本發(fā)明涉及tdd-ofdm下行鏈路下行領(lǐng)域，尤其涉及一種針對(duì)tdd-ofdm下行鏈路的快速同步跟蹤方法及裝置。

背景技術(shù)：

ofdm(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing)即正交頻分復(fù)用技術(shù)，實(shí)際上ofdm是mcm(multicarriermodulation)，多載波調(diào)制的一種。ofdm的基本原理是將高速的數(shù)據(jù)流分解為n個(gè)并行的低速數(shù)據(jù)流，在n個(gè)子載波上同時(shí)進(jìn)行傳輸。

tdd-ofdm下行鏈路下行時(shí)間同步算法中，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用的通信系統(tǒng)，使用盲估計(jì)的方法進(jìn)行下行時(shí)間同步是不現(xiàn)實(shí)的，它的計(jì)算復(fù)雜性和精度不能滿足實(shí)際需要。一般地使用基于導(dǎo)頻序列的同步算法?？梢赃x擇的下行同步算法有相關(guān)法，功率窗法和差分相關(guān)法等三種，下面分別介紹其原理。

相關(guān)(匹配濾波)方法

圖1為相關(guān)(匹配濾波)方法的相關(guān)算法原理示意圖，如圖1所示，rn為接收序列，sn為長(zhǎng)度l的預(yù)存序列，計(jì)算兩者之間的互相關(guān)函數(shù)r(τ)，在τ＝0的時(shí)候達(dá)到最大值，所以尋找到r(τ)的最大值，也就找到了最佳定時(shí)時(shí)刻。

相關(guān)值

這種方法應(yīng)用于wcdma的小區(qū)初搜的下行同步檢測(cè)中。

功率窗方法

以td-scdma的小區(qū)搜索為例說明功率窗法下行同步檢測(cè)的原理，ue通過檢測(cè)dwpts中的sync_dl碼來實(shí)現(xiàn)dwpts同步。sync_dl碼共有32個(gè)，ue需要采用相關(guān)或匹配濾波的方法確認(rèn)當(dāng)前小區(qū)使用的sync_dl碼。

如果直接對(duì)一幀的接收信號(hào)進(jìn)行相關(guān)或匹配濾波，計(jì)算量比較大，另外，要求一幀內(nèi)除dwpts外的其它時(shí)隙的干擾不能太大。信干比(ue接收的sync_dl信號(hào)功率與其它時(shí)隙接收信號(hào)功率之比)通常要求在-8～-10db以上，才能以較大的概率正確搜索出sync_dl信號(hào)的位置。

為了減小計(jì)算量，利用td-scdma幀結(jié)構(gòu)，先用“特征窗”法搜尋dwpts大致位置，然后再通過相關(guān)精確確定sync_dl位置。該方法要求信噪比(ue接收的sync_dl信號(hào)功率與dwpts噪聲功率之比)至少大于0db，此時(shí)檢測(cè)概率70～80％(仿真結(jié)果)，通常要求信噪比在3db以上才能可靠檢測(cè)，此時(shí)檢測(cè)概率大于95％以上(仿真結(jié)果)。當(dāng)信噪比在3db以上，此種方法對(duì)干擾也有很大的抑制作用。

曾經(jīng)考慮過一種改進(jìn)的直接相關(guān)方法，即對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行1bit量化(大于0為1，小于0為-1)，然后與sync_dl碼進(jìn)行相關(guān)。此方法也可以減小計(jì)算量，并對(duì)其它時(shí)隙干擾信號(hào)有很強(qiáng)的抑制作用。在理想條件下(單徑、采樣點(diǎn)位于成形脈沖峰值點(diǎn)、dwpts內(nèi)無干擾、無i/q不平衡、無載波頻偏)，其檢測(cè)靈敏度比“特征窗”法高3db左右，即信噪比為-3db時(shí)，檢測(cè)概率大于80％(仿真結(jié)果)；當(dāng)信噪比為0db，檢測(cè)概率大于99％(仿真結(jié)果)。

但是，如果是非理想條件，即存在時(shí)延多徑、采樣點(diǎn)與成形脈沖峰值點(diǎn)有偏差、dwpts內(nèi)存在多個(gè)小區(qū)的sync_dl信號(hào)、接收機(jī)存在i/q不平衡和較大載波頻偏(8～10khz)等情況，“特征窗”法的檢測(cè)性能基本不變或略有下降，而直接1bit相關(guān)的方法的檢測(cè)性能下降非常大，大大低于“特征窗”法的檢測(cè)性能。因此，不考慮采用直接1bit相關(guān)的方法而選用“特征窗”法。

基本原理是利用接收信號(hào)的功率形狀來搜索dwpts的大致位置。在td-scdma的幀結(jié)構(gòu)中，sync_dl的左邊有32chips的保護(hù)間隔(gp，guardperiod)，右邊有96chips的保護(hù)間隔(gp，guardperiod)，sync_dl本身為64chips。由于gp的功率很小，故從接收功率的時(shí)間分布上看，與gp相比sync_dl段的功率較大。當(dāng)用sync_dl段功率和除以兩邊64chips(兩邊各32chips)功率和時(shí)，得到的值應(yīng)當(dāng)比較大，用此方法就可以判斷出dwpts的大致位置。

