專利名稱：Lte在高速移動條件下初始小區搜索方法
技術領域：
本發明涉及無線移動通信技術領域，具體涉及一種LTE在高速移動條件下小區搜 索方法。
背景技術：
3GPP長期演進(LTE)是近幾年來3GPP啟動的最大的研發項目，該技術以OFDM/ OFDMA為核心，被看做“準4G技術”。LTE無論在傳輸速率，服務質量上，都將比現行3G系統 有質的提高。對于蜂窩移動通信系統而言，小區搜索是一個非常關鍵的過程，它是用戶(User Equipment, UE)與基站(Base Station, BS)之間進行通信的前提，也是UE想要在所在小區 中實現通信所要進行的第一個步驟。所謂小區搜索，是指UE檢測到一個理想小區，并與之 獲得時間和頻率同步的過程。我們所關注的小區搜索可以分為兩類，在UE剛開機時進行的 小區搜索稱為初始小區搜索，而在進行越區切換時進行的搜索稱為非初始小區搜索。LTE標準明確指出需優化在低速(0 15km/h)情況下性能；以較高的性能支持 中速移動(15 120km/h)；系統在120 350km/h的移動速度下可用。而我國近幾年高速 鐵路蓬勃發展，高速移動條件下的列車，將是一個龐大的信息載體，因此必須考慮未來LTE 系統在高速移動場景下的性能。LTE系統采用正交頻分復用(OFDM)技術，將串行數據通過多個正交的窄帶子載波 進行傳輸，可以有效的對抗頻率選擇性衰落及窄帶干擾。然而，在高速鐵路這種特定場景 下，由于高速移動帶來的多普勒(Doppler)效應，以及信道的快衰落，都將破壞子載波之間 的正交性，對通信質量造成極大影響。現有小區搜索算法大都針對低速場景，而在存在大多 普勒時，小區搜索算法魯棒性不強。
發明內容
為解決上述技術問題，本發明提供了一種LTE在高速移動條件下初始小區搜索方法。本發明所采取的技術方案包括以下步驟步驟1 獲取接收序列中主同步信號(Primary Synchronization Signal,PSS)位 置，及小區ID號；步驟2 頻偏估計并補償，并將PSS數據解調至頻域；步驟3 利用PSS信息進行信道估計；步驟4 根據小區ID號，PSS信道估計結果，對輔同步信號(Secondary Synchronization Signal, SSS)進行相干解調，獲得小區ID組號。其中，步驟1進一步包括步驟1-1 本地產生3個PSS頻域序列樣本ZCi [k]，其中，i = 0，1，2，k = 0...2047 ；
步驟1-2 將本地三個PSS頻域樣本Zci (η)分別經過快速傅里葉逆變換(IFFT)， 產生三個PSS時域樣本Si (η)，其中，i = 0，1，2，η = 0. · · 2047 ；步驟1-3 接收序列r(n)經過窄帶濾波器后和本地三個樣本分別作模值相關，得 到最大相關值，獲得定時同步點Iiintfa，并確定小區ID號。步驟2具體包括將接收序列r (η)在Iiindex之后的2048點提取出來，也就是接收到的時域PSS序列 Rx (η)，將Rx (η)和s (η)做逐點相關，得到新序列χ (η)，將新得到的序列χ (η)前1024點和 后1024點做相關得到頻偏估計結果。步驟3具體包括設接收序列在經過IFFT后的序列為Rx [k]，長度為2048點。將Rx [k]和本地PSS 頻域樣本逐位相除，得到信道信息H[k]。步驟4具體包括從步驟1得到的定時點Iiindex先前推N+CP開始的2048點即為SSS所在的OFDM符 號，其中CP為CP長度，這里假設CP長度已知。利用得到的信道信息對這2048點進行相干解調，得到SSS頻域長度為2048點的 序列，并提取中心62點SSS序列，和本地336個樣本分別作相關，取最大值，得到小區ID組 號，并獲得幀定時位置。本發明產生的有益效果在高速移動特定場景下，可通過本方法，簡單快速的獲得 下行同步，并可估計頻偏。雖然有一些限定條件，但這些條件在特定場景下是可以滿足的， 而且可以有效的降低算法復雜度。
下面結合附圖對本發明作詳細說明圖1為本發明實現的流程圖；圖2為FDD-LTE幀結構示意圖；圖3為本發明在不同信噪比下檢測錯誤概率的計算機仿真圖。
