x(i+2)+x(i))mod2，0≤i≤25，其初始状态为x(0)＝0，x(1)＝0，x(2)＝0，x(3)＝0，x(4)＝1。

扰码序列c₀(n)和c₁(n)由P-SCH检测到的小区组内扇区号决定，由m序列的两个循环移位序列构成如下式：

c_{0} (n) = \tilde{c} ((n + N_{ID}^{(2)}) \mod 31)

c_{1} (n) = \tilde{c} ((n + N_{ID}^{(2)} + 3) \mod 31)

其中

N_{ID}^{(2)} &Element; {0,1,2}

是小区组号N_ID ⁽¹⁾中的物理层小区ID，即扇区号。

扰码序列

\tilde{c} (i) = 1 - 2 x (i),

0≤i≤30定义为x(i+5)＝(x(i+3)+x(i))mod2，0≤i≤25，其初始状态为x(0)＝0，x(1)＝0，x(2)＝0，x(3)＝0，x(4)＝1。

扰码序列

和由m序列

的循环移位序列构成，如下式：

z_{1}^{(m_{0})} (n) = \tilde{z} ((n + (m_{0} \mod 8)) \mod 31)

z_{1}^{(m_{1})} (n) = \tilde{z} ((n + (m_{1} \mod 8)) \mod 31)

其中m₀和m₁见表一所示，取决于小区组号N_ID ⁽¹⁾。扰码序列

\tilde{z} (i) = 1 - 2 x (i), 0 \leq i \leq 30

定义为x(i+5)＝(x(i+4)+x(i+2)+x(i+1)+x(i))mod2，0≤i≤25，其初始状态为x(0)＝0，x(1)＝0，x(2)＝0，x(3)＝0，x(4)＝1。

现有技术的辅同步信道检测和帧定时同步方案是根据主同步信道检测的结果将辅同步信道上的检测数据与本地的168×2二进制本地序列在频域内进行互相关，根据相关峰来判决出相应的辅同步序列或辅同步信号；然后再根据两者的相应位置来获得帧定时同步。以一个无线帧为例，检测出前后两个辅同步信号需要2×62×168×2次乘法运算和2×61×168×2次加法运算，因此其运算复杂度较高；此外，在低信噪比情况下，检测出的两个辅同步信号所对应的物理小区组号可能会出现不匹配，因而不得不进行多次无线帧的平均以提高其正确检测概率，因此进一步增加检测算法的运算复杂度。

发明内容

本发明针对现有小区搜索过程运算复杂度较高、小区搜索时间较长等技术问题，提出了一种解决该问题的联合辅同步信号检测与帧定时同步的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种联合辅同步信号检测与帧定时同步的方法，包括以下步骤：

联合辅同步信号检测与帧定时同步的方法，其特征在于，包括以下步骤：

①根据小区组的扇区号产生本地辅同步序列SSC1_n和SSC2_n，n为序列号；

②将接收到的时域信号变换到频域，得到待检测的辅同步信号S1和S2；

③将所述S1和S2分别和SSC1_n和SSC2_n进行内积，再将内积结果进行合并，得到集合[S1，SSC1_n]+[S2，SSC2_n]和[S1，SSC2_n]+[S2，SSC1_n]，令P1_n＝P1_n-1+[S1，SSC1_n]+[S2，SSC2_n]，P2_n＝P2_n-1+[S1，SSC2_n]+[S2，SSC1_n]；

④选择P1_n和P2_n中相关值的绝对值的最大值P，判断其是否大于预设门限值Tmax，

⑤若是，取最大值P的索引为小区组的ID号，并通过判断最大值出现在P1或P2来完成一帧定时同步，否则，将P1和P2中相关值的绝对值与门限Tccv相比，选取不小于Tccv的P1和P2对应的辅同步序列SSC1_n+1和SSC2_n+1后再进行多帧平均，即执行步骤②，然后再执行步骤③。

