專利名稱：Lte在高速移動條件下初始小區(qū)搜索方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線移動通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種LTE在高速移動條件下小區(qū)搜 索方法。
背景技術(shù)：
3GPP長期演進(jìn)(LTE)是近幾年來3GPP啟動的最大的研發(fā)項(xiàng)目，該技術(shù)以O(shè)FDM/ OFDMA為核心，被看做“準(zhǔn)4G技術(shù)”。LTE無論在傳輸速率，服務(wù)質(zhì)量上，都將比現(xiàn)行3G系統(tǒng) 有質(zhì)的提高。對于蜂窩移動通信系統(tǒng)而言，小區(qū)搜索是一個非常關(guān)鍵的過程，它是用戶(User Equipment, UE)與基站(Base Station, BS)之間進(jìn)行通信的前提，也是UE想要在所在小區(qū) 中實(shí)現(xiàn)通信所要進(jìn)行的第一個步驟。所謂小區(qū)搜索，是指UE檢測到一個理想小區(qū)，并與之 獲得時間和頻率同步的過程。我們所關(guān)注的小區(qū)搜索可以分為兩類，在UE剛開機(jī)時進(jìn)行的 小區(qū)搜索稱為初始小區(qū)搜索，而在進(jìn)行越區(qū)切換時進(jìn)行的搜索稱為非初始小區(qū)搜索。LTE標(biāo)準(zhǔn)明確指出需優(yōu)化在低速(0 15km/h)情況下性能；以較高的性能支持 中速移動(15 120km/h)；系統(tǒng)在120 350km/h的移動速度下可用。而我國近幾年高速 鐵路蓬勃發(fā)展，高速移動條件下的列車，將是一個龐大的信息載體，因此必須考慮未來LTE 系統(tǒng)在高速移動場景下的性能。LTE系統(tǒng)采用正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)，將串行數(shù)據(jù)通過多個正交的窄帶子載波 進(jìn)行傳輸，可以有效的對抗頻率選擇性衰落及窄帶干擾。然而，在高速鐵路這種特定場景 下，由于高速移動帶來的多普勒(Doppler)效應(yīng)，以及信道的快衰落，都將破壞子載波之間 的正交性，對通信質(zhì)量造成極大影響。現(xiàn)有小區(qū)搜索算法大都針對低速場景，而在存在大多 普勒時，小區(qū)搜索算法魯棒性不強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種LTE在高速移動條件下初始小區(qū)搜索方法。本發(fā)明所采取的技術(shù)方案包括以下步驟步驟1 獲取接收序列中主同步信號(Primary Synchronization Signal,PSS)位 置，及小區(qū)ID號；步驟2 頻偏估計并補(bǔ)償，并將PSS數(shù)據(jù)解調(diào)至頻域；步驟3 利用PSS信息進(jìn)行信道估計；步驟4 根據(jù)小區(qū)ID號，PSS信道估計結(jié)果，對輔同步信號(Secondary Synchronization Signal, SSS)進(jìn)行相干解調(diào)，獲得小區(qū)ID組號。其中，步驟1進(jìn)一步包括步驟1-1 本地產(chǎn)生3個PSS頻域序列樣本ZCi [k]，其中，i = 0，1，2，k = 0...2047 ；
步驟1-2 將本地三個PSS頻域樣本Zci (η)分別經(jīng)過快速傅里葉逆變換(IFFT)， 產(chǎn)生三個PSS時域樣本Si (η)，其中，i = 0，1，2，η = 0. · · 2047 ；步驟1-3 接收序列r(n)經(jīng)過窄帶濾波器后和本地三個樣本分別作模值相關(guān)，得 到最大相關(guān)值，獲得定時同步點(diǎn)Iiintfa，并確定小區(qū)ID號。