TD-LTE系统的远距离同频干扰源检测及定位方法

摘要

本发明涉及一种TD-LTE系统的远距离同频干扰源检测及定位方法，其中，检测方法将检测到的干扰信号中的主同步信号与本小区信号的主同步信号进行时域上的比较，若时间差超过阈值，则该干扰信号为远距离同频干扰源；定位方法利用干扰信号中辅同步信号和主同步信号包含的物理层小区ID参数，计算得到信号小区ID，并根据信号小区ID的配置表确定干扰小区的位置。与现有技术相比，本发明具有准确度好、运行效率高等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种可应用于TD-LTE系统中进行 远距离同频干扰源检测以及定位的方法。

背景技术

为了在有限的频率资源上提供大容量的通信，蜂窝通信系统采用了频率复用技 术，即同一个通信频率可以被地理上距离足够远的多个小区同时使用。但是，随着 现代蜂窝通信系统业务量的激增，频率复用越来越密集，使用相同频率的小区(称 为“同频小区”)的距离缩短，同频干扰便不可避免。

特别地，在TDD系统中，不同基站在保持严格时间同步的前提下，相邻的同 频小区会产生近距离同频干扰，具体表现为相邻的同频小区的下行信号对本小区的 下行信号所造成的干扰，以及相邻的同频小区的上行信号对本小区的上行信号所造 成的干扰。在某些特殊的气候效应下，电磁波传输损耗很小，可以绕过地平面，实 现超视距传输，因此在TDD系统中，当远处基站达到一定的基站高度时，在某些 特殊气候效应的情况下，远处小区的下行信号可以远距离传输到达本小区，由于远 距离传输时间超过TDD系统的上下行保护间隔，远处小区的下行信号在本小区基 站的接收时隙被本小区基站收到，干扰本小区的上行信号，从而产生TDD系统远 距离同频干扰。

现有的干扰源定位技术大多更适用于近距离同频干扰源的定位，例如：通过波 达角或干扰信号功率变化特点定位干扰源的方法，或者是采用相对较准确的传统的 实地路测方法，这两种方法在实际的使用过程中都存在一定的缺陷：

对于第一种方法，在电磁波经过超视距、超远距离的传输后，定位通常不准确， 不能适应地形和天气等因素的变化。

第二种方法，即而相对较准确的传统的实地路测方法，其需使用跑车沿着最强 干扰信号的方向逐步逼近干扰源，整个过程都必须由维护人员辅助完成，特别是在 远距离定位方面更加耗时费力，具有很大的盲目性。

公开号：CN102149096A的中国发明申请(申请号：201010107250.7)公开了 一种定位远距离同频干扰源的方法及装置。其所公开的方案中定位远距离同频干扰 源的方法包括步骤：在确定出受扰基站所受到的干扰为远距离同频干扰后，确定产 生远距离同频干扰的产生地点与受扰基站之间的距离值，以及获得受扰基站接收到 的干扰信号所用的扰码信息，并根据确定出的距离值和获得的扰码信息，确定产生 远距离同频干扰的施扰基站，确定出的施扰基站即为受扰基站的远距离同频干扰 源。

上述定位方法先通过干扰信号的传输时延计算本小区与干扰小区的距离值，在 符合距离值的范围内，利用扰码信息筛选小区，在特殊的气候条件及复杂的地形条 件下，干扰信号传输路径复杂，单单利用接收到的干扰信号的时延计算干扰源距离 的方法不准确。

上述申请中还公开了多种远距离同频干扰源的确定方法：

1、判断所扰基站的受扰资源块RB中是否存在未受到干扰的正交频分复用 OFDM符号，若存在则确定该干扰源为远距离同频干扰；

2、获取受扰基站的受扰RB中各受扰OFDM符号的受扰强度，若根据获得的 受扰强度，确定出受扰RB中，按照时间先后顺序依次生成的各受扰OFDM符号 的受扰强度依次减弱，则确定受扰基站收到的干扰为远距离同频干扰；