进一步地，在上述方法中，在所述步骤③中，还包括：

对P1和P2的同一小区组号的相关值的绝对值与预设门限Tccv进行比较，若P1_n和P2_n中同一小区组号对应的相关值的绝对值小于Tccv，则舍弃该小区组号。

进一步地，在上述方法中，所述Tccv的值归一化为30。

进一步地，在上述方法中，在所述步骤①之前，还包括：

将接收到的时域信号与本地的主同步序列进行互相关，通过检测相关峰值，获得所述小区组的扇区号。

进一步地，在上述方法中，所述步骤②包括：

对于接收到的一帧时域信号，利用所述半帧定时同步结果和盲检测，获得循环前缀模式，此时将所述时域信号经OFDM解调至频域，获得待检测的所述辅同步信号S1和S2。

进一步地，在上述方法中，在所述步骤①之前，还包括：

将接收到的时域信号与本地的主同步序列进行互相关，通过检测相关峰值，获得半帧定时同步。

与现有技术相比较，采用本发明联合辅同步信号检测与帧定时同步的方法，不仅运算复杂度降低，而且在运算复杂度降低的基础上有效提高辅同步信号检测和帧定时同步的系统性能。另外，通过预设门限值Tmax可以保证在一定的正确检测概率基础上进一步降低初始小区搜索时间。本发明同时适用FDD和TDD两种双工结构LTE系统中的小区初始搜索。

附图说明

图1是主同步信道和辅同步信道的结构示意图；

图2是本发明联合辅同步信号检测与帧定时同步的方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明联合辅同步信号检测与帧定时同步的方法进行说明。

请参阅图2，其是本发明联合辅同步信号检测与帧定时同步的方法流程示意图。

本发明联合辅同步信号检测与帧定时同步的方法，包括以下步骤：

步骤101、根据小区组的扇区号产生本地辅同步序列SSC1和SSC2；

上述步骤101具体为，进行主同步信号P-SCH的检测，将接收到的下行5ms半帧时域信号与本地的3个主同步序列进行互相关，通过检测相关峰值来获得小区组内ID号扇区号N_ID ⁽²⁾，5ms半帧定时同步以及频偏估计和补偿。然后，根据辅同步序列产生方法以及P-SCH检测出的小区组内ID号扇区号N_ID ⁽²⁾产生本地的辅同步序列SSC1和SSC2，分别可以表示为168×62的矩阵。再将SSC1和SSC2根据168行，各自分为SSC1_n和SSC2_n，其中n＝0，1，...表示多帧平均的索引。通过将本地SSC序列分为SSC1和SSC2两部分，这将有效地减小待检测的辅同步信号与本地辅同步序列进行互相关时的运算复杂度。

步骤102、将接收到的时域信号变换到频域，得到待检测的辅同步信号S1和S2；

上述步骤102具体为，对于一个接收到的10ms一帧时域信号，利用P-SCH检测中的5ms半帧定时同步结果和盲检测，获得循环前缀(CP)模式来确定SSC的符号定时，此时将该时域信号经OFDM解调至频域以获得待检测的辅同步信号S1和S2，得到辅同步信道上62子载波的数据，其中，辅同步信道上的信道频率响应利用P-SCH的信道频率响应值作为估计值。

步骤103、将所述S1和S2分别和所述SSC1_n和SSC2_n进行内积，也即是进行互相关运算，再将其结果进行合并，得到集合[S1，SSC1_n]+[S2，SSC2_n]和[S1，SSC2_n]+[S2，SSC1_n]，令P1_n＝P1_n-1+[S1，SSC1_n]+[S2，SSC2_n]，P2_n＝P2_n-1+[S1，SSC2_n]+[S2，SSC1_n]，其中定义P1_-1和P2_-1为空集合；

在步骤103中，通过对辅同步信道上的待检测信号SSC1_0和SSC2_0与本地的辅同步序列S1和S2进行互相关，得到四个相关向量[S1，SSC1_0]、[S2，SSC2_0]、[S1，SSC2_0]和[S2，SSC1_0]，此时相对于现有技术的检测辅同步信号的运算复杂度并未增加。四个相关向量都为168×1向量数据，此时的运算复杂度可以表示为4×168×62次乘法运算，4×168×61次加法运算。另外，通过对四个相关向量进行合并，可以在检测小区组ID号时获得时间分集增益。合并的运算量可以表示为2×62次加法运算。

