LTE系统中基于频域差分镜像相关的定时同步方法与装置

摘要

本发明公开了一种LTE系统中基于频域差分镜像相关的定时同步方法及装置，该方法包括以下步骤：步骤一，LTE系统中的移动用户接收并存储基站发射的用于小区搜索和同步的时域接收信号序列；步骤二，对所述时域接收信号序列进行FFT变换，获得频域接收信号；步骤三，对所述频域接收信号进行频域差分镜像相关，获得镜像相关结果；步骤四，根据所述镜像相关结果的绝对值判断是否存在明显峰值区间，若存在，则根据所述镜像相关结果的绝对值找到最大相关峰的位置，完成定时同步；否则返回步骤一继续检测。本发明有效地消除了时域多径效应，而且不依赖于本地同步序列，使在同步网络中多个小区发送的同步信号都是有用信号，提高了定时的准确性。

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种LTE系统中基于频域差分镜像相关的定时同步方法与装置。

背景技术

移动用户接入小区时需要进行定时同步，以确定信号的接收时序。为使用户能够有效判断接收信号时序，小区基站周期性发送同步信号，同步信号集合在基站和用户端已知。但移动用户在接入小区前尚未获知具体是同步信号集合中的哪一组，因此移动用户需要寻找有效的方法在已知同步信号集合的前提下，根据接收到的信号序列获取信号的时序信息，完成定时同步过程。

Zadoff-Chu(ZC)序列由于具备良好的互相关特性，在多个通信系统中得到应用。在LTE系统中，同步信号分为主同步信号和辅同步信号两种。其中，主同步信号由ZC序列生成，每个小区有三组主同步序列可选，具体发送三组主同步序列中的哪一组由网络配置。LTE基站每隔5ms周期发送一次主同步信号，用户通过对接收序列中主同步信号的检测，判断下行接收信号的5ms周期点。

传统的定时方式是：用户预先存储本地时域同步序列，并与时域接收序列进行滑动相关，将最大相关峰值处判断为发送主同步序列的位置，进而完成定时同步。在LTE系统中，用户首先产生三组本地时域主同步序列，然后每组本地时域主同步序列分别与接收信号进行滑动相关，当检测到明显的峰值时，确定检测到主同步信号位置。该方法的缺陷是：(1)由于尚未获知同步序列索引号，相关运算需要遍历同步序列集合中的每一组同步序列，因此计算量随同步集合中同步序列组数线性增加；(2)在同步的小区网络中，多个小区发送的同步信号彼此成为干扰信号。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种LTE系统中基于频域差分镜像相关的定时同步方法，该方法不依赖于本地同步序列，提高了定时的准确性；

此外，本发明还提供一种LTE系统中基于频域差分镜像相关的定时同步装置。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种LTE系统中基于频域差分镜像相关的定时同步方法，包括以下步骤：

步骤一，LTE系统中的移动用户接收并存储基站发射的用于小区搜索和同步的时域接收信号序列；

步骤二，对所述时域接收信号序列进行FFT变换，获得频域接收信号；

步骤三，对所述频域接收信号进行频域差分镜像相关，获得镜像相关结果；所述频域差分镜像相关的结果为：

$>R\left(i\right)=\underset{l=\frac{N-L}{2}}{\overset{\frac{N}{2}-2}{\Sigma }}{Y}_i^{*}(\frac{N}{2}+l+1)Y_i(\frac{N}{2}+l)Y_i^{*}(\frac{N}{2}-l)Y_i(\frac{N}{2}-l-1)$>

或

$>R\left(i\right)=\underset{l=\frac{N-L}{2}}{\overset{\frac{N}{2}-2}{\Sigma }}{Y}_i(\frac{N}{2}+l+1)Y_i^{*}(\frac{N}{2}+l)Y_i(\frac{N}{2}-l)Y_i^{*}(\frac{N}{2}-l-1),$>

其中，Y_i(k)为以i为初始点的时域接收信号序列的FFT变换结果，k为Y_i(k)的子载波索引，k＝0，1，2，...，N-1，N为FFT变换的大小，L为LTE系统中的主同步信号的长度，根据协议定义，L＝62，l为求和运算中的索引标号；上标*表示复共轭。

步骤四，根据所述镜像相关结果的绝对值判断是否存在明显峰值区间，若存在，则根据所述镜像相关结果的绝对值找到最大相关峰的位置，完成定时同步；否则返回步骤一继续检测。

作为本发明的一种优选方案，步骤二中，所述频域接收信号的获取过程为：

A)将所述用于小区搜索和同步的时域接收信号序列记为y(i)，i为序列的索引号，i＝0，1，2，...，T-1，T为检测时间长度内的接收信号序列的采样点数；

B)对以i＝0为起始点的N点时域接收信号序列y(0)，y(1)，...，y(N-1)进行FFT变换，获得频域接收信号序列为Y₀(0)，Y₀(1)，...，Y₀(N-1)；