步驟2具體包括將接收序列r (η)在Iiindex之后的2048點(diǎn)提取出來，也就是接收到的時域PSS序列 Rx (η)，將Rx (η)和s (η)做逐點(diǎn)相關(guān)，得到新序列χ (η)，將新得到的序列χ (η)前1024點(diǎn)和 后1024點(diǎn)做相關(guān)得到頻偏估計結(jié)果。步驟3具體包括設(shè)接收序列在經(jīng)過IFFT后的序列為Rx [k]，長度為2048點(diǎn)。將Rx [k]和本地PSS 頻域樣本逐位相除，得到信道信息H[k]。步驟4具體包括從步驟1得到的定時點(diǎn)Iiindex先前推N+CP開始的2048點(diǎn)即為SSS所在的OFDM符 號，其中CP為CP長度，這里假設(shè)CP長度已知。利用得到的信道信息對這2048點(diǎn)進(jìn)行相干解調(diào)，得到SSS頻域長度為2048點(diǎn)的 序列，并提取中心62點(diǎn)SSS序列，和本地336個樣本分別作相關(guān)，取最大值，得到小區(qū)ID組 號，并獲得幀定時位置。本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果在高速移動特定場景下，可通過本方法，簡單快速的獲得 下行同步，并可估計頻偏。雖然有一些限定條件，但這些條件在特定場景下是可以滿足的， 而且可以有效的降低算法復(fù)雜度。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)說明圖1為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的流程圖；圖2為FDD-LTE幀結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明在不同信噪比下檢測錯誤概率的計算機(jī)仿真圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，高速移動場景下LTE小區(qū)搜索主要包括如下步驟步驟101 獲取接收序列中主同步信號(PSS)位置，及小區(qū)ID號；LTE規(guī)定三種小區(qū)ID號，該信息由PSS負(fù)責(zé)傳輸，通過傳送三種不同的PSS來區(qū)別 三種小區(qū)ID號。本步驟中，在通過模值相關(guān)獲得定時信息的同時，可以判斷三個相關(guān)集中 的最大值點(diǎn)，得到小區(qū)ID號。根據(jù)主同步信號(PSS)特定zc序列生成公式，分別產(chǎn)生3組62位長的zc序列， 并補(bǔ)零到2048點(diǎn)。將本地三個頻域序列經(jīng)過快速傅里葉逆變換(IFFT)，轉(zhuǎn)換到時域，待與接收信號 做相關(guān)運(yùn)算。接收序列r (η)在經(jīng)過窄帶濾波器后，通過2048長度的相關(guān)窗，而后取其模值，本 地三個PSS時域樣本Si (η)也分別取模，和接收序列逐位相減并取平方和，將得到的相關(guān)值除以相關(guān)窗功率|r(n) 12，最終得到歸一化模值相關(guān)值。
(1)由于對接收序列采取了取模的操作，一方面屏蔽掉了頻偏以及多普勒帶來的影 響，這樣無論移動速度多快都可以通過模值相關(guān)找到準(zhǔn)確的定時點(diǎn)；但另一方面，由于取模 的操作并沒有降低噪聲的功能，而且取模之后相位信息消失，因此需要信噪比足夠大并且 主徑足夠強(qiáng)，這一要求在高速鐵路場景下是可以滿足的。在得到(1)式的三個相關(guān)集之后，取其最小值點(diǎn) 得到時間定時點(diǎn)。比較三個最小相關(guān)值，得到小區(qū)ID號。 步驟102 頻偏估計及補(bǔ)償；由于高速移動所造成的多普勒效應(yīng)，接收信號相對于發(fā)射信號有頻率上的偏移， 當(dāng)移動速度達(dá)到360km/h時，多普勒頻偏為800Hz，LTE規(guī)定的子載波間隔為15kHz，這樣歸 一化多普勒頻偏為0. 0533，這將會對通信效果產(chǎn)生極大影響。模值相關(guān)僅僅是完成了定時 點(diǎn)的確定，如果想準(zhǔn)確解調(diào)出數(shù)據(jù)，必須對頻偏進(jìn)行估計和補(bǔ)償。本方法通過接收序列和本 地樣本做相關(guān)，獲得新序列，而后將新序列前后相關(guān)獲得頻偏信息。