這種方法應(yīng)用于td-scdma的小區(qū)初搜的下行同步檢測(cè)中。

差分相關(guān)方法

圖2為差分相關(guān)方法的相關(guān)算法原理示意圖，如圖2所示，差分相關(guān)利用延遲nd個(gè)樣值的兩個(gè)相同訓(xùn)練符號(hào)，rn為接收序列，差分相關(guān)與直接相關(guān)法不同，進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算的是在接收序列rn中間隔為nd的兩個(gè)子序列直接進(jìn)行的。差分相關(guān)函數(shù)r(n)只是與子序列在接收序列中的位置有關(guān)，尋找到r(n)的最大值，也就找到了最佳定時(shí)時(shí)刻。

差分相關(guān)值如下：

判決變量為cn達(dá)到最大值的時(shí)刻即為最佳定時(shí)時(shí)刻。

motorola提議，這種方法應(yīng)用于lte-fdd系統(tǒng)的小區(qū)初搜的下行同步檢測(cè)中。

圖3為tdd-ofdm下行鏈路的同步跟蹤裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

初始同步模塊：采用pss(primarysynchronizationsignal，主同步信號(hào))同步與sss(secondarysynchronizationsignal，輔同步信號(hào))同步方式，進(jìn)行主小區(qū)同步。其中pss同步，采用時(shí)域滑動(dòng)相關(guān)法來確定無線幀的5ms定時(shí)。sss同步根據(jù)無線幀5ms定時(shí)位置，根據(jù)三種不同的取值，利用空間采集數(shù)據(jù)對(duì)三種pss分別進(jìn)行滑動(dòng)相關(guān)運(yùn)算，并對(duì)相關(guān)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，判斷出相關(guān)值最大的并超出門限的序列。進(jìn)而計(jì)算出最強(qiáng)td-lte小區(qū)的5ms半幀位置，并根據(jù)sss的生成方式進(jìn)行頻域解擾方法進(jìn)行同步，根據(jù)上述pss同步模塊提供的5ms無線幀位置來判斷出當(dāng)前sss位置信息，并根據(jù)sss信號(hào)的生成特點(diǎn)，采用解擾運(yùn)算，得出10ms無線幀位置。由于sss信號(hào)在子幀0和子幀5位置的取值范圍不同，因此只需要進(jìn)行一次解擾操作就能正確判斷出td-lte的幀頭位置，確定無線幀的10ms定時(shí)，即無線幀頭位置。

邏輯控制模塊：根據(jù)初始同步模塊中的pss、sss同步成功或者失敗標(biāo)志進(jìn)行系統(tǒng)控制。若接收到同步成功標(biāo)志，則邏輯控制模塊控制系統(tǒng)啟動(dòng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并啟動(dòng)盲搜模塊，并將無線幀頭位置信息傳遞給數(shù)據(jù)存取模塊。如果接收到同步失敗標(biāo)志，則控制系統(tǒng)全部模塊進(jìn)行清零，重新啟動(dòng)初始同步模塊，直到同步成功。

數(shù)據(jù)存取模塊：當(dāng)收到邏輯控制模塊的數(shù)據(jù)存取開始標(biāo)志以及幀頭位置信息后，數(shù)據(jù)存取模塊將存儲(chǔ)10ms數(shù)據(jù)，即一個(gè)無線幀。

盲搜模塊：所述邏輯控制模塊控制盲搜模塊進(jìn)行小區(qū)搜索，是基于td-lte下行參考信號(hào)自相關(guān)性較好的特征進(jìn)行的。將本地參考信號(hào)生成模塊生成的本地參考信號(hào)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)的td-lte無線幀的數(shù)據(jù)送入相關(guān)模塊進(jìn)行滑動(dòng)相關(guān)操作，對(duì)所有可能的504個(gè)td-lte小區(qū)進(jìn)行遍歷，從而對(duì)td-lte無線終端附近所有基站發(fā)出的小區(qū)信號(hào)進(jìn)行小區(qū)搜索。在td-lte無線幀中傳輸?shù)南滦袇⒖夹盘?hào)的多個(gè)symbol中重復(fù)該步驟，對(duì)每個(gè)symbol中的下行參考信號(hào)進(jìn)行盲搜。然后將多個(gè)symbol的滑動(dòng)相關(guān)結(jié)果進(jìn)行累加降噪，對(duì)高斯白噪聲進(jìn)行抵消，從而使下行參考信號(hào)的相關(guān)峰更加明顯，再通過門限判決模塊進(jìn)行小區(qū)判決，進(jìn)而進(jìn)一步增加無線終端小區(qū)搜索的精確度與動(dòng)態(tài)范圍。

上述同步跟蹤裝置中，包括初步同步模塊，用以進(jìn)行主小區(qū)的初始同步并獲得td-lte無線幀的幀頭位置；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，用以存儲(chǔ)一個(gè)無線幀的數(shù)據(jù)；盲搜模塊，用以基于td-lte下行參考信號(hào)進(jìn)行小區(qū)搜索；邏輯控制模塊，用于控制協(xié)調(diào)初步同步模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和盲搜模塊之間的工作順序。然而，對(duì)于一個(gè)自定義的tdd-ofdm系統(tǒng)來說，此裝置過于復(fù)雜，資源消耗較大，同時(shí)還需要較大的存儲(chǔ)空間。