3、获得与受扰基站相邻的基站以受扰基站的越区基站的物理随机接入信道 PRACH的分配信息和上行调度信息；若根据获得的PRACH的分配信息和上行调 度信息，确定出与受扰基站相邻的基站以及受扰基站的越区基站，均未将所述受扰 基站的受扰RB分配给用户，则确定受扰基站受到的干扰为远距离同频干扰；

4、若判断出受扰基站的预设频率区域内受到恒定干扰，则确定受扰基站受到 的干扰为远距离同频干扰。

上述方法中，第1、2、4种均是基于接收到的干扰信号的功率判断是否受到远 距离同频干扰，当受到随机噪声的影响，该方法准确度会有所下降。而方法3需要 获得大范围可能的施加干扰的基站的相关信息，开销较大，运行效率比较低。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种TD-LTE系 统的远距离同频干扰源检测及定位方法，该方法准确度好而且运行效率高。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种TD-LTE系统的远距离同频干扰源检测方法，其特征在于，该检测方法将 检测到的干扰信号中的主同步信号与本小区信号的主同步信号进行时域上的比较， 若时间差超过阈值，则该干扰信号为远距离同频干扰源。

该方法具体包括以下步骤：

1)提取预设时频域范围内的干扰信号；

2)检测干扰信号中的主同步信号，并与本小区信号中的3种主同步信号的副 本进行类型匹配，确定干扰信号中的主同步信号的类型；

3)将干扰信号的主同步信号与本小区信号的同类主同步信号进行时域上的比 较，若超过时间差阈值，则该干扰信号为远距离同频干扰源。

步骤1)中提取的干扰信号为位于频域中央1.08MHz位置前半帧的数据。

步骤2)中类型匹配的具体过程为：将本小区信号的3种主同步信号的副本从 频域变换至时域，并分别与干扰信号的主同步信号的时间点往后作时域上的滑动相 关运算进行匹配，相关性最大的主同步信号即为干扰信号的主同步信号类型。

所述的滑动相关运算具体为：将3个主同步信号副本的频域信号补零扩展后进 行IDFT变换，得到主同步信号副本的时域信号，同时根据步骤1)提取的干扰信 号的时域数据，根据以下公式计算互相关函数值：

$R\left(d\right)=\underset{n=0}{\overset{N_{\mathrm{PSS}}-1}{\Sigma }}y(d+n){\left(p_{\mathrm{time}}^{\left(u\right)}\left(n\right)\right)}^{*}$

式中，为主同步信号副本的时域信号，y(n)为步骤1)提取的干扰信号 的时域数据，N_PSS为主同步信号的采样点数，u为主同步信号序列使用的ZC序列 的索引值，d为滑动偏移量，0≤d ≤M，M为信号前半帧数据的采样点数。

步骤3)中的时间差阈值根据同步信号帧结构中特殊子帧的配置情况和循环前 缀的类型来确定。

一种应用上述检测方法的TD-LTE系统的远距离同频干扰源定位方法，该定位 方法首先采用TD-LTE系统的远距离同频干扰源检测方法检测并确定远距离同频 干扰源发出的干扰信号，然后利用干扰信号中辅同步信号和主同步信号包含的物理 层小区ID参数，计算得到物理层小区ID，并根据物理层小区ID的配置表确定干 扰远距离同频干扰源所在的小区的位置。

