CN102231893B - 一种lte同步信号检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了通信技术领域中的一种LTE同步信号检测方法。本发明包括：主同步信号检测时，先将本地三种主同步序列相加，然后与接收序列进行相关，判断峰值位置，获得主同步信号位置，确定符号定时位置，进一步获得扇区标识；辅同步信号检测时，先确定辅同步信号位置，获得系统采用的双工方式和循环前缀类型，然后利用主同步信号检测获得的扇区标识确定本地辅同步信号序列，与接收序列进行相关，获得帧定时同步和小区组标识，以获得物理层小区标识。本发明使得同步检测的运算量降低了60％以上，加快了同步检测的计算速度；提高了服务质量；在越区切换，尤其是高速移动环境下，能够快速搜索小区，降低掉话率。

Description

一种LTE同步信号检测方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种LTE同步信号检测方法。

背景技术

随着移动通信和宽带无线接入技术的不断发展，长期演进LTE(Long TermEvolution)技术以其高传输速率，小用户面延迟和支持终端高速移动等优势，成为新一代移动通信发展的主流技术。对于蜂窝移动通信系统来说，小区搜索是移动终端接入无线网络的第一步，是物理层最基本的流程之一。在终端首次开机接入小区和越区切换时，需要进行小区搜索建立时频同步，获得物理层小区标识和其他系统配置信息，接入小区后，终端才能接收小区系统消息，建立连接，进行通信过程。

LTE小区搜索通过主同步信号PSS(Primary Synchronization Signa])和辅同步信号SSS(Secondary Synchronization Signa])检测实现。主同步信号PSS用来获得符号定时同步和扇区标识

辅同步信号SSS用来确定帧定时同步和小区组标识

最终得到物理层小区标识

同时，采用不同双工方式(时分双工或频分双工)和循环前缀类型(正常或扩展)时，在无线帧中，主同步信号PSS与辅同步信号SSS之间的距离L_j，j＝1，2，3，4有四种可能，如表1所示。在确定主、辅同步信号位置之后，能够通过二者之间距离确定系统所采用的双工方式和循环前缀类型。

表1  不同双工方式和循环前缀类型主辅同步信号间距离

LTE中，小区搜索分为主同步信号PSS检测和辅同步信号SSS检测，通过利用本地主、辅同步信号序列与接收序列进行相关，来判断峰值来进行：

1.主同步信号PSS传统检测方法

接收序列与本地三种时域主同步信号PSS序列分别相关，对相关结果取峰值，比较三个峰值，最大值对应的主同步信号PSS序列的序号能够确定扇区标识

最大值所在的相关集中的偏移量就是主同步信号PSS所在位置，能够获得符号定时同步。

2.辅同步信号SSS传统检测方法

利用得到的扇区标识确定本地进行检测的辅同步信号SSS序列；利用主同步信号PSS的位置，通过表1，得到可能存在辅同步信号SSS的四个位置，在这些位置上进行辅同步信号SSS盲检测，同样采用与主同步信号PSS检测相同的算法，确定小区组标识

和辅同步信号SSS的位置，获得帧定时同步，通过表1中主、辅同步信号位置之间的距离确定双工方式和循环前缀类型。

计算得到物理层小区标识

$N_{\mathrm{ID}}^{\mathrm{cell}}={3N}_{\mathrm{ID}}^{\left(1\right)}+N_{\mathrm{ID}}^{\left(2\right)}---\left(1\right)$

现有技术在主同步信号PSS检测过程中的不足有：一方面，由于接收信号序列样点数目庞大，同时需要将接收信号与本地三种主同步信号PSS序列分别进行相关，所以需要计算量巨大；另一方面，辅同步信号SSS检测过程中，辅同步信号SSS与主同步信号PSS之间的位置会随着不同的双工方式和循环前缀类型发生变化，接收端需要在四种可能的位置进行辅同步信号SSS盲检测，同样也会使得计算复杂。巨大的计算量会导致同步信号检测过程缓慢，降低小区搜索速度，影响接入效率，在越区切换，尤其是高速移动环境下，增加掉话率。