因此，需要一種資源消耗小，所需存儲(chǔ)空間小的針對(duì)tdd-tdd-ofdm下行鏈路的快速同步跟蹤方法及裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供的針對(duì)tdd-ofdm下行鏈路的快速同步跟蹤方法，其特征在于，包括以下步驟：s110，生成同步序列；s120，同步序列映射至相應(yīng)的子載波上，得到同步信號(hào)，該同步信號(hào)放置在無線幀的幀頭，生成tdd-ofdm下行鏈路信號(hào)；s130，采用共軛相關(guān)特征窗信號(hào)，確定同步信號(hào)的大致位置，以對(duì)tdd-ofdm下行鏈路信號(hào)進(jìn)行初始捕獲；s140，確定同步信號(hào)的精確位置，以對(duì)tdd-ofdm下行鏈路信號(hào)進(jìn)行精確捕獲；s150，對(duì)tdd-ofdm下行鏈路信號(hào)保持實(shí)時(shí)同步，以對(duì)tdd-ofdm下行鏈路實(shí)現(xiàn)精確跟蹤。

優(yōu)選地，在步驟s110中，同步序列由頻域zadoff-chu、m序列產(chǎn)生。

優(yōu)選地，在步驟s120中，同步序列設(shè)置512個(gè)采樣點(diǎn)，并且該同步序列為：左頻點(diǎn)與右頻點(diǎn)對(duì)稱，左頻點(diǎn)與右頻點(diǎn)之間的中心頻點(diǎn)為2個(gè)采樣點(diǎn)間隔的空白。

優(yōu)選地，在步驟s130中，采用共軛相關(guān)特征窗信號(hào)檢測(cè)到信噪比-7dbc，采用共軛相關(guān)特征窗信號(hào)，確定同步信號(hào)的大致位置，包括以下步驟：

首先，計(jì)算接收信號(hào)和本地信號(hào)共軛相關(guān)特征信號(hào)：

sg＝s1,s2,...sg,(4)

本地訓(xùn)練序列重復(fù)三遍放置，組成本地導(dǎo)頻長(zhǎng)序列swing，所述本地導(dǎo)頻長(zhǎng)序列與所述接收信號(hào)進(jìn)行共軛相關(guān)，形成基于特征窗的共軛相關(guān)序列xcorr_sig，完成粗同步，

swing＝[sg,sg,sg]＝[s1,s2,...sg,s1,s2,...sg,s1,s2,...sg,](5)

xcorr_sig(k)＝rcv_win(k).*conj(swing)(6)

公式(6)展開為公式(7)：

powk＝(re(xcorr_sig(k)))²+(im(xcorr_sig(k)))²(8)

其中，powk的長(zhǎng)度是3*g，分為三等長(zhǎng)度部分；

然后，對(duì)“共軛相關(guān)的特征信號(hào)”進(jìn)行功率的計(jì)算，并計(jì)算比值：

式中：為向0方向取整，step為“共軛相關(guān)特征窗信號(hào)”移動(dòng)步長(zhǎng)，step＝6；

最后，確定sync_dl大致位置：

找出rk的最大值，并設(shè)其標(biāo)號(hào)為km，依據(jù)以下進(jìn)行檢測(cè)：

if

km對(duì)應(yīng)的“共軛相關(guān)特征窗信號(hào)”為sync_dl大致位置；

else

判斷是否有連續(xù)16個(gè)接收數(shù)據(jù)飽和，如果有，則接收機(jī)增益降低12db，返回第二步；

end

確定km對(duì)應(yīng)的“共軛相關(guān)特征窗信號(hào)”為sync_dl大致位置，則相對(duì)初始幀定時(shí)的sync_dl的大致位置pos＝step*km+g+1。

優(yōu)選地，在步驟s140中，采用本地匹配相關(guān)算法確定同步信號(hào)的精確位置，確定同步信號(hào)的精確位置包括step次相關(guān)運(yùn)算，所述相關(guān)運(yùn)算計(jì)算出來的最大數(shù)值的下標(biāo)位置即精確的同步位置：

xcorr_sig1(k)＝rcv_win1(k).*conj(sg)(6)

pow_sig1(k)＝(re(xcorr_sig1(k)))²+(im(xcorr_sig1(k)))²(13)

[value,maxpos]＝max(pow_sig1(k))(14)

精確的同步位置為：

accpos＝pos+maxpos(15)。

優(yōu)選地，確定同步信號(hào)的精確位置的條件是：同步序列的點(diǎn)數(shù)與tdd-ofdm系統(tǒng)中每一個(gè)時(shí)隙下的每一個(gè)符號(hào)的nfft點(diǎn)數(shù)的比值小。

優(yōu)選地，在步驟s150中，利用導(dǎo)頻對(duì)tdd-ofdm下行鏈路信號(hào)保持實(shí)時(shí)同步，包括以下步驟：

a1：將導(dǎo)頻信道估計(jì)hrs按導(dǎo)頻所在的ofdm符號(hào)排列，

排列后的導(dǎo)頻信道估計(jì)表示為hm(nrs)，其中m＝1,2,3,4表示一個(gè)時(shí)隙內(nèi)的m＝4列導(dǎo)頻符號(hào)，nrs＝1,2…n表示一個(gè)ofdm符號(hào)中含導(dǎo)頻r0或r1的個(gè)數(shù)；

a2：求每個(gè)導(dǎo)頻所在ofdm符號(hào)中頻域相鄰的導(dǎo)頻位置處導(dǎo)頻信道估計(jì)的相關(guān)值

其中，nrs＝1,2...n-1，conj()表示求共軛運(yùn)算；

a3：計(jì)算相關(guān)值相對(duì)于子載波和ofdm符號(hào)的和值，

a4：求sum_r對(duì)應(yīng)的角度，

其中，angle()表示求角度運(yùn)算，用cordic函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，