该定位方法包括以下步骤：

A)采用TD-LTE系统的远距离同频干扰源检测方法检测确定作为远距离同频 干扰源的干扰信号；

B)根据所述干扰信号的辅同步信号得到发出该干扰信号的物理层小区ID组 的参数

C)根据步骤A)中检测到的主同步信号的类型，得到发出该干扰信号的物理 层小区ID组内的物理层小区ID的参数

D)通过如下公式，得到远距离同频干扰源所在的物理层小区ID，实现干扰源 定位：

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

其中，为小区物理层小区ID组的参数，为物理层小区ID组内的物理 层小区ID的参数，为物理层小区ID；

E)根据远距离同频干扰源所在的物理层小区ID，查找小区ID的配置表确定 干扰小区的位置。

步骤B)包括以下步骤：

B1)根据干扰信号中的主同步信号的时域位置，确定干扰信号中的辅同步信 号的时域位置；

B2)将得到的时域辅同步信号变换到频域辅同步信号；

B3)对频域辅同步信号进行检测，得到与物理层小区ID组的参数

所述的辅同步信号采用序列检测方法进行检测。

与现有技术相比，本发明利用主同步信号确定所受到的干扰为远距离同频干扰 后，并结合辅同步信号的检测结果确定远距离同频干扰源的位置。整个过程不需要 维护人员的参与，节省了大量的人力物力，提高了定位的效率，同时由于同步信号 具有很好的相关特性，因此本发明能够适应不同地形、天气等因素的变化，具有较 好的稳定性和准确性。

附图说明

图1为TD-LTE系统同频干扰示意图，其中，(A)为近距离同频干扰示意图， (B)远距离同频干扰示意图；

图2为远距离同频干扰源的检测方法流程示意图；

图3为远距离同频干扰源的定位方法流程示意图；

图4为TD-LTE系统的主同步信号和辅同步信号的位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

参见图1(A)和图1(B)，其分别为TD-LTE系统近距离同频干扰和远距离 同频干扰的示意图。由图可知，当干扰小区比较近，干扰小区的信号传输到本小区 时延较小，未超过TD-LTE系统上下行保护间隔GP，因此，近距离同频干扰表现 为干扰小区的下行信号对本小区的下行信号的干扰，以及干扰小区的上行信号对本 小区上行信号的干扰。但是如果在特殊地形和气候条件因素下，远处小区的信号可 以经过远距离的传输到达本小区，传输时延较大，超过了保护间隔GP，这时干扰 表现为干扰小区的下行信号对本小区上行信号的干扰。

参见图4，在TD-LTE系统中，下行同步信号分为主同步信号PSS和辅同步信 号SSS，它们在整个帧结构中时域位置固定，在频域上总是处于整个系统带宽的中 央1.08MHz的位置。因此可以先检测干扰小区的主同步信号，与本小区的主同步 信号比较，如果时间差超过一定范围，认为所受到的干扰为远距离同频干扰，反之 认为是近距离同频干扰。

由于TD-LTE系统中总共有三种主同步信号，而每个小区的基站都已知这三种 主同步信号(每个小区的基站都会备份系统的3个主同步信号序列)，而每个小区 的主同步信号只使用其中一个序列发送，使用的序列与信号小区ID有关。因此， 在检测干扰小区的主同步信号时，即分别用本小区三种主同步信号的副本在接收信 号中进行比对(即做滑动相关运算进行匹配)，从而确定干扰小区所使用的主同步 信号序列。

在本发明中用于判断时间差阈值，根据特殊子帧的配置情况和循环前缀的类型 来确定。

由图4可以看出子帧1和6与其他子帧不同，由DwPTS、GP和UpPTS三部 分组成，称为特殊子帧，在TD-LTE系统中，特殊子帧有如下几种配置情况，如表 1所示：

判断远距离同频干扰源的时间差阈值可根据特殊子帧的配置情况和循环前缀 的类型来确定。如果本小区与干扰信号发射小区采用相同的特殊子帧配置和相同的 循环前缀类型，那么，时间阈值就是本小区上下行保护间隔GP所占用的时间长度。 例如，本小区特殊子帧采用配置0和常规循环前缀，那么时间差阈值可以选择10 个OFDM符号，按照TD-LTE标准，即为0.714ms。

表1

而远距离同频干扰小区的定位则可以通过检测干扰小区的小区ID来实现。 TD-LTE系统的小区ID与同步信号所使用的序列密切相关。LTE支持504个物理 层小区ID，这些物理层小区ID被分为168组，称为物理层小区ID组，每一组包 含3个物理层小区ID。这样，一个物理层小区ID就可以由代表物理层小区ID组 的参数(范围是0～167，由SSS承载)和代表该物理层小区ID组中的物理层小 区ID的参数(范围是0～2，由PSS承载)来唯一定义，即通过得 到同频干扰小区的ID。