由于目前同步检测算法运算量巨大，所以导致小区搜索过程缓慢，本发明主要为了降低同步信号检测的运算复杂度，加快小区搜索流程。

发明内容

针对上述背景技术中提到的现有同步信号检测计算量大、检测时间过长等不足，本发明提出了一种LTE同步信号检测方法。

本发明的技术方案是，一种LTE同步信号检测方法，其特征是该方法包括以下步骤：

步骤1：将三种主同步信号序列相加，再与接收信号序列进行相关运算；

步骤2：判断相关运算后信号的峰值位置，获得主同步信号位置；

步骤3：在主同步信号位置上提取主同步信号样值，将其与三种主同步信号序列分别进行相关运算，通过相关运算最大值对应的参数获得扇区标识；

步骤4：利用扇区标识确定辅同步信号序列；

步骤5：在接收信号序列上提取信号样值序列，将信号样值序列与其本身的共轭对称序列进行相关运算，确定辅同步信号位置；

步骤6：利用主同步信号位置和辅同步信号位置之间的距离，确定系统采用的双工方式和循环前缀类型；

步骤7：在辅同步信号位置上进行一次辅同步信号检测，获得帧定时同步和小区组标识，最终获得物理层小区标识。

所述步骤1的主同步序列相加运算公式为：

$s_{\mathrm{pss}}\left[k\right]=\underset{i=0}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{s}_{\mathrm{pss},u\left(i\right)}\left[k\right]$

其中：

s_pss[k]为三种主同步信号序列之和；

s_pss，u(i)[k]为三种主同步信号序列；

u(i)为主同步信号序列根序号，i＝0，1，2；

k为主同步信号序列点。

所述步骤1的相关运算公式为：

$p\left[n\right]=r\left[n\right]\⊗s_{\mathrm{pss}}\left[k\right]$

其中：

p[n]为相关运算后的信号序列；

r[n]为接收信号序列；

n为接收信号序列长度。

所述主同步信号位置的计算公式为：

$n_{\mathrm{pss}}=\arg \underset{n}{\max }\left\{\right|p\left[n\right]\left|\right\}$

其中：

n_pss为主同步信号位置。

所述相关运算最大值对应的参数的计算公式为：

$u=\arg \underset{i}{\max }\left\{P_{u\left(i\right)}\right[n\left]\right\}$

其中：

u为最大值对应的参数；

P_u(i)为主同步信号位置上提取的主同步信号样值与三种主同步信号序列相关运算的结果。

所述P_u(i)的计算公式为：

$P_{u\left(i\right)}=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|s_p\right[k]\·s_{\mathrm{pss},u\left(i\right)}^{*}[k\left]\right|$

其中：

s_p[k]为主同步信号位置上提取的主同步信号样值；

*为共轭操作；

N为本地主同步信号序列长度。

所述主同步信号位置和辅同步信号位置之间的距离的计算公式为：

$L_j=\arg \underset{j}{\max }\left\{P_{L_j}\right\}$

其中：

L_j为主同步信号位置和辅同步信号位置之间的距离，j＝1，2，3，4；

为信号样值序列与其本身的共轭对称序列相关后的结果。

所述

的计算公式为：

$P_{L_j}=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|s_{L_j}\right[k]\·s_{L_j}^{*}[N-k\left]\right|$

其中：

为在接收信号序列上提取信号样值序列；

为在接收信号序列上提取信号样值序列的共轭对称序列。

所述N的取值为64。

主同步信号PSS检测过程中，将三次运算量巨大的接收信号与本地主同步信号PSS序列相关简化成一次，获得符号定时同步，虽然增加了额外的三次提取后的主同步信号PSS序列相关检测扇区标识的运算，但该运算与主同步信号PSS检测相比，运算量可以忽略，所以运算量降低了近60％。