其中，lp為相鄰子載波間隔，分母中的π可以與分子中的單位相抵消，除以2lp的操作可以轉(zhuǎn)化為乘以1/(2lp)。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明提供的針對(duì)tdd-ofdm下行鏈路的快速同步跟蹤裝置，其特征在于，包括：同步序列生成模塊，用于生成同步序列；映射模塊，用于將同步序列映射至相應(yīng)的子載波上，得到同步信號(hào)，該同步信號(hào)放置在無線幀的幀頭；同步信號(hào)放置在無線幀的幀頭，生成tdd-ofdm下行鏈路信號(hào)；初始捕獲模塊，用于確定同步信號(hào)的大致位置，以對(duì)tdd-ofdm下行鏈路信號(hào)進(jìn)行初始捕獲；精確捕獲模塊，用于確定同步信號(hào)的精確位置，以對(duì)tdd-ofdm下行鏈路信號(hào)進(jìn)行精確捕獲；同步跟蹤模塊，用于對(duì)tdd-ofdm下行鏈路信號(hào)保持實(shí)時(shí)同步，以對(duì)tdd-ofdm下行鏈路實(shí)現(xiàn)精確跟蹤。

優(yōu)選地，同步序列生成模塊通過頻域zadoff-chu、m序列產(chǎn)生同步序列；初始捕獲模塊采用共軛相關(guān)特征窗信號(hào)確定同步信號(hào)的大致位置；精確捕獲模塊采用本地匹配相關(guān)算法確定同步信號(hào)的精確位置；同步跟蹤模塊采用導(dǎo)頻信號(hào)頻域相關(guān)保持信號(hào)的實(shí)時(shí)同步。

優(yōu)選地，確定同步信號(hào)的精確位置的條件是：同步序列的點(diǎn)數(shù)與tdd-ofdm系統(tǒng)中每一個(gè)時(shí)隙下的每一個(gè)符號(hào)的nfft點(diǎn)數(shù)的比值小。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明的針對(duì)tdd-ofdm下行鏈路的快速同步跟蹤方法首先利用共軛相關(guān)特征窗信號(hào)進(jìn)行初始捕獲，然后利用訓(xùn)練序列相關(guān)(本地匹配濾波)進(jìn)行精確捕獲，最后利用導(dǎo)頻進(jìn)行準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)跟蹤，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)針對(duì)tdd-ofdm下行鏈路的快速捕獲，而且實(shí)現(xiàn)同步跟蹤。

2.本發(fā)明采用共軛相關(guān)特征窗信號(hào)檢測(cè)可以到信噪比-7dbc，由于聯(lián)合利用了導(dǎo)頻序列很強(qiáng)的自相關(guān)性和特征窗的功率比值，在信噪比-7dbc時(shí)捕獲的準(zhǔn)確率可以達(dá)到90％左右。

3.本發(fā)明的針對(duì)tdd-ofdm下行鏈路的快速同步跟蹤裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，資源消耗小，所需存儲(chǔ)空間小。

4.本發(fā)明的同步序列的點(diǎn)數(shù)與tdd-ofdm系統(tǒng)中每一個(gè)時(shí)隙下的每一個(gè)符號(hào)的nfft點(diǎn)數(shù)的比值小，例如nfft點(diǎn)數(shù)是4096，而pilotlen的點(diǎn)數(shù)一般設(shè)置512個(gè)采樣點(diǎn)足夠，nfft/pilotlen＝l＝16，所以針對(duì)nfft發(fā)生了l＝16個(gè)整數(shù)偏移，導(dǎo)致這里才可能發(fā)生一次整數(shù)頻移，在導(dǎo)頻上僅僅會(huì)產(chǎn)生很小的小數(shù)偏移，因此相關(guān)就無需進(jìn)行k次頻偏調(diào)整的搜索，僅僅需要一次相關(guān)處理即可，這樣大大簡(jiǎn)化了搜索的時(shí)間和流程，使得對(duì)于高速移動(dòng)系統(tǒng)來說，系統(tǒng)也能夠快速同步上。

上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

附圖說明

通過閱讀下文優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的設(shè)置。而且在整個(gè)附圖中，用相同的參考符號(hào)表示相同的部件。在附圖中：

圖1為相關(guān)(匹配濾波)方法的相關(guān)算法原理示意圖；

圖2為差分相關(guān)方法的相關(guān)算法原理示意圖；

圖3為tdd-ofdm下行鏈路的同步跟蹤裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的自定義tdd-ofdm鏈路；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的針對(duì)tdd-ofdm下行鏈路的同步跟蹤方法的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例的同步序列的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例的針對(duì)tdd-ofdm下行鏈路的同步跟蹤裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開的示例性實(shí)施例。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實(shí)施例，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本公開而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施例所設(shè)置。相反，提供這些實(shí)施例是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠?qū)⒈竟_的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”、“所述”和“該”也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是，本發(fā)明的說明書中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)，具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語，應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非被特定定義，否則不會(huì)用理想化或過于正式的含義來解釋。