主同步信号PSS由频域ZC序列产生，一共有3个长度为62的主同步序列， 见下式：

$d_u\left(n\right)=\left(\begin{array}{cc}{e}^{-j\frac{\mathrm{\pi um}(n+1)}{63}}& n=\mathrm{0,1},...,30\\ e^{-j\frac{\mathrm{\pi u}(n+1)(n+2)}{63}}& n=\mathrm{31,32},...,61\end{array}\right)$

其中，3个主同步序列使用的ZC序列的索引u与3个代表该物理层小区ID组 中的物理层小区ID的数字有一一映射关系，如表2所示：

表2

因此，通过检测PSS所使用的序列对应的索引u得到参数

SSS序列是由两个长度为31的二进制序列s₀(n)和s₁(n)交织后连接成的序列，记 为d(n)，这两个长度为31的序列的合并方式在偶数子帧0和奇数子帧5是不同的， 具体方式见下式：

其中0≤n≤30，m₀和m₁是由物理层小区ID组的参数决定，关系如下式所示：

m₀＝m′mod31

为向下取整，m′qq′等为计算所需的中间变量。

其映射关系具体见表3。

这两个序列是m序列的两个循环移位序列，见下式：

$s_0^{\left(m_0\right)}\left(n\right)=\tilde{s}\left((n+m_0)\mathrm{mod}31\right)$

$s_1^{\left(m_1\right)}\left(n\right)=\tilde{s}\left((n+m_1)\mathrm{mod}31\right)$

其中，0≤i≤30，定义为初始条 件是x(0)＝0，x(1)＝0，x(2)＝0，x(3)＝0，x(4)＝1。

c₀(n)、c₁(n)和均是产生SSS的加扰序列。两个加扰序列c₀(n)和c₁(n)由主同 步信号决定，是m序列的两个循环移位序列，见下式。

$c_0\left(n\right)=\tilde{c}\left((n+N_{\mathrm{ID}}^{\left(2\right)})\mathrm{mod}31\right)$

$c_1\left(n\right)=\tilde{c}\left((n+N_{\mathrm{ID}}^{\left(2\right)}+3)\mathrm{mod}31\right)$

其中，0≤i≤30，定义为初始条 件是x(0)＝0，x(1)＝0，x(2)＝0，x(3)＝0，x(4)＝1。

加扰序列是m序列的循环移位，见下式：

$z_1^{\left(m_0\right)}\left(n\right)=\tilde{z}(n+\left(m_0\mathrm{mod}8\right)\mathrm{mod}31)$

0≤i≤30，定义为$x(\bar{i}+5)=(x(\bar{i}+4)+x(\bar{i}+2)+x(\bar{i}+1)+x\left(\bar{i}\right))\mathrm{mod}2,$初始条件是x(0)＝0，x(1)＝0，x(2)＝0，x(3)＝0，x(4)＝1。

因此，可以通过检测SSS得到参数m₀和m₁，根据m₀、m₁与的关系，确定物 理层小区ID组的参数从而结合PSS检测得到的物理层小区ID组中的物理层 小区ID的参数确定干扰小区的小区ID，从而定位远距离同频干扰源。

表3

基于上述原理，本实例在TD-LTE系统中进行远距离同频干扰源的检测方法的 步骤如图2所示，包括以下步骤：

步骤1：提取预设时频域范围内的干扰信号；

图4给出了主同步信号PSS和辅同步信号SSS的位置示意图，可以看出PSS 和SSS信号在频域上总是处于整个系统带宽中央1.08MHz的位置。主同步信号每 5ms传输一次，一个无线帧中前后两个半帧所使用的序列相同，另外，本发明的 SSS检测采用序列检测方法，即只利用偶数子帧的数据进行检测，因此，本发明只 需要提取出频域上处于中央1.08MHz位置的前半帧数据。

步骤2：检测干扰信号中的主同步信号，并与本小区信号中的3种主同步信号 的副本进行类型匹配，确定干扰信号中的主同步信号的类型；

主同步信号使用ZC序列，ZC序列转换成时域信号仍然有很好的正交性，因 此可以将3个本地的主同步信号副本从频域变换到时域，与步骤1中提取的信号从 本小区的主同步信号的时间点往后作时域上的滑动相关运算，相关性最大的主同步 信号即为干扰信号的主同步信号类型。