辅同步信号SSS检测过程中，在辅同步信号SSS检测之前，在四种可能的位置抽取样点进行共轭对称自相关，判断最大值，确定辅同步信号SSS的位置，然后进行辅同步信号SSS检测，将四次辅同步信号SSS盲检测简化成一次确定的检测，运算量降低了近70％。

附图说明

图1为本发明示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

本发明主要包括主同步信号PSS检测和辅同步信号SSS检测过程，通过减少主同步信号PSS和辅同步信号SSS的检测次数来降低同步信号检测的运算量。图1为本发明示意图，图中虚线框为小区搜索最终得到的系统信息。

本发明的技术原理：

本发明是基于主同步信号PSS和辅同步信号SSS自身良好的特性提出的。

1.主同步信号检测过程：

主同步信号PSS具有良好的时域相关性，三种不同的主同步信号PSS序列之间互相关的平均值和峰值相对于主同步信号PSS序列的自相关可以看做是白噪声。所以三个不同的主同步信号PSS序列与接收信号的相关值之和的峰值依然非常尖锐，可以很容易检测。

同时，由相关运算的本身特性，序列A与序列B和序列C之和的相关，等于序列A与序列B相关、序列A与序列C相关的和：

$A\⊗(B+C)=A\⊗B+A\⊗C---\left(2\right)$

所以，本地三种主同步信号PSS序列与接收序列相关之和等于本地三个主同步信号PSS序列之和与接收信号进行相关：

$\mathrm{\Σ}{p}_{u\left(i\right)}\left[n\right]=r\left[n\right]\⊗\mathrm{\Σ}{s}_{\mathrm{pss},u\left(i\right)}\left[k\right]=\underset{k=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left(r\right[n+k]\·\underset{u\left(i\right)=0}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{s}_{\mathrm{pss},u\left(i\right)}^{*}[k\left]\right)---\left(3\right)$

其中：

s_pss，u(i)[k]为本地三种主同步信号PSS序列；

r[n]为接收序列；

u(i)为辅同步信号SSS的根序号，i＝0，1，2，以此确定扇区标识

代表相关操作；

“*”代表共轭操作；

N为本地主同步信号PSS序列长度。

在接收端，先将本地三种主同步信号PSS序列相加，然后用相加后的结果与接收信号进行相关，如公式(3)所示，这样只采用一次相关计算就能够确定主同步信号位置，获得符号定时同步。然后在检测到的主同步信号位置提取主同步信号PSS序列，与本地三种主同步信号PSS序列分别相关，获得扇区标识。

2.辅同步信号检测过程：

在时域上，辅同步信号具有良好的自相关性和共轭对称性。获得主同步信号位置后，在四个可能的位置进行辅同步信号检测。在辅同步信号所在的位置，提取出来的N点序列(即发送的辅同步信号序列)s_sss[k]就具有良好的自相关性和共轭对称性，在非辅同步信号位置，提取出来的N点序列(随机的数据信号序列)s_non[k]就不具有良好的自相关和共轭对称性：

$s_{\mathrm{sss}}\left[k\right]=s_{\mathrm{sss}}^{*}[N-k]---\left(4\right)$

$s_{\mathrm{non}}\left[k\right]\≠s_{\mathrm{non}}^{*}[N-k]---\left(5\right)$

所以，辅同步信号SSS位置处的序列进行共轭对称自相关得到的相关值，远大于其余非辅同步信号SSS位置处提取序列的共轭对称自相关值：

$\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|s_{\mathrm{sss}}\right[k]\·s_{\mathrm{sss}}^{*}[N-k\left]\right|>>\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|s_{\mathrm{non}}\right[k]\·s_{\mathrm{non}}^{*}[N-k\left]\right|---\left(6\right)$