為了解決現(xiàn)有tdd-ofdm系統(tǒng)峰均比值過大導(dǎo)致功率放大器應(yīng)工作在大功率補(bǔ)償狀態(tài)下，然而，這又將導(dǎo)致非常低的放大效率并使發(fā)射機(jī)的成本變得非常昂貴的問題，本發(fā)明提出一種能夠降低信號(hào)的峰均比值，使發(fā)射機(jī)中的功率放大器高效工作，并提高系統(tǒng)的整體性能的針對(duì)tdd-ofdm系統(tǒng)優(yōu)化定標(biāo)裝置及方法。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的自定義tdd-ofdm鏈路。如圖4所示，tdd-ofdm鏈路包括無線幀，無線幀包括同步序列和時(shí)隙，時(shí)隙包括符號(hào)以及其前綴循環(huán)。在每一個(gè)無線幀頭放置一個(gè)同步信號(hào)，設(shè)置無線幀的采樣速率34.56mhz，一個(gè)10ms的無線幀的長(zhǎng)度是345600，每一個(gè)無線幀的同步頭synh的長(zhǎng)度一般設(shè)置slen(例如512，256，128)的采樣點(diǎn)，在增加一些保護(hù)間隔，，同步頭左右各空出來一些保護(hù)帶g(例如g＝128)占用的資源僅有1/500，所以用于同步的資源消耗小，并且此同步信號(hào)還可以進(jìn)行頻偏調(diào)整。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的針對(duì)tdd-ofdm下行鏈路的同步跟蹤方法的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，本發(fā)明提供的針對(duì)tdd-ofdm下行鏈路的快速同步跟蹤方法，包括以下步驟：s110，生成同步序列；s120，同步序列映射至相應(yīng)的子載波上，得到同步信號(hào)，該同步信號(hào)放置在無線幀的幀頭，生成tdd-ofdm下行鏈路信號(hào)；s130，采用共軛相關(guān)特征窗信號(hào)，確定同步信號(hào)的大致位置，以對(duì)tdd-ofdm下行鏈路信號(hào)進(jìn)行初始捕獲；s140，確定同步信號(hào)的精確位置，以對(duì)tdd-ofdm下行鏈路信號(hào)進(jìn)行精確捕獲；s150，對(duì)tdd-ofdm下行鏈路信號(hào)保持實(shí)時(shí)同步，以對(duì)tdd-ofdm下行鏈路實(shí)現(xiàn)精確跟蹤。

在步驟s110中，同步序列由頻域zadoff-chu、m序列產(chǎn)生。

在步驟s120中，同步序列設(shè)置512個(gè)采樣點(diǎn)，并且該同步序列為：左頻點(diǎn)與右頻點(diǎn)對(duì)稱，左頻點(diǎn)與右頻點(diǎn)之間的中心頻點(diǎn)為2個(gè)采樣點(diǎn)間隔的空白。圖6為本發(fā)明實(shí)施例的同步序列的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖6所示，設(shè)置同步序列的長(zhǎng)度為slen，頻域的放置如下，中間的頻點(diǎn)空出來，放置直流泄露對(duì)同步信號(hào)的影響，中間空出來2個(gè)采樣點(diǎn)間隔，左右頻點(diǎn)對(duì)稱放置，

index＝[pilotlen/2-slen/2:pilotlen/2-1,pilotlen/2+2:pilotlen/2+1+slen/2]freq_signal_symb＝zeros(1,pilotlen)；

freq_signal_symb(index)＝hu；

hss_time＝ifft(ifftshift(freq_signal_symb))*sqrt_fft；

組成這樣的同步信號(hào)放置在無線幀頭，然后在接收端進(jìn)行本地相關(guān)同步。通過本地同步相關(guān)方法一次獲取幀頭。

在步驟s130中，采用共軛相關(guān)特征窗信號(hào)檢測(cè)到信噪比-7dbc。相比現(xiàn)有技術(shù)的“特征窗”，本發(fā)明的“共軛相關(guān)特征窗信號(hào)”在信號(hào)極度和時(shí)刻都可以準(zhǔn)確的捕獲同步信號(hào)，例如在信噪比-7dbc時(shí)捕獲的準(zhǔn)確率可以達(dá)到90％左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)，這是綜合利用了“特征窗”和共軛匹配濾波的共同優(yōu)點(diǎn)。

具體地，利用共軛相關(guān)特征窗信號(hào)法確定synh的大致位置。在ofdm-tdd的幀結(jié)構(gòu)中，sync_dl(也就是synh)碼長(zhǎng)slen，在sync_dl左邊有g(shù)的保護(hù)帶。由于g發(fā)射功率很小，sync_dl碼數(shù)據(jù)以全功率發(fā)射。從功率譜角度看，同sync_dl兩側(cè)的gp功率相比，sync_dl的功率是“峰”值，因此用sync_dl功率比上兩側(cè)功率之和時(shí)，得到的值應(yīng)當(dāng)很大。所以使用功率“共軛相關(guān)特征窗信號(hào)”算法遍歷整幀接收數(shù)據(jù)時(shí)，功率比值最大的位置即是sync_dl的大致位置。