C)对以i＝1，2，...K-1为初始点的K个连续时域接收信号序列进行FFT变换，获得频域接收信号为：

$>Y_i\left(k\right)=Y_{i-1}\left(k\right)e^{j\frac{2\mathrm{\pi k}}{N}}+y(i+N-1)e^{-j\frac{2\pi (N-1)k}{N}}-y(i-1)e^{j\frac{2\mathrm{\pi k}}{N}},$>

其中，Y_i(k)为以i为初始点的N点时域接收信号序列y(i)，y(i+1)，...，y(i+N-1)的FFT变换结果，Y_i-1(k)为以i-1为初始点的时域接收信号序列y(i-1)，y(i)，...，y(i+N-2)的FFT变换结果，k＝0，1，...，N-1；K≤T-N。

作为本发明的另一种优选方案，步骤二中，所述频域接收信号的获取方式为直接对所述时域接收信号序列做FFT变换。

一种LTE系统中基于频域差分镜像相关的定时同步装置，包括存储模块、FFT变换模块、频域差分镜像相关模块、定时同步模块；所述存储模块用以存储LTE系统中的移动用户接收的用于小区搜索和同步的时域接收信号序列；所述FFT变换模块与所述存储模块相连，用以将所述时域接收信号序列变换为频域接收信号；所述频域差分镜像相关模块与所述FFT变换模块相连，用以对所述频域接收信号进行差分镜像相关处理，获得镜像相关结果；所述定时同步模块与所述差分镜像相关模块相连，用以根据所述镜像相关结果的绝对值找到最大相关峰的位置获取定时信息，完成同步。

作为本发明的一种优选方案，所述频域差分镜像相关模块的模型为：

$>R\left(i\right)=\underset{l=\frac{N-L}{2}}{\overset{\frac{N}{2}-2}{\Sigma }}{Y}_i^{*}(\frac{N}{2}+l+1)Y_i(\frac{N}{2}+l)Y_i^{*}(\frac{N}{2}-l)Y_i(\frac{N}{2}-l-1)$>

或

$>R\left(i\right)=\underset{l=\frac{N-L}{2}}{\overset{\frac{N}{2}-2}{\Sigma }}{Y}_i(\frac{N}{2}+l+1)Y_i^{*}(\frac{N}{2}+l)Y_i(\frac{N}{2}-l)Y_i^{*}(\frac{N}{2}-l-1),$>

其中，Y_i(k)为以i为初始点的时域接收信号序列的FFT变换结果，k为Y_i(k)的子载波索引，k＝0，1，2，...，N-1，N为FFT变换的大小，L为LTE系统中的主同步信号的长度，根据协议定义，L＝62，l为求和运算中的索引标号；上标*表示复共轭。

作为本发明的另一种优选方案，所述FFT变换模块的模型为：

$>Y_i\left(k\right)=Y_{i-1}\left(k\right)e^{j\frac{2\mathrm{\pi k}}{N}}+y(i+N-1)e^{-j\frac{2\pi (N-1)k}{N}}-y(i-1)e^{j\frac{2\mathrm{\pi k}}{N}},$>

Y₀(k)＝FFT(y(i))，i＝0，1，2，...，N-1

其中，Y_i(k)为以i为初始点的时域接收信号序列y(i)，y(i+1)，...，y(i+N-1)的FFT变换结果，Y_i-1(k)为以i-1为初始点的时域接收信号序列y(i-1)，y(i)，...，y(i+N-2)的FFT变换结果，Y₀(k)为以i＝0为初始点的时域接收信号序列y(0)，y(1)，...，y(N-1)的FFT变换结果，k＝0，1，...，N-1，N为FFT变换的大小。

本发明的有益效果在于：本发明通过频域差分镜像相关实现LTE系统中用户与基站的定时同步，有效消除了时域多径效应；而且，本发明不依赖于本地同步序列，参与相关运算的信号直接来自于接收信号，因此在同步网络中多个小区发送的同步信号都是有用信号，从而使得最大相关峰值更加明显，提高了定时的准确性。