利用获得的扇区标识确定本地进行检测的辅同步信号SSS序列；利用主同步信号PSS检测确定的主同步信号PSS位置，在四种可能的辅同步信号SSS位置上，提取N点序列，对提取序列进行共轭对称自相关，相关值最大的位置可以判断为辅同步信号SSS的位置，然后在该位置进行辅同步信号SSS检测，可以将四次不确定的辅同步信号SSS盲检测简化为一次确定的辅同步信号SSS检测。本发明能够降低60％以上的同步检测运算量。

同步检测的运算量降低60％以上，所以加快了同步检测的计算速度，加快了小区搜索的进程，在用户接入小区时，能够进行快速介入，提高服务质量；同时在越区切换时，尤其在高速移动环境下，能够快速搜索小区，降低了掉话率，具体过程为：

1.主同步信号PSS的检测过程

在接收端，先将本地三种主同步信号PSS序列s_pss，u(i)[k]相加：

$s_{\mathrm{pss}}\left[k\right]=\underset{i=0}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{s}_{\mathrm{pss},u\left(i\right)}\left[k\right]---\left(10\right)$

其中：

s_pss[k]为三种主同步信号序列之和；

s_pss，u(i)[k]为三种主同步信号序列。

用相加后的主同步信号PSS序列s_pss[k]与接收序列r[n]进行相关：

$p\left[n\right]=r\left[n\right]\⊗s_{\mathrm{pss}}\left[k\right]=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}r[n+k]\·s_{\mathrm{pss}}^{*}\left[k\right]---\left(11\right)$

其中：

p[n]为相关运算后的信号序列；

r[n]为接收信号序列；

s_pss[k]为主同步信号PSS序列之和；

为主同步信号PSS序列和的共轭信号序列；

n为接收信号序列长度，设定为一帧信号序列，长度为307200；

k为主同步信号序列点，设定为0-63；

N为本地辅同步信号序列长度，设定为64。

判断p[n]的峰值，峰值位置的偏移量n_pss就是主同步信号PSS位置，获得符号定时同步：

$n_{\mathrm{pss}}=\arg \underset{n}{\max }\left\{\right|p\left[n\right]\left|\right\}---\left(12\right)$

其中：

n_pss为峰值位置的偏移量，即主同步信号位置。

在检测到的主同步信号位置提取N点序列(即传输的PSS序列)s_p[k]，与本地三种主同步信号PSS序列分别相关：

$P_{u\left(i\right)}=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|s_p\right[k]\·s_{\mathrm{pss},u\left(i\right)}^{*}[k\left]\right|---\left(13\right)$

其中：

P_u(i)为主同步信号位置上提取的主同步信号样值与三种主同步信号序列相关运算的结果；

s_p[k]为主同步信号位置上提取的主同步信号样值；

为三种主同步信号序列的共轭序列。

比较三个相关值P_u(i)，最大值对应的参数u(i)就能够确定扇区标识

$u=\arg \underset{i}{\max }\left\{P_{u\left(i\right)}\right[n\left]\right\}---\left(14\right)$

其中：

u为最大值对应的参数。

2.辅同步信号SSS的检测过程

利用主同步信号PSS检测获得的扇区标识确定本地用来进行辅同步信号SSS检测的辅同步信号SSS序列；在接受信号序列上，在四种可能的辅同步信号SSS位置上，提取N点序列(即传输的辅同步信号SSS序列或随机数据序列)

分别将提取序列与其本身的共轭对称序列进行相关：

$P_{L_j}=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|s_{L_j}\right[k]\·s_{L_j}^{*}[N-k\left]\right|---\left(15\right)$

其中：

为信号样值序列与其本身的共轭对称序列相关后的结果；

为在接收信号序列上提取信号样值序列；

为在接收信号序列上提取信号样值序列的共轭对称序列。

比较四个相关值，最大值对应的位置可以判断为辅同步信号的位置，获得帧定时同步：

$L_j=\arg \underset{j}{\max }\left\{P_{L_j}\right\}---\left(16\right)$

其中：

L_j为主同步信号PSS位置和辅同步信号SSS位置之间的距离，

j＝1，2，3，4。

利用主同步信号PSS和辅同步信号SSS之间距离L_j，并通过表1确定系统采用的双工方式和循环前缀类型。在确定的辅同步信号SSS位置上进行一次辅同步信号SSS检测，获得帧定时同步和小区组标识，最终获得物理层小区标识。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种LTE同步信号检测方法，其特征是该方法包括以下步骤：