“共軛相關(guān)特征窗信號(hào)”長(zhǎng)度為sync_dl長(zhǎng)slen，左右兩邊各g長(zhǎng)，例如slen＝128，g＝128。搜索的窗長(zhǎng)為本幀的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度加上上一幀的最后g+slen+g數(shù)據(jù)，共軛相關(guān)特征窗信號(hào)長(zhǎng)度定為g+slen+g個(gè)采樣點(diǎn)，共軛相關(guān)特征窗信號(hào)在整個(gè)搜索窗中逐個(gè)采樣點(diǎn)移動(dòng)，為了減少計(jì)算量，可以逐step個(gè)點(diǎn)移動(dòng)(例如step＝6)。

使用功率共軛相關(guān)特征窗信號(hào)法粗略確定的sync_dl方法如下：

進(jìn)行小區(qū)捕獲階段，接收機(jī)無需知道接收信號(hào)的信噪比，相比現(xiàn)有技術(shù)“特征窗”一般只能檢測(cè)到信噪比3dbc左右，采用本發(fā)明的共軛相關(guān)特征窗信號(hào)法可以檢測(cè)到信噪比-7dbc，由于聯(lián)合利用了導(dǎo)頻序列很強(qiáng)的自相關(guān)性和特征窗的功率比值，在信噪比-7dbc時(shí)捕獲的準(zhǔn)確率可以達(dá)到90％左右。只要滿足條件完成搜索。具體步驟如下：

第一步：按功率排序后的頻點(diǎn)設(shè)置載波頻率，并設(shè)置接收機(jī)增益為最大。

第二步：讀取一個(gè)無線幀345600加g+slen+g長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)r1，其中第k個(gè)元素表示為：

r1,k,k＝0,…,345600+2g+slen

一般情況下，g＝slen

r＝phy_rcv_signal

所以2*g+slen＝g*3；

數(shù)據(jù)格式為q(16,1)。如果數(shù)據(jù)位數(shù)大于16位，則取高16位；如果數(shù)據(jù)位數(shù)小于16位，則從高位開始存放，低位置0。

第三步：計(jì)算接收信號(hào)和本地信號(hào)共軛相關(guān)特征信號(hào)：

sg＝s1,s2,...sg,(4)

本地訓(xùn)練序列重復(fù)三遍放置，只是由于導(dǎo)頻序列前后都是等長(zhǎng)度的零值，當(dāng)然非零值信號(hào)也可以，只有接收信號(hào)存在導(dǎo)頻時(shí)，相關(guān)的功率數(shù)值才最大，組成新的本地導(dǎo)頻長(zhǎng)序列swing，這個(gè)長(zhǎng)導(dǎo)頻序列和接收的信號(hào)進(jìn)行共軛相關(guān)，形成一種基于特征窗的共軛相關(guān)序列xcorr_sig，這種基于共軛相關(guān)特征窗的處理與頻偏無關(guān)，故此僅僅需要一次就可以完成粗同步。

swing＝[sg,sg,sg]＝[s1,s2,...sg,s1,s2,...sg,s1,s2,...sg,](5)

xcorr_sig(k)＝rcv_win(k).*conj(swing)(6)

此公式展開如下

powk＝(re(xcorr_sig(k)))²+(im(xcorr_sig(k)))²(8)

其中powk的長(zhǎng)度是3*g,分為三等長(zhǎng)度部分，分別計(jì)算各部分的功率和，然后計(jì)算比值如下第四步。

第四步：計(jì)算“共軛相關(guān)的特征信號(hào)”進(jìn)行功率的計(jì)算，然后計(jì)算比值：

式中：其中為向0方向取整，step為“共軛相關(guān)特征窗信號(hào)”移動(dòng)步長(zhǎng)，建議取step＝6。

第五步：確定sync_dl大致位置：

首先找出rk的最大值，并設(shè)其標(biāo)號(hào)為km，然后依據(jù)下述規(guī)則進(jìn)行檢測(cè)：

if

km對(duì)應(yīng)的“共軛相關(guān)特征窗信號(hào)”為sync_dl大致位置；

else

判斷是否有連續(xù)16個(gè)接收數(shù)據(jù)飽和，如果有，則接收機(jī)增益降低12db，返回第二步；

end

如果確定km對(duì)應(yīng)的“共軛相關(guān)特征窗信號(hào)”為sync_dl大致位置，則相對(duì)初始幀定時(shí)的sync_dl的大致位置pos＝step*km+g+1。

在步驟s140中，采用本地匹配相關(guān)算法確定同步信號(hào)的精確位置。

圖1為相關(guān)(匹配濾波)方法的相關(guān)算法即本地匹配相關(guān)算法原理示意圖，如圖1所示，rn為接收序列，sn為長(zhǎng)度g的預(yù)存導(dǎo)頻序列，計(jì)算兩者之間的互相關(guān)函數(shù)r(τ)，在τ＝0的時(shí)候達(dá)到最大值，所以尋找到r(τ)的最大值，也就找到了最佳定時(shí)時(shí)刻。

相關(guān)值

其中，共軛相關(guān)的程序如下：通過相關(guān)峰值功率點(diǎn)的位置，獲取最佳定時(shí)時(shí)刻，

接下來可以在粗同步的基礎(chǔ)上計(jì)算精確同步，此時(shí)計(jì)算的長(zhǎng)度很短，只有step次相關(guān)運(yùn)算，相關(guān)運(yùn)算計(jì)算出來的最大數(shù)值的下標(biāo)位置就是精確的同步位置。

xcorr_sig1(k)＝rcv_win1(k).*conj(sg)(6)

pow_sig1(k)＝(re(xcorr_sig1(k)))²+(im(xcorr_sig1(k)))²(13)

