本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP提出的LTE-Advanced是新一代無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)今無論是科研院所，高等院校還是無線通信業(yè)界，均采用軟件無線電的方式搭建異構(gòu)無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)測(cè)試平臺(tái)。利用測(cè)試平臺(tái)對(duì)LTE-Advanced中的各類無線通信技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、測(cè)試及驗(yàn)證。測(cè)試平臺(tái)中無線接收端與發(fā)射端之間的收發(fā)同步是測(cè)試平臺(tái)正常工作的基礎(chǔ)。在LTE-Advanced無線通信規(guī)范中，并未對(duì)同步的技術(shù)流程做出具體的規(guī)定。規(guī)范只規(guī)定了同步信號(hào)生成要求，及同步信號(hào)在LTE無線幀中的映射方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種符合LTE-Advanced規(guī)范的異構(gòu)無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)測(cè)試平臺(tái)接收端與發(fā)射端同步與跟蹤的實(shí)現(xiàn)方法。

首先生成待發(fā)送數(shù)據(jù)、小區(qū)專用參考信號(hào)CRS (Cell-specific Reference Signal)、主同步信號(hào)PSS (Primary Synchronization Signal)及輔同步信號(hào)SSS (Secondary Synchronization Signal)；接著對(duì)待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，在已實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中采用QPSK (Quadrature Phase Shift Keying)調(diào)制方式；接著根據(jù)LTE無線幀資源映射規(guī)定，生成LTE無線幀；對(duì)無線幀進(jìn)行IFFT變換，再將循環(huán)前綴CP (Cyclic Prefix)插入到待發(fā)送數(shù)據(jù)的前部，生成OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)符號(hào)；最后利用USRP Tx將生成的無線幀以O(shè)FDM符號(hào)的形式逐個(gè)發(fā)射。

接收端USRP將無線幀接收下來，首先進(jìn)行頻偏校正，頻偏值的大小由頻偏值計(jì)算模塊計(jì)算得到；頻偏值freq_offset以message_passing方式反饋至頻偏校正模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)接收數(shù)據(jù)的頻偏校正。

接著進(jìn)行循環(huán)前綴CP定位，獲取CP位置信息。

CP位置信息一方面用于頻偏計(jì)算，另一方面用于去CP。

在去除CP之后，通過FFT變換將數(shù)據(jù)由時(shí)域變換至頻域。

接著利用主同步信號(hào)PSS和輔同步信號(hào)SSS實(shí)現(xiàn)發(fā)送端接收端同步。

利用小區(qū)專用參考信號(hào)CRS實(shí)現(xiàn)信道估計(jì)。

利用信道估計(jì)的結(jié)果對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行幅度及相位的補(bǔ)償。

在實(shí)現(xiàn)了接收數(shù)據(jù)幅度及相位補(bǔ)償之后，對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行判決，將判決結(jié)果以一定的數(shù)據(jù)格式加以輸出。

首先利用主同步信號(hào)實(shí)現(xiàn)接收端與發(fā)送端之間的半幀同步。

將接收到的70個(gè)OFDM符號(hào)逐個(gè)與接收端本地生成的主同步信號(hào)PSS做相關(guān)運(yùn)算，得到70個(gè)相關(guān)值。

最大相關(guān)值對(duì)應(yīng)的OFDM符號(hào)中包含PSS信號(hào)。

因此，最大相關(guān)值對(duì)應(yīng)的OFDM符號(hào)在該半幀數(shù)據(jù)中應(yīng)該編號(hào)為6。

然而，由于接收到的70個(gè)OFDM符號(hào)并不恰好為半個(gè)無線幀。

因此，76減去當(dāng)前半幀OFDM符號(hào)編號(hào)為實(shí)際OFDM符號(hào)編號(hào)。

經(jīng)過主同步信號(hào)定位模塊find_pss的處理，接收端定位了主同步信號(hào)PSS。

從下一半幀開始，輸出實(shí)際的OFDM符號(hào)編號(hào)，實(shí)現(xiàn)了半幀同步。

接著利用輔同步信號(hào)實(shí)現(xiàn)接收端與發(fā)送端之間的符號(hào)同步。

符號(hào)同步的含義是指無線接收端能夠?qū)γ恳粋€(gè)無線幀中的140個(gè)OFDM符號(hào)進(jìn)行正確的編號(hào)，編號(hào)范圍為1~140。