具體實施例方式如圖1所示，高速移動場景下LTE小區搜索主要包括如下步驟步驟101 獲取接收序列中主同步信號(PSS)位置，及小區ID號；LTE規定三種小區ID號，該信息由PSS負責傳輸，通過傳送三種不同的PSS來區別 三種小區ID號。本步驟中，在通過模值相關獲得定時信息的同時，可以判斷三個相關集中 的最大值點，得到小區ID號。根據主同步信號(PSS)特定zc序列生成公式，分別產生3組62位長的zc序列， 并補零到2048點。將本地三個頻域序列經過快速傅里葉逆變換(IFFT)，轉換到時域，待與接收信號 做相關運算。接收序列r (η)在經過窄帶濾波器后，通過2048長度的相關窗，而后取其模值，本 地三個PSS時域樣本Si (η)也分別取模，和接收序列逐位相減并取平方和，將得到的相關值除以相關窗功率|r(n) 12，最終得到歸一化模值相關值。
(1)由于對接收序列采取了取模的操作，一方面屏蔽掉了頻偏以及多普勒帶來的影 響，這樣無論移動速度多快都可以通過模值相關找到準確的定時點；但另一方面，由于取模 的操作并沒有降低噪聲的功能，而且取模之后相位信息消失，因此需要信噪比足夠大并且 主徑足夠強，這一要求在高速鐵路場景下是可以滿足的。在得到(1)式的三個相關集之后，取其最小值點 得到時間定時點。比較三個最小相關值，得到小區ID號。 步驟102 頻偏估計及補償；由于高速移動所造成的多普勒效應，接收信號相對于發射信號有頻率上的偏移， 當移動速度達到360km/h時，多普勒頻偏為800Hz，LTE規定的子載波間隔為15kHz，這樣歸 一化多普勒頻偏為0. 0533，這將會對通信效果產生極大影響。模值相關僅僅是完成了定時 點的確定，如果想準確解調出數據，必須對頻偏進行估計和補償。本方法通過接收序列和本 地樣本做相關，獲得新序列，而后將新序列前后相關獲得頻偏信息。
將接收序列r (η)在Iiindex之后的2048點提取出來，也就是接收到的時域PSS序列 Rx (n), Rx (η)相對于本地樣本s (η)如果不考慮白噪聲的話，有一個頻率上的偏移Rx (n) = s(n)exp(j2 3ifdTsn)其中fd為頻偏，Ts為采樣時間。 將Rx (η)和s (η)做逐點相關，得到新序列χ (η)χ (η) = |s(k) 2exp(j2JifdTsn)
⑶將新得到的序列χ (η)前1024點和后1024點做相關 (4) 其中N = 2048。通過這樣的方法可以得到頻偏估計結果 利用得到的頻偏估計結果，對接收信號進行補償，得到不受頻偏影響的接收序
列Rx ‘ (n) = Rx (η) *exp (-j 2 π fd detecTsn)
(6)步驟103 信道估計；由于傳輸環境的復雜性，會對發射信號產生各種各樣的畸變，這就反映在信道息上，如果想要正確解調數據，必須進行信道估計，而后在接收端做反向操作，抵消信道影 響。信道估計利用PSS的頻域接收序列和本地樣本相除，從而獲得信道信息。將經過頻偏補償后的序列Rx' (η)進行快速傅里葉變換(FFT)。設接收序列在經過IFFT后的序列為Rx [k]，長度為2048點。將Rx [k]和本地PSS 頻域樣本逐位相除，得到信道信息H[k] 步驟104 檢測 SSS。在正確接收PSS后，需要檢測SSS信息。如圖2所示，對于FDD幀結構，PSS和SSS 所在的OFDM符號緊鄰，因此在得知PSS定時后可利用計算的方式獲得SSS。LTE支持168 種不同小區ID組，通過發送168種不同的SSS信號來區分不同的小區ID組，接收端通過檢 測發送的是168種SSS中的哪一個來獲得小區ID組信息。在檢測SSS時，可利用PSS獲得 的信道信息進行相干檢測。從步驟101得到的定時點nindex先前推N+CP開始的2048點即為SSS所在的OFDM 符號，其中CP為CP長度，這里假設CP長度已知。利用得到的信道信息對這2048點進行相干解調，得到SSS頻域長度為2048點的 序列，并提取中心62點SSS序列。本地的SSS序列是由兩個 下式生成進制序列級聯而成，表示為d(0)，... , d (61)，是通過
在子幀0中 在子幀5中 其中C(l(n)、Cl(n)、^^ 、< (《)均為擾碼序列，該擾碼是由小區ID號決定的, 生成公式如下