精確的同步位置如下：

accpos＝pos+maxpos(15)

確定同步信號(hào)的精確位置的條件是：同步序列的點(diǎn)數(shù)與tdd-ofdm系統(tǒng)中每一個(gè)時(shí)隙下的每一個(gè)符號(hào)的nfft點(diǎn)數(shù)的比值小。例如nfft點(diǎn)數(shù)是4096，而pilotlen的點(diǎn)數(shù)一般設(shè)置512個(gè)采樣點(diǎn)足夠，nfft/pilotlen＝l＝16。所以針對(duì)nfft發(fā)生了l＝16個(gè)整數(shù)偏移，導(dǎo)致這里才可能發(fā)生一次整數(shù)頻移。為此這樣在導(dǎo)頻上僅僅會(huì)產(chǎn)生很小的小數(shù)偏移。此時(shí)，相關(guān)就無需進(jìn)行k次頻偏調(diào)整的搜索。僅僅需要一次相關(guān)處理即可，這樣大大簡(jiǎn)化了搜索的時(shí)間和流程。

例如速率34.56mhz，fnnt＝4096，載頻是1.6ghz，如果要達(dá)到nfft的一個(gè)整數(shù)頻移，移動(dòng)的速度需要5600公里/小時(shí)，滿足4個(gè)整數(shù)頻偏，需要達(dá)到23000公里/小時(shí)。

fmax＝34.56*10^6/4096*1；

c＝3*10^8；％光速(m/s)

fc＝1.6*10^9；％--載波頻率

v＝c*fmax/fc；％％

vkm＝v*3.6；

所以對(duì)于現(xiàn)在的快速移動(dòng)系統(tǒng)來說，這個(gè)限制遠(yuǎn)遠(yuǎn)能夠滿足要求。故此對(duì)于高速移動(dòng)系統(tǒng)來說，系統(tǒng)也能夠輕松同步上。

上述本地相關(guān)同步雖然已經(jīng)非常準(zhǔn)確的同步上了，能夠精確的找到幀頭，但是為了更加準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)進(jìn)行同步跟蹤。接下來進(jìn)行進(jìn)一步的精確同步。采用導(dǎo)頻信號(hào)頻域相關(guān)保持信號(hào)的實(shí)時(shí)同步，也就是信號(hào)一直保持精確跟蹤狀態(tài)。用戶的鏈路數(shù)據(jù)傳輸必須時(shí)刻保持定時(shí)同步，因?yàn)槎〞r(shí)同步的偏差會(huì)引起信道檢測(cè)差錯(cuò)，惡化系統(tǒng)性能，所以系統(tǒng)必須周期地對(duì)用戶定時(shí)進(jìn)行跟蹤校正，以防止用戶因移動(dòng)距離變化或意外鏈路中斷造成定時(shí)的偏移。導(dǎo)頻信道估計(jì)值，采用頻域相關(guān)法，估計(jì)下行鏈路的定時(shí)同步偏差，測(cè)量帶寬。

在步驟s150中，利用導(dǎo)頻對(duì)tdd-ofdm下行鏈路信號(hào)保持實(shí)時(shí)同步，包括以下步驟：

a1：將導(dǎo)頻信道估計(jì)hrs按導(dǎo)頻所在的ofdm符號(hào)排列，排列后的導(dǎo)頻信道估計(jì)表示為hm(nrs)，其中m＝1,2,3,4表示一個(gè)時(shí)隙內(nèi)的m＝4列導(dǎo)頻符號(hào)，nrs＝1,2…n表示一個(gè)ofdm符號(hào)中含導(dǎo)頻r0或r1的個(gè)數(shù)；

a2：求每個(gè)導(dǎo)頻所在ofdm符號(hào)中頻域相鄰的導(dǎo)頻位置處導(dǎo)頻信道估計(jì)的相關(guān)值

其中，conj()表示求共軛運(yùn)算；

a3：計(jì)算相關(guān)值相對(duì)于子載波和ofdm符號(hào)的和值，

a4：求sum_r對(duì)應(yīng)的角度，

其中，angle()表示求角度運(yùn)算，用cordic函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，

其原理如下：

從上面的公式看出來，

其中，lp為相鄰子載波間隔，現(xiàn)有系統(tǒng)中l(wèi)p＝9；分母中的π可以與分子中的單位相抵消，除以2lp的操作可以轉(zhuǎn)化為乘以1/2lp，

其中τoffset的定標(biāo)值確定為并且τoffset＞0表示超前最佳定時(shí)時(shí)刻τoffset個(gè)采樣點(diǎn)，τoffset＜0表示滯后最佳定時(shí)時(shí)刻τoffset個(gè)采樣點(diǎn)，最佳定時(shí)時(shí)刻定義為最強(qiáng)徑的位置。通過這個(gè)方法就可以獲取精確同步的位置。