利用主同步信號(hào)定位模塊find_pss的處理結(jié)果，將接收到的編號(hào)為5的OFDM符號(hào)與本地生成的輔同步信號(hào)SSS_sub0和SSS_sub5分別做相關(guān)，將相關(guān)值分別存儲(chǔ)到Corr_f_0和Corr_f_5中。

若Corr_f_0 > Corr_f_5，說明當(dāng)前OFDM符號(hào)所處半幀為前半幀，將find_pss模塊的輸出編號(hào)直接輸出；若Corr_f_0 < Corr_f_5，說明當(dāng)前OFDM符號(hào)所處半幀為后半幀，將輸出編號(hào)進(jìn)行半幀移位后輸出。

至此，在經(jīng)過了find_pss和find_sss兩個(gè)模塊的相繼處理之后，實(shí)現(xiàn)了LTE接收端與發(fā)送端的符號(hào)同步。

PSS/SSS序列與物理層小區(qū)ID相關(guān)，用于無線終端對(duì)小區(qū)的識(shí)別。

主同步信號(hào)PSS序列有三種，指示小區(qū)的組內(nèi)ID- QUOTE， QUOTE 的取值有0、1、2三種可能。

輔同步信號(hào)SSS序列有168種，指示小區(qū)的組ID- QUOTE ， QUOTE 的取值為0~167。

在FDD Type 1幀結(jié)構(gòu)中，PSS/SSS信號(hào)位于第0個(gè)子幀和第5個(gè)子幀中，且位于兩個(gè)連續(xù)的OFDM符號(hào)中。

利用接收到的半幀數(shù)據(jù)(70個(gè)OFDM符號(hào))，將這70個(gè)OFDM符號(hào)逐個(gè)與本地生成的三種主同步信號(hào)序列做相關(guān)，產(chǎn)生210個(gè)相關(guān)值，比較相關(guān)值的大小。

若最大相關(guān)值在前70個(gè)相關(guān)值中產(chǎn)生，則小區(qū)組內(nèi)ID- QUOTE 為0；若最大相關(guān)值在中部70個(gè)相關(guān)值中產(chǎn)生，則小區(qū)組內(nèi)ID- QUOTE 為1；若最大相關(guān)值在后70個(gè)相關(guān)值中產(chǎn)生，則小區(qū)組內(nèi)ID- QUOTE 為2。

通過上述過程，即可獲得小區(qū)組內(nèi)ID的取值。

經(jīng)過find_pss模塊處理之后，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了半幀同步，能夠?qū)邮盏降腛FDM符號(hào)進(jìn)行編號(hào)，編號(hào)范圍為1~70。

與此同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)當(dāng)前半幀數(shù)據(jù)所包含的主同步信號(hào)的定位。

由圖4可知，包含主同步信號(hào)PSS的OFDM符號(hào)編號(hào)為6，且PSS/SSS信號(hào)位于兩個(gè)連續(xù)的OFDM符號(hào)中。

因此，輔同步信號(hào)SSS的編號(hào)為5。

將接收到的編號(hào)為5的OFDM符號(hào)與接收端本地生成168種輔同步信號(hào)序列做相關(guān)，得到168個(gè)相關(guān)值。

比較相關(guān)值的大小，哪一個(gè)相關(guān)值最大說明當(dāng)前編號(hào)為5的OFDM符號(hào)中包含的輔同步信號(hào)與168種輔同步信號(hào)序列中的哪一種相同。

即可獲得小區(qū)組ID的取值，取值范圍為0~167。

在獲取了小區(qū)組內(nèi)ID和小區(qū)組ID的取值之后，即可計(jì)算得到物理層小區(qū)ID- QUOTE 。

至此利用主/輔同步信號(hào)完成了無線接收端對(duì)小區(qū)的識(shí)別。

本發(fā)明方法利用包含在LTE-Advanced無線幀中的主、輔助同步信號(hào)實(shí)現(xiàn)接收端及發(fā)送端的同步，且具備同步跟蹤功能。方法能夠確保測(cè)試平臺(tái)在出現(xiàn)時(shí)域及頻域偏離時(shí)，發(fā)送端及接收端及時(shí)轉(zhuǎn)入非同步狀態(tài)，接著發(fā)送信號(hào)，提示網(wǎng)絡(luò)上層同步丟失。在同步丟失之后，本方法能夠通過時(shí)域校正和頻域校正使LTE-Advanced異構(gòu)無線通信網(wǎng)絡(luò)測(cè)試平臺(tái)的發(fā)送端及接收端再次進(jìn)入同步狀態(tài)。