步骤1：将三种主同步信号序列相加，再与接收信号序列进行相关运算；

步骤2：判断相关运算后信号的峰值位置，获得主同步信号位置；

步骤3：在主同步信号位置上提取主同步信号样值，将其与三种主同步信号序列分别进行相关运算，通过相关运算最大值对应的参数获得扇区标识；

步骤4：利用扇区标识确定辅同步信号序列；

步骤5：在接收信号序列上提取信号样值序列，将信号样值序列与其本身的共轭对称序列进行相关运算，确定辅同步信号位置；

步骤6：利用主同步信号位置和辅同步信号位置之间的距离，确定系统采用的双工方式和循环前缀类型；

步骤7：在辅同步信号位置上进行一次辅同步信号检测，获得帧定时同步和小区组标识，最终获得物理层小区标识。

2.根据权利要求1所述的一种LTE同步信号检测方法，其特征是所述步骤1的主同步序列相加运算公式为：

$s_{\mathrm{pss}}\left[k\right]=\underset{i=0}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{s}_{\mathrm{pss},u\left(i\right)}\left[k\right]$

其中：

s_pss[k]为主同步信号序列之和；

s_pss,u(i)[k]为三种主同步信号序列；

u(i)为主同步信号序列根序号，i=0,1,2；

k为主同步信号序列点。

3.根据权利要求2所述的一种LTE同步信号检测方法，其特征是所述步骤1的相关运算公式为：

$p\left[n\right]=r\left[n\right]\⊗s_{\mathrm{pss}}\left[k\right]$

其中：

p[n]为相关运算后的信号序列；

r[n]为接收信号序列；

n为接收信号序列长度。

4.根据权利要求3所述的一种LTE同步信号检测方法，其特征是所述主同步信号位置的计算公式为：

$n_{\mathrm{pss}}=\arg \underset{n}{\max }\left\{\right|p\left[n\right]\left|\right\}$

其中：

n_pss为主同步信号位置。

5.根据权利要求2所述的一种LTE同步信号检测方法，其特征是所述相关运算最大值对应的参数的计算公式为：

$u=\arg \underset{i}{\max }\left\{P_{u\left(i\right)}\right[n\left]\right\}$

其中：

u为最大值对应的参数；

P_u(i)[n]为主同步信号位置上提取的主同步信号样值与三种主同步信号

序列相关运算的结果。

6.根据权利要求5所述的一种LTE同步信号检测方法，其特征是所述P_u(i)的计算公式为：

$P_{u\left(i\right)}=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|s_p\right[k]\·s_{\mathrm{pss},u\left(i\right)}^{*}[k\left]\right|$

其中：

s_p[k]为主同步信号位置上提取的主同步信号样值；

*为共轭操作；

N为本地主同步信号序列长度。

7.根据权利要求1所述的一种LTE同步信号检测方法，其特征是所述主同步信号位置和辅同步信号位置之间的距离的计算公式为：

$L=\arg \underset{j}{\max }\left\{P_{L_j}\right\}$

其中：

L为主同步信号位置和辅同步信号位置之间的距离；j=1,2,3,4；

为信号样值序列与其本身的共轭对称序列相关后的结果。

8.根据权利要求7所述的一种LTE同步信号检测方法，其特征是所述的计算公式为：

$P_{L_j}=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|s_{L_j}\right[k]\·s_{L_j}^{*}[N-k\left]\right|$

其中：

为在接收信号序列上提取信号样值序列；

为在接收信号序列上提取信号样值序列的共轭对称序列。

9.根据权利要求6所述的一种LTE同步信号检测方法，其特征是所述N的取值为64。