附图说明

图1为本发明所述的LTE系统中基于频域差分镜像相关的定时同步方法流程图；

图2为实施例二中的PSS序列频域子载波映射方式示意图；

图3为实施例二中以i为起始点的64个时域接收信号序列示意图；

图4为实施例二中以i为起始点的64个频域接收信号示意图；

图5为本发明所述的LTE系统中基于频域差分镜像相关的定时同步装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明提出一种适用于LTE系统的利用频域接收信号完成定时同步的方法与装置。该方法首先将接收信号变换到频域，然后对频域信号进行差分镜像对称相关，检测到明显峰值后完成定时同步。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

实施例一

本实施例提供一种LTE系统中基于频域差分镜像相关的定时同步方法，该方法的流程如图1所示，具体包括：

(1)存储时域接收信号序列。

将用于小区搜索和同步的时域接收信号序列记为y(i)，i为序列的索引号，i＝0，1，2，...，T-1，T为检测时间长度内的接收信号序列的采样点数。

(2)获取频域接收信号序列。

对时域接收信号序列y(i)进行FFT变换，得到频域接收信号；记录以i为起始点开始的K个连续时域接收信号的FFT变换为Y_i(k)，其中，k为频域接收信号Y_i(k)的子载波索引，k＝0，1，2，...，N-1，N为FFT变换的大小。

频域接收信号Y_i(k)是采用基于Y_i-1(k)得到Y_i(k)的滑动迭代计算方式获得的，详细计算方式如下：

A)以i＝0为起始点的N点时域接收信号序列y(0)，y(1)，...，y(N-1)的FFT变换为Y₀(0)，Y₀(1)，...，Y₀(N-1)；

B)以i＝1，2，....为初始点的N点时域接收信号序列的FFT变换为：

$>Y_i\left(k\right)=Y_{i-1}\left(k\right)e^{j\frac{2\mathrm{\pi k}}{N}}+y(i+N-1)e^{-j\frac{2\pi (N-1)k}{N}}-y(i-1)e^{j\frac{2\mathrm{\pi k}}{N}},$>k＝0，1，...，N-1

(3)频域差分镜像相关。

对频域接收信号Y_i(k)进行频域差分镜像相关，获得镜像相关结果为：

$>R\left(i\right)=\underset{l=\frac{N-L}{2}}{\overset{\frac{N}{2}-2}{\Sigma }}{Y}_i^{*}(\frac{N}{2}+l+1)Y_i(\frac{N}{2}+l)Y_i^{*}(\frac{N}{2}-l)Y_i(\frac{N}{2}-l-1)$>

或

$>R\left(i\right)=\underset{l=\frac{N-L}{2}}{\overset{\frac{N}{2}-2}{\Sigma }}{Y}_i(\frac{N}{2}+l+1)Y_i^{*}(\frac{N}{2}+l)Y_i(\frac{N}{2}-l)Y_i^{*}(\frac{N}{2}-l-1),$>

其中，L＝62为实际使用的ZC序列长度，即LET系统中主同步信号的实际长度。

(4)定时同步。

根据镜像相关结果R(i)的绝对值判断是否存在明显峰值区间，若存在，则根据R(i)的绝对值找到最大相关峰的位置，完成定时同步；否则继续检测。

本发明不需要对多组本地同步序列分别进行相关运算；而且对频域接收信号进行差分镜像相关运算可以获取时域多径分集增益；另外，由于参与相关运算的信号来自接收信号，因此在同步网络中，多个小区发送的同步信号都是有用信号，从而使得最大相关峰值更加明显，提高了定时的准确性。

实施例二

本实施例提供一个实施例一所述方法的具体实现过程。其中，FFT变换的大小N＝64，频域信号的子载波索引k＝0，1，...，63。主同步信号(primary synchronoussignal，PSS)的长度L＝62，记录主同步信号序列为PSS(n)，n＝0，1，...，61，对应主同步信号在频域子载波的映射方式如图2所示。其中，k＝0为直流子载波，k＝32为空子载波。图3和图4分别给出以i为起始点的64个时域接收信号序列和FFT变换后的频域接收信号。

假设用户开始接收数据后存储的用于小区搜索的时域接收信号序列为y(i)，i＝0，1，.....4800-1，即T＝4800；相当于接收机存储了5ms内半个无线帧的数据。频域定时过程如下：

1)计算以i＝0为起始点的64点时域信号y(0)，y(1)，...，y(63)的FFT变换，得到64点频域信号序列Y₀(0)，Y₀(1)，...，Y₀(63)；

2)计算i＝0时的频域差分镜像相关：

$>R\left(0\right)=\underset{l=1}{\overset{30}{\Sigma }}{Y_0}^{*}(32+l+1)Y_0(32+l){Y_0}^{*}(32-l)Y_0(32-l-1);$>