將接收序列r (η)在Iiindex之后的2048點(diǎn)提取出來，也就是接收到的時域PSS序列 Rx (n), Rx (η)相對于本地樣本s (η)如果不考慮白噪聲的話，有一個頻率上的偏移Rx (n) = s(n)exp(j2 3ifdTsn)其中fd為頻偏，Ts為采樣時間。 將Rx (η)和s (η)做逐點(diǎn)相關(guān)，得到新序列χ (η)χ (η) = |s(k) 2exp(j2JifdTsn)
⑶將新得到的序列χ (η)前1024點(diǎn)和后1024點(diǎn)做相關(guān) (4) 其中N = 2048。通過這樣的方法可以得到頻偏估計結(jié)果 利用得到的頻偏估計結(jié)果，對接收信號進(jìn)行補(bǔ)償，得到不受頻偏影響的接收序
列Rx ‘ (n) = Rx (η) *exp (-j 2 π fd detecTsn)
(6)步驟103 信道估計；由于傳輸環(huán)境的復(fù)雜性，會對發(fā)射信號產(chǎn)生各種各樣的畸變，這就反映在信道息上，如果想要正確解調(diào)數(shù)據(jù)，必須進(jìn)行信道估計，而后在接收端做反向操作，抵消信道影 響。信道估計利用PSS的頻域接收序列和本地樣本相除，從而獲得信道信息。將經(jīng)過頻偏補(bǔ)償后的序列Rx' (η)進(jìn)行快速傅里葉變換(FFT)。設(shè)接收序列在經(jīng)過IFFT后的序列為Rx [k]，長度為2048點(diǎn)。將Rx [k]和本地PSS 頻域樣本逐位相除，得到信道信息H[k] 步驟104 檢測 SSS。在正確接收PSS后，需要檢測SSS信息。如圖2所示，對于FDD幀結(jié)構(gòu)，PSS和SSS 所在的OFDM符號緊鄰，因此在得知PSS定時后可利用計算的方式獲得SSS。LTE支持168 種不同小區(qū)ID組，通過發(fā)送168種不同的SSS信號來區(qū)分不同的小區(qū)ID組，接收端通過檢 測發(fā)送的是168種SSS中的哪一個來獲得小區(qū)ID組信息。在檢測SSS時，可利用PSS獲得 的信道信息進(jìn)行相干檢測。從步驟101得到的定時點(diǎn)nindex先前推N+CP開始的2048點(diǎn)即為SSS所在的OFDM 符號，其中CP為CP長度，這里假設(shè)CP長度已知。利用得到的信道信息對這2048點(diǎn)進(jìn)行相干解調(diào)，得到SSS頻域長度為2048點(diǎn)的 序列，并提取中心62點(diǎn)SSS序列。本地的SSS序列是由兩個 下式生成進(jìn)制序列級聯(lián)而成，表示為d(0)，... , d (61)，是通過
在子幀0中 在子幀5中 其中C(l(n)、Cl(n)、^^ 、< (《)均為擾碼序列，該擾碼是由小區(qū)ID號決定的, 生成公式如下
m0和Hi1是由物理層小區(qū)ID組Agi按照下式得至 Hi0 = Hi' mod31 LTE規(guī)定了 168種小區(qū)ID組TV^，通過SSS的不同來區(qū)分不同的小區(qū)ID組，而且 由于一幀內(nèi)兩次發(fā)送SSS的內(nèi)容不同，因此本地需要有2*168 = 336個SSS樣本。在從接 收序列提取出SSS后和本地336個樣本分別作相關(guān)，取最大值，得到小區(qū)ID組號，并獲得幀 定時位置。下面結(jié)合圖3，對本發(fā)明有益效果進(jìn)行分析。本發(fā)明的計算機(jī)仿真參數(shù)如下表所示 從圖3可以看出，傳統(tǒng)的方法在大多普勒環(huán)境下，幾乎是不可能找到準(zhǔn)確的定時 點(diǎn)的，而所提出的方法在信噪比大于6dB時，錯誤概率已經(jīng)降到10_3以下，而這一信噪比條 件在高速鐵路這一特定場景下是可以滿足的。