m0和Hi1是由物理層小區ID組Agi按照下式得至 Hi0 = Hi' mod31 LTE規定了 168種小區ID組TV^，通過SSS的不同來區分不同的小區ID組，而且 由于一幀內兩次發送SSS的內容不同，因此本地需要有2*168 = 336個SSS樣本。在從接 收序列提取出SSS后和本地336個樣本分別作相關，取最大值，得到小區ID組號，并獲得幀 定時位置。下面結合圖3，對本發明有益效果進行分析。本發明的計算機仿真參數如下表所示 從圖3可以看出，傳統的方法在大多普勒環境下，幾乎是不可能找到準確的定時 點的，而所提出的方法在信噪比大于6dB時，錯誤概率已經降到10_3以下，而這一信噪比條 件在高速鐵路這一特定場景下是可以滿足的。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發明的原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也 應該視為本發明的保護范圍。
權利要求
一種LTE在高速移動條件下初始小區搜索方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1獲取接收序列r(n)中主同步信號位置，及小區ID號；步驟2進行頻偏估計并補償，將主同步信號數據解調至頻域；步驟3利用主同步信號數據信息進行信道估計；步驟4根據小區ID號，主同步信號信道估計結果，對輔同步信號進行相干解調，獲得小區ID組號。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟1包括以下步驟步驟1-1 本地產生三個主同步信號頻域序列樣本Zci[k]，其中，i = 0，1，2，k = 0...2047 ；步驟1-2 將本地三個主同步信號頻域樣本Zci(Ii)分別通過快速傅里葉逆變換，產生 三個主同步信號時域樣本Si(Ii),其中，i = 0，l，2，n = 0. ..2047 ；步驟1-3 接收序列r(n)經過窄帶濾波器后和所述本地三個主同步信號時域樣本 Si(Ii)分別做模值相關，得到最大相關值，獲得定時同步，并確定小區ID號。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟1-3中所述接收序列r(η)經過所述窄 帶濾波器后，通過長度為2048的相關窗，而后取其模值，所述本地三個主同步信號時域樣 本Si(Il)也分別取模，和接收序列逐位相減并取平方和，將得到的相關值除以相關窗功率 Ir (η) 12，最終得到歸一化模值相關值；在得到三個相關集之后，取其最小值點^^ = arSmin ("P = O,1,2! ’得到時間定時η點，比較三個最小相關值，得到小區ID號。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2具體包括將所述接收序列r(η)在 Hindex之后的2048點提取出來，將其和經步驟1選定的本地主同步信號時域樣本做逐點相 關，得到新序列，將所述新序列前1024點和后1024點做相關得到頻偏估計結果。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3具體包括設所述接收序列r(η) 在經過IFFT后的序列和經步驟1選定的本地主同步信號頻域樣本逐位相除，得到信道信 肩、ο
全文摘要
本發明提出了一種LTE在高速移動條件下初始小區搜索方法，包括獲取接收序列中主同步信號位置及小區ID號；進行頻偏估計并補償，將主同步信號數據解調至頻域；利用主同步信號數據信息進行信道估計；根據小區ID號，主同步信號信道估計結果，對輔同步信號進行相干解調，獲得小區ID組號。在高速移動特定場景下，通過本方法，簡單快速的獲得下行同步，并可估計頻偏。雖然有一些限定條件，但這些條件在特定場景下是可以滿足的，而且可以有效的降低算法復雜度。
文檔編號H04W48/16GK101883412SQ201010217080
公開日2010年11月10日 申請日期2010年7月2日 優先權日2010年7月2日
發明者劉留, 孫溶辰, 張令文, 張秀寧, 袁偉, 邱佳慧, 陶成 申請人:北京交通大學