进一步地，对P1_n和P2_n的同一小区组号的相关值的绝对值与预设门限Tccv进行比较，若P1_n和P2_n中同一小区组号对应的相关值的绝对值小于Tccv，则舍弃该小区组号。通常，所述Tccv的值归一化为30。

步骤104、选择P1_n和P2_n中相关值的绝对值的最大值P，为了减小错误检测概率，可以通过对最大值P在一定的置信度条件下进行判断，根据相关值的概率分布函数以及置信度来确定一个预设门限。判断其是否大于Tmax，若是，执行步骤105，否则，执行步骤106；

通过多次平均后，可以假设最大值P是一个服从均值为62，方差为62σ²的瑞利分布随机变量。考虑到

{| H |}^{2} + σ^{2} ≈ \frac{1}{124} Σ_{k = 0}^{61} (S 1 (k) \times {S 1}^{*} (k) + S 2 (k) \times {S 2}^{*} (k))

{| H |}^{2} \approx \frac{1}{124} ({| Σ_{k = 0}^{61} S 1 (k) \times SSC 1 (N_{ID}^{1}, k) |}^{2} + {| Σ_{k = 0}^{61} S 2 (k) \times SSC 2 (N_{ID}^{1}, k) |}^{2})

其中，上式中第一个公式表示辅同步信道上接收信号的能量，第二个公式表示辅同步信道上的信道平均增益。通过上式可以估计出信道中噪声功率。

当最大值P与预设门限值Tmax进行比较，理论上经过多次平均后，最大值P＞62+ασ的概率是一个与α值有关的解析函数，解析函数的闭式表达式可以根据瑞利分布函数获得，当然在满足一定正确概率条件下，门限值Tmax＝62+ασ也可以通过仿真获得。因此考虑一定的置信度，即一定的正确检测概率，通过预设门限值Tmax的限定，可以在保证一定正确检测概率的基础上有效地减小运算复杂度，从而降低小区初始探索时间。

若最大值P大于预设门限值Tmax，则取最大值P所对应的索引为小区组的ID号，若此最大值P出现在P1，则说明S1和S2分别为前半帧和后半帧，否则，说明S1和S2分别为后半帧和前半帧，从而完成10ms一帧定时同步。

步骤105、取最大值P的索引为小区组的ID号，完成一帧定时同步；

步骤106、利用P1_n和P2_n中相关值的绝对值与预设门限Tccv相比，选取绝对值不小于Tccv的P1和P2对应的辅同步序列SSC1_n+1和SSC2_n+1。

对P1_n和P2_n的同一小区组号的相关值的绝对值与预设门限Tccv进行比较，若P1和P2中同一小区组号对应的相关值的绝对值小于Tccv，则舍弃该小区组号。

以上仅为本发明的优选实施案例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，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。

Claims

1.一种联合辅同步信号检测与帧定时同步的方法，其特征在于，包括以下步骤：

⑤若是，取最大值P的索引为小区组的ID号，并通过判断最大值出现在P1或P2来完成一帧定时同步，否则，将P1_n和P2_n中相关值的绝对值与门限Tccv相比，选取不小于Tccv的P1和P2对应的辅同步序列SSC1_n+1和SSC2_n+1后再进行多帧平均，即执行步骤②，然后再执行步骤③。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤③中，还包括：

对P1_n和P2_n的同一小区组号的相关值的绝对值与预设门限Tccv进行比较，若P1_n和P2_n中同一小区组号对应的相关值的绝对值小于Tccv，则舍弃该小区组号。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述Tccv的值归一化为30。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤①之前，还包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤②包括：

对于接收到的一帧时域信号，利用半帧定时同步结果和盲检测，获得循环前缀模式，此时将所述时域信号经OFDM解调至频域，获得待检测的所述辅同步信号S1和S2。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述步骤①之前，还包括：