附圖說明

圖1是GNU Radio編程結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是發(fā)送端信號(hào)處理流程；

圖3是接收端信號(hào)處理流程圖；

圖4是LTE FDD Type1幀結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是同步程序流程圖；

圖6是物理層小區(qū)ID解算流程圖。

具體實(shí)施方式

測(cè)試平臺(tái)發(fā)送端信號(hào)處理流程如圖2所示。

首先生成待發(fā)送數(shù)據(jù)、小區(qū)專用參考信號(hào)CRS (Cell-specific Reference Signal)、主同步信號(hào)PSS (Primary Synchronization Signal)及輔同步信號(hào)SSS (Secondary Synchronization Signal)；接著對(duì)待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，在已實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中采用QPSK (Quadrature Phase Shift Keying)調(diào)制方式；接著根據(jù)LTE無線幀資源映射規(guī)定，生成LTE無線幀；對(duì)無線幀進(jìn)行IFFT變換，再將循環(huán)前綴CP (Cyclic Prefix)插入到待發(fā)送數(shù)據(jù)的前部，生成OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)符號(hào)；最后利用USRP Tx將生成的無線幀以O(shè)FDM符號(hào)的形式逐個(gè)發(fā)射。

測(cè)試平臺(tái)接收端的信號(hào)處理流程如圖3所示。

圖中實(shí)線代表數(shù)據(jù)流，虛線代表信息流。

接收端USRP將無線幀接收下來，首先進(jìn)行頻偏校正，頻偏值的大小由頻偏值計(jì)算模塊計(jì)算得到；頻偏值freq_offset以message_passing方式反饋至頻偏校正模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)接收數(shù)據(jù)的頻偏校正。

接著進(jìn)行循環(huán)前綴CP定位，獲取CP位置信息。

CP位置信息一方面用于頻偏計(jì)算，另一方面用于去CP。

在去除CP之后，通過FFT變換將數(shù)據(jù)由時(shí)域變換至頻域。

接著利用主同步信號(hào)PSS和輔同步信號(hào)SSS實(shí)現(xiàn)發(fā)送端接收端同步。

利用小區(qū)專用參考信號(hào)CRS實(shí)現(xiàn)信道估計(jì)。

利用信道估計(jì)的結(jié)果對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行幅度及相位的補(bǔ)償。

在實(shí)現(xiàn)了接收數(shù)據(jù)幅度及相位補(bǔ)償之后，對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行判決，將判決結(jié)果以一定的數(shù)據(jù)格式加以輸出。

如圖4所示，LTE中一個(gè)無線幀(frame)包含10個(gè)子幀(subframe)，編號(hào)為0到9；包含20個(gè)時(shí)隙(slot)，編號(hào)為0~19；每一個(gè)時(shí)隙包含7個(gè)OFDM符號(hào)(symbol)，編號(hào)為0~6。

每幀由140個(gè)OFDM符號(hào)組成。

每幀包含兩個(gè)主同步信號(hào)和輔同步信號(hào)。

一幀中兩個(gè)PSS相同；兩個(gè)SSS不同，前半幀的SSS_sub0與后半幀的SSS_sub5不同。

SSS_sub0為第0個(gè)子幀中的輔同步信號(hào)，SSS_sub5為第5個(gè)子幀中的輔同步信號(hào)。

首先利用主同步信號(hào)實(shí)現(xiàn)接收端與發(fā)送端之間的半幀同步。

將接收到的70個(gè)OFDM符號(hào)逐個(gè)與接收端本地生成的主同步信號(hào)PSS做相關(guān)運(yùn)算，得到70個(gè)相關(guān)值。

最大相關(guān)值對(duì)應(yīng)的OFDM符號(hào)中包含PSS信號(hào)。

因此，最大相關(guān)值對(duì)應(yīng)的OFDM符號(hào)在該半幀數(shù)據(jù)中應(yīng)該編號(hào)為6。

然而，由于接收到的70個(gè)OFDM符號(hào)并不恰好為半個(gè)無線幀。

因此，76減去當(dāng)前半幀OFDM符號(hào)編號(hào)為實(shí)際OFDM符號(hào)編號(hào)。

經(jīng)過主同步信號(hào)定位模塊find_pss的處理，接收端定位了主同步信號(hào)PSS。

從下一半幀開始，輸出實(shí)際的OFDM符號(hào)編號(hào)，實(shí)現(xiàn)了半幀同步。

接著利用輔同步信號(hào)實(shí)現(xiàn)接收端與發(fā)送端之間的符號(hào)同步。

符號(hào)同步的含義是指無線接收端能夠?qū)γ恳粋€(gè)無線幀中的140個(gè)OFDM符號(hào)進(jìn)行正確的編號(hào)，編號(hào)范圍為1~140。