本發(fā)明的針對(duì)tdd-ofdm下行鏈路的快速同步跟蹤方法首先利用特征窗進(jìn)行初始捕獲，然后利用訓(xùn)練序列相關(guān)(本地匹配濾波)進(jìn)行精確捕獲，最后利用導(dǎo)頻進(jìn)行準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)跟蹤，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)針對(duì)tdd-ofdm下行鏈路的快速捕獲，而且實(shí)現(xiàn)同步跟蹤。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例的針對(duì)tdd-ofdm下行鏈路的同步跟蹤裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖7所示，本發(fā)明提供的針對(duì)tdd-ofdm下行鏈路的快速同步跟蹤裝置，其特征在于，包括：同步序列生成模塊，用于生成同步序列；映射模塊，用于將同步序列映射至相應(yīng)的子載波上，得到同步信號(hào)，該同步信號(hào)放置在無線幀的幀頭；同步信號(hào)放置在無線幀的幀頭，生成tdd-ofdm下行鏈路信號(hào)；初始捕獲模塊，用于確定同步信號(hào)的大致位置，以對(duì)tdd-ofdm下行鏈路信號(hào)進(jìn)行初始捕獲；精確捕獲模塊，用于確定同步信號(hào)的精確位置，以對(duì)tdd-ofdm下行鏈路信號(hào)進(jìn)行精確捕獲；同步跟蹤模塊，用于對(duì)tdd-ofdm下行鏈路信號(hào)保持實(shí)時(shí)同步，以對(duì)tdd-ofdm下行鏈路實(shí)現(xiàn)精確跟蹤。

同步序列生成模塊通過頻域zadoff-chu、m序列產(chǎn)生同步序列；初始捕獲模塊采用特征窗確定同步信號(hào)的大致位置；精確捕獲模塊采用本地匹配相關(guān)算法確定同步信號(hào)的精確位置；同步跟蹤模塊采用導(dǎo)頻信號(hào)頻域相關(guān)保持信號(hào)的實(shí)時(shí)同步。

確定同步信號(hào)的精確位置的條件是：同步序列的點(diǎn)數(shù)與tdd-ofdm系統(tǒng)中每一個(gè)時(shí)隙下的每一個(gè)符號(hào)的nfft點(diǎn)數(shù)的比值?。和叫蛄械狞c(diǎn)數(shù)與tdd-ofdm系統(tǒng)中每一個(gè)時(shí)隙下的每一個(gè)符號(hào)的nfft點(diǎn)數(shù)的比值小。例如nfft點(diǎn)數(shù)是4096，而pilotlen的點(diǎn)數(shù)一般設(shè)置512個(gè)采樣點(diǎn)足夠，nfft/pilotlen＝l＝16。所以針對(duì)nfft發(fā)生了l＝16個(gè)整數(shù)偏移，導(dǎo)致這里才可能發(fā)生一次整數(shù)頻移。為此這樣在導(dǎo)頻上僅僅會(huì)產(chǎn)生很小的小數(shù)偏移。此時(shí)，相關(guān)就無需進(jìn)行k次頻偏調(diào)整的搜索。僅僅需要一次相關(guān)處理即可，這樣大大簡(jiǎn)化了搜索的時(shí)間和流程。

例如速率34.56mhz，fnnt＝4096，載頻是1.6ghz，如果要達(dá)到nfft的一個(gè)整數(shù)頻移，移動(dòng)的速度需要5600公里/小時(shí)，滿足4個(gè)整數(shù)頻偏，需要達(dá)到23000公里/小時(shí)。

fmax＝34.56*10^6/4096*1；

c＝3*10^8；％光速(m/s)

fc＝1.6*10^9；％--載波頻率

v＝c*fmax/fc；％％

vkm＝v*3.6；

所以對(duì)于現(xiàn)在的快速移動(dòng)系統(tǒng)來說，這個(gè)限制遠(yuǎn)遠(yuǎn)能夠滿足要求。故此對(duì)于高速移動(dòng)系統(tǒng)來說，系統(tǒng)也能夠輕松同步上。

本發(fā)明的針對(duì)tdd-ofdm下行鏈路的快速同步跟蹤裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，資源消耗小，所需存儲(chǔ)空間小。

對(duì)于高速移動(dòng)的系統(tǒng)，例如無人機(jī)或者空天飛機(jī)，由于高速移動(dòng)產(chǎn)生較大的多普勒頻移，通過本發(fā)明的針對(duì)tdd-ofdm下行鏈路的快速同步跟蹤方法和裝置能夠支持在23000公里/小時(shí)下的高速移動(dòng)情況下都能快速捕獲同步信號(hào)。并且無需多次頻偏盲同步，能夠快速找到幀頭，并且能夠根據(jù)導(dǎo)頻序列能夠?qū)崟r(shí)的進(jìn)行準(zhǔn)確跟蹤。

以上所描述的裝置實(shí)施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個(gè)地方，或者也可以分布到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元上?？梢愿鶕?jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例方案的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性的勞動(dòng)的情況下，即可以理解并實(shí)施。

通過以上的實(shí)施方式的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到各實(shí)施方式可借助軟件加必需的通用硬件平臺(tái)的方式來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然也可以通過硬件?；谶@樣的理解，上述技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，如rom/ram、磁碟、光盤等，包括若干指令用以使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備(可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行各個(gè)實(shí)施例或者實(shí)施例的某些部分所述的方法。

此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解，盡管在此的一些實(shí)施例包括其它實(shí)施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同實(shí)施例的特征的組合意味著處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)并且形成不同的實(shí)施例。例如，在下面的權(quán)利要求書中，所要求保護(hù)的實(shí)施例的任意之一都可以以任意的組合方式來使用。

最后應(yīng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。