其中，滑动相关运算的具体过程为：将3个主同步信号副本的频域信号补零扩 展后进行IDFT变换，得到主同步信号副本的时域信号，同时根据步骤1)提取的 干扰信号的时域数据，根据以下公式计算互相关函数值：

$R\left(d\right)=\underset{n=0}{\overset{N_{\mathrm{PSS}}-1}{\Sigma }}y(d+n){\left(p_{\mathrm{time}}^{\left(u\right)}\left(n\right)\right)}^{*}$

式中，为主同步信号副本的时域信号，y(n)为步骤1)提取的干扰信号 的时域数据，N_PSS为主同步信号的采样点数，u为主同步信号序列使用的ZC序列 的索引值，d为滑动偏移量，0≤d≤M，M为信号前半帧数据的采样点数。

此步骤中，同时可以记录该主同步信号的时域位置及其对应的代表该物理层 ID组中的物理层ID的参数用于远距离同频干扰源的定位。

步骤3；将干扰信号的主同步信号与本小区信号的同类主同步信号进行时域上 的比较，若超过时间差阈值，则该干扰信号为远距离同频干扰源，其中时间差阈值 根据同步信号帧结构中特殊子帧的配置情况和循环前缀的类型来确定。

本发明还提供一种TD-LTE系统的远距离同频干扰源定位方法，该定位方法需 要应用到上述的检测方法，其具体步骤如图3所示，

步骤A：采用TD-LTE系统的远距离同频干扰源检测方法检测确定作为远距离 同频干扰源的干扰信号；

步骤B：检测干扰信号中的辅同步信号，并根据所述干扰信号的辅同步信号得 到发出该干扰信号的物理层小区ID组的参数

由图3可以看出PSS占用子帧1、6的第3个OFDM符号，SSS占用子帧0、 5的最后1个符号。PSS和SSS信号的时域位置相对固定，相差3个OFDM符号， 因此，根据步骤21中记录的干扰小区PSS的时域位置可以确定干扰小区的SSS的 时域位置。

SSS采用的m序列只有在频域上有好的正交性，因此需要先变换到频域，再 进行相关检测。SSS有两种检测方式，序列检测和联合检测。序列检测仅利用一个 SSS符号，而联合检测需要利用前后两个半帧的SSS符号。考虑到序列检测与联 合检测相比，可以减少30％的运算量，因此，本发明采用序列检测方法，具体方 法如下：

接收的频域辅同步信号记作w(n)，0≤n≤61，w(2n)和w(2n+1)分别表示偶数序列和 奇数序列，将构造SSS的m序列s(n)，0≤n≤30两倍重复，得到参考序列s_ref(n)， 0≤n≤61。

m₀，m₁的检测值和由下式得到：

${\hat{m}}_1=\underset{m_1}{\arg \max }=(\underset{n=0}{\overset{30}{\Sigma }}w(2n+1)·c_1\left(n\right)·z_1^{(m_0={\hat{m}}_0)}\left(n\right)·{\left(s_{\mathrm{ref}}(n+m_1)\right)}^{*})$

0≤m₀≤29，1≤m₁≤30

其中，c₀(n)、c₁(n)和z₁(n)是如前所述的加扰序列。由上式得到的和查找 TD-LTE标准中和m₀与m₁间的映射关系表得到

步骤C：根据步骤A中检测到的主同步信号的类型，得到发出该干扰信号的 物理层小区ID组内的物理层小区ID的参数

步骤D：通过如下公式，得到远距离同频干扰源所在的物理层小区ID，实现 干扰源定位：

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

其中，为小区物理层小区ID组的参数，为物理层小区ID组内的物理 层小区ID的参数，为物理层小区ID；

步骤E；根据远距离同频干扰源所在的物理层小区ID，查找小区ID的配置表 确定干扰小区的位置。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技 术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只 是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变 化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围 由所附的权利要求书及其等效物界定。