利用主同步信號(hào)定位模塊find_pss的處理結(jié)果，將接收到的編號(hào)為5的OFDM符號(hào)與本地生成的輔同步信號(hào)SSS_sub0和SSS_sub5分別做相關(guān)，將相關(guān)值分別存儲(chǔ)到Corr_f_0和Corr_f_5中。

若Corr_f_0 > Corr_f_5，說明當(dāng)前OFDM符號(hào)所處半幀為前半幀，將find_pss模塊的輸出編號(hào)直接輸出；若Corr_f_0 < Corr_f_5，說明當(dāng)前OFDM符號(hào)所處半幀為后半幀，將輸出編號(hào)進(jìn)行半幀移位后輸出。

至此，在經(jīng)過了find_pss和find_sss兩個(gè)模塊的相繼處理之后，實(shí)現(xiàn)了LTE接收端與發(fā)送端的符號(hào)同步。

PSS/SSS序列與物理層小區(qū)ID相關(guān)，用于無線終端對(duì)小區(qū)的識(shí)別。

物理層小區(qū)ID解算過程如圖6所示。

主同步信號(hào)PSS序列有三種，指示小區(qū)的組內(nèi)ID- QUOTE ， QUOTE 的取值有0、1、2三種可能。

輔同步信號(hào)SSS序列有168種，指示小區(qū)的組ID- QUOTE ， QUOTE 的取值為0~167。

在FDD Type 1幀結(jié)構(gòu)中，PSS/SSS信號(hào)位于第0個(gè)子幀和第5個(gè)子幀中，且位于兩個(gè)連續(xù)的OFDM符號(hào)中。

利用接收到的半幀數(shù)據(jù)(70個(gè)OFDM符號(hào))，將這70個(gè)OFDM符號(hào)逐個(gè)與本地生成的三種主同步信號(hào)序列做相關(guān)，產(chǎn)生210個(gè)相關(guān)值，比較相關(guān)值的大小。

若最大相關(guān)值在前70個(gè)相關(guān)值中產(chǎn)生，則小區(qū)組內(nèi)ID- QUOTE 為0；若最大相關(guān)值在中部70個(gè)相關(guān)值中產(chǎn)生，則小區(qū)組內(nèi)ID- QUOTE 為1；若最大相關(guān)值在后70個(gè)相關(guān)值中產(chǎn)生，則小區(qū)組內(nèi)ID- QUOTE 為2。

通過上述過程，即可獲得小區(qū)組內(nèi)ID的取值。

經(jīng)過find_pss模塊處理之后，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了半幀同步，能夠?qū)邮盏降腛FDM符號(hào)進(jìn)行編號(hào)，編號(hào)范圍為1~70。

與此同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)當(dāng)前半幀數(shù)據(jù)所包含的主同步信號(hào)的定位。

由圖4可知，包含主同步信號(hào)PSS的OFDM符號(hào)編號(hào)為6，且PSS/SSS信號(hào)位于兩個(gè)連續(xù)的OFDM符號(hào)中。

因此，輔同步信號(hào)SSS的編號(hào)為5。

將接收到的編號(hào)為5的OFDM符號(hào)與接收端本地生成168種輔同步信號(hào)序列做相關(guān)，得到168個(gè)相關(guān)值。

比較相關(guān)值的大小，哪一個(gè)相關(guān)值最大說明當(dāng)前編號(hào)為5的OFDM符號(hào)中包含的輔同步信號(hào)與168種輔同步信號(hào)序列中的哪一種相同。

即可獲得小區(qū)組ID的取值，取值范圍為0~167。

在獲取了小區(qū)組內(nèi)ID和小區(qū)組ID的取值之后，利用公式(1)即可計(jì)算得到物理層小區(qū)ID- QUOTE 。

QUOTE (1)

至此利用主/輔同步信號(hào)完成了無線接收端對(duì)小區(qū)的識(shí)別。