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明的原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也 應(yīng)該視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種LTE在高速移動條件下初始小區(qū)搜索方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1獲取接收序列r(n)中主同步信號位置，及小區(qū)ID號；步驟2進(jìn)行頻偏估計并補(bǔ)償，將主同步信號數(shù)據(jù)解調(diào)至頻域；步驟3利用主同步信號數(shù)據(jù)信息進(jìn)行信道估計；步驟4根據(jù)小區(qū)ID號，主同步信號信道估計結(jié)果，對輔同步信號進(jìn)行相干解調(diào)，獲得小區(qū)ID組號。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟1包括以下步驟步驟1-1 本地產(chǎn)生三個主同步信號頻域序列樣本Zci[k]，其中，i = 0，1，2，k = 0...2047 ；步驟1-2 將本地三個主同步信號頻域樣本Zci(Ii)分別通過快速傅里葉逆變換，產(chǎn)生 三個主同步信號時域樣本Si(Ii),其中，i = 0，l，2，n = 0. ..2047 ；步驟1-3 接收序列r(n)經(jīng)過窄帶濾波器后和所述本地三個主同步信號時域樣本 Si(Ii)分別做模值相關(guān)，得到最大相關(guān)值，獲得定時同步，并確定小區(qū)ID號。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟1-3中所述接收序列r(η)經(jīng)過所述窄 帶濾波器后，通過長度為2048的相關(guān)窗，而后取其模值，所述本地三個主同步信號時域樣 本Si(Il)也分別取模，和接收序列逐位相減并取平方和，將得到的相關(guān)值除以相關(guān)窗功率 Ir (η) 12，最終得到歸一化模值相關(guān)值；在得到三個相關(guān)集之后，取其最小值點(diǎn)^^ = arSmin ("P = O,1,2! ’得到時間定時η點(diǎn)，比較三個最小相關(guān)值，得到小區(qū)ID號。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2具體包括將所述接收序列r(η)在 Hindex之后的2048點(diǎn)提取出來，將其和經(jīng)步驟1選定的本地主同步信號時域樣本做逐點(diǎn)相 關(guān)，得到新序列，將所述新序列前1024點(diǎn)和后1024點(diǎn)做相關(guān)得到頻偏估計結(jié)果。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3具體包括設(shè)所述接收序列r(η) 在經(jīng)過IFFT后的序列和經(jīng)步驟1選定的本地主同步信號頻域樣本逐位相除，得到信道信 肩、ο
全文摘要
本發(fā)明提出了一種LTE在高速移動條件下初始小區(qū)搜索方法，包括獲取接收序列中主同步信號位置及小區(qū)ID號；進(jìn)行頻偏估計并補(bǔ)償，將主同步信號數(shù)據(jù)解調(diào)至頻域；利用主同步信號數(shù)據(jù)信息進(jìn)行信道估計；根據(jù)小區(qū)ID號，主同步信號信道估計結(jié)果，對輔同步信號進(jìn)行相干解調(diào)，獲得小區(qū)ID組號。在高速移動特定場景下，通過本方法，簡單快速的獲得下行同步，并可估計頻偏。雖然有一些限定條件，但這些條件在特定場景下是可以滿足的，而且可以有效的降低算法復(fù)雜度。
文檔編號H04W48/16GK101883412SQ201010217080
公開日2010年11月10日 申請日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者劉留, 孫溶辰, 張令文, 張秀寧, 袁偉, 邱佳慧, 陶成 申請人:北京交通大學(xué)