3)计算以i＝1为起始点的64点时域信号y(1)，y(2)，...，y(64)的FFT变换，得到64点频域信号序列Y₁(0)，Y₁(1)，...，Y₁(63)，计算方式如下：

$>Y_1\left(k\right)=Y_0\left(k\right)e^{j\frac{2\mathrm{\pi k}}{64}}+y\left(64\right)e^{-j\frac{2\pi ·63·k}{64}}-y\left(0\right)e^{j\frac{2\mathrm{\pi k}}{64}},$>k＝0，1，...，N-1；

4)计算i＝1时的频域差分镜像相关：

$>R\left(1\right)=\underset{l=1}{\overset{30}{\Sigma }}{Y}_1^{*}(32+l+1)Y_1(32+l)Y_1^{*}(32-l)Y_1(32-l-1);$>

5)依次滑动取长度为64的时域信号，按照步骤3)和4)的计算方式分别得到i＝2，3，...时的相关值：

$>Y_i\left(k\right)=Y_{i-1}\left(k\right)e^{j\frac{2\mathrm{\pi k}}{64}}+y(i+63)e^{-j\frac{2\pi ·63·k}{64}}-y(i-1)e^{j\frac{2\mathrm{\pi k}}{64}},$>

$>R\left(i\right)=\underset{l=1}{\overset{30}{\Sigma }}{Y}_i^{*}(32+l+1)Y_i(32+l)Y_i^{*}(32-l)Y_i(32-l-1);$>

6)根据R(i)(i＝0，1，.....4800-1-63)的绝对值判断是否存在明显峰值区间，若存在则根据R(i)的绝对值找到最大相关峰的位置，完成定时同步；否则继续存储数据或更换频段进行检测。

实施例三

本实施例提供一种实现实施例一所述定时同步方法的装置，如图5所示，该装置包括存储模块，FFT变换模块，频域差分镜像相关模块，定时同步模块。

【存储模块】

存储模块用以存储LTE系统中的移动用户接收的用于小区搜索和同步的时域接收信号序列；

【FFT变换模块】

FFT变换模块与所述存储模块相连，用以将所述时域接收信号序列变换为频域接收信号；FFT变换模块的模型为：

$>Y_i\left(k\right)=Y_{i-1}\left(k\right)e^{j\frac{2\mathrm{\pi k}}{N}}+y(i+N-1)e^{-j\frac{2\pi (N-1)k}{N}}-y(i-1)e^{j\frac{2\mathrm{\pi k}}{N}},$>

Y₀(k)＝FFT(y(i))，i＝0，1，2，...，N-1

其中，Y_i(k)为以i为初始点的时域接收信号序列y(i)，y(i+1)，...，y(i+N-1)的FFT变换结果，Y_i-1(k)为以i-1为初始点的时域接收信号序列y(i-1)，y(i)，...，y(i+N-2)的FFT变换结果，Y₀(k)为以i＝0为初始点的时域接收信号序列y(0)，y(1)，...，y(N-1)的FFT变换结果，k＝0，1，...，N-1，N为FFT变换的大小。

【频域差分镜像相关模块】

频域差分镜像相关模块与所述FFT变换模块相连，用以对所述频域接收信号进行差分镜像相关处理，获得镜像相关结果；频域差分镜像相关模块的模型为：

$>R\left(i\right)=\underset{l=\frac{N-L}{2}}{\overset{\frac{N}{2}-2}{\Sigma }}{Y}_i^{*}(\frac{N}{2}+l+1)Y_i(\frac{N}{2}+l)Y_i^{*}(\frac{N}{2}-l)Y_i(\frac{N}{2}-l-1)$>

或

$>R\left(i\right)=\underset{l=\frac{N-L}{2}}{\overset{\frac{N}{2}-2}{\Sigma }}{Y}_i(\frac{N}{2}+l+1)Y_i^{*}(\frac{N}{2}+l)Y_i(\frac{N}{2}-l)Y_i^{*}(\frac{N}{2}-l-1),$>

其中，Y_i(k)为以i为初始点的时域接收信号序列的FFT变换结果，k为Y_i(k)的子载波索引，k＝0，1，2，...，N-1，N为FFT变换的大小，L为LTE系统中的主同步信号的长度，根据协议定义，L＝62，l为求和运算中的索引标号；上标*表示复共轭。

【定时同步模块】

定时同步模块与所述差分镜像相关模块相连，用以根据所述镜像相关结果的绝对值找到最大相关峰的位置获取定时信息，完成同步。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。