CN102122997A - Lte主同步信号检测的方法、装置及终端 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LTE主同步信号检测的方法、装置及终端，其中方法包括：将频率偏移范围划分为多个分支，每个分支对应一个频率偏移值，并将每个频率偏移值通过CORDIC算法附加到输入的时域数据上；对加过频率偏移值的时域数据进行采样点分离，将采样点分离后的时域数据分别和三种本地特征序列进行时域滑动相关；对相关结果进行功率值计算，取分离采样点功率值大者输出，得到多路频偏分支数据；获取多路频偏分支数据相关峰值中的最大值，该最大值对应的主同步信号即为当前小区的主同步信号，该最大值对应的频率偏移值即为初始频偏估计值。本发明极大的提高了主同步信号位置的检测成功率，扩大了检测频偏的范围，降低了系统资源，而且实现方便。

Description

LTE主同步信号检测的方法、装置及终端

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种LTE(Long Term Evolution，长期演进)主同步信号检测的方法、装置及终端。

背景技术

LTE系统是一种标准化的新一代无线通信技术，其采用恒包络零自相关(CAZAC)序列用于主同步信号。

在传统的小区主同步信号的搜索方案中，通常利用本地特征序列和接收的信号做滑动相关，然后检测相关峰值得到主同步信号的位置。

该现有技术存在如下缺点：在收发机之间的晶振偏差较小时，该恒包络零自相关序列在时域具有非常好的相关性，从而可以利用相关峰检测，实现时间同步；然而当晶振偏差较大时，恒包络零自相关序列的时域相关性会变差，由此导致相关峰检测的偏差，而系统的同步性能以及主同步信号的检测性能均受到了影响。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种LTE主同步信号检测的方法、装置及终端，在不同的初始频偏下，提高主同步信号的检测成功率。

为了达到上述目的，本发明提出一种LTE主同步信号检测的方法，包括：

将频率偏移范围划分为多个分支，每个分支对应一个频率偏移值，并将每个频率偏移值通过约定算法附加到输入的时域数据上；

对加过频率偏移值的时域数据进行采样点分离，并将采样点分离后的时域数据分别和三种本地特征序列进行时域滑动相关；

对相关结果进行功率值计算，取分离采样点功率值大者输出，得到多路频偏分支数据；

获取多路频偏分支数据相关峰值中的最大值，该最大值对应的本地特征序列即为当前小区的主同步信号。

优选地，所述将频率偏移范围划分为多个分支，每个分支对应一个频率偏移值，并将每个频率偏移值通过约定算法附加到输入的时域数据上的步骤包括：

根据当前环境将频率偏移范围划分为多个分支；

确定每个分支对应的频率偏移值；

根据所述每个分支对应的频率偏移值以及数据的采样率，计算出所述约定算法所需角度值；

利用所述约定算法将每个频率偏移值附加到输入的时域数据上，得到多路时域数据。

优选地，所述约定算法至少包括CORDIC算法或旋转查找算法。

优选地，所述对相关结果进行功率值计算包括对接收机的每根天线的功率值进行累加。

优选地，采样点分离前的采样率为960K的整数倍，至少包括1.92M或3.84M中的一种。

优选地，所述采样点分离包括奇偶样点分离。

本发明还提出一种LTE主同步信号检测的装置，包括：

运算模块，用于将频率偏移范围划分为多个分支，每个分支对应一个频率偏移值，并将每个频率偏移值通过约定算法附加到输入的时域数据上；

匹配滤波模块，用于对加过频率偏移值的时域数据进行采样点分离，并将采样点分离后的时域数据分别和三种本地特征序列进行时域滑动相关；

功率值计算选择模块，用于对相关结果进行功率值计算，取分离采样点功率值大者输出，得到多路频偏分支数据；

峰值搜索模块，用于获取多路频偏分支数据相关峰值中的最大值，该最大值对应的本地特征序列即为当前小区的主同步信号。

优选地，所述运算模块包括：

频偏分支划分单元，用于根据当前环境将频率偏移范围划分为多个分支；

频率偏移值确定单元，用于确定每个分支对应的频率偏移值；

角度值计算单元，用于根据所述每个分支对应的频率偏移值以及数据的采样率，计算出所述约定算法所需的角度值；

附加单元，用于利用所述约定算法将每个频率偏移值附加到输入的时域数据上，得到多路时域数据。

优选地，采样点分离前的采样率为960K的整数倍，至少包括1.92M或3.84M中的一种。

优选地，所述采样点分离至少包括奇偶样点分离。

本发明还提出一种LTE主同步信号检测的终端，所述终端包括如上所述的装置。

本发明提出的一种LTE主同步信号检测的方法、装置及终端，在不同的初始频偏下，极大的提高了主同步信号位置的检测的成功率，扩大了检测频偏的范围，同时在IC(Integrated Circuit，集成电路)硬件设计的时候，极大的降低系统资源，实现十分方便。具体地，其相比现有技术，存在以下有益效果：

1、没有将本地特征序列和频率相位偏移绑定相乘，而是将输入的时域数据进行相位旋转，这样可以实现可配置的频率偏移，硬件灵活性强；

2、没有将接收信号与频偏分支序列进行滑动相关，而是将相位旋转后的接收信号与本地主同步序列进行滑动相关，这样可以实现匹配滤波器的复用，节省资源；

3、在过采样的数据下，进行采样点选择，极大提高主同步序列峰值检测的精度，而且不增加存储RAM；

4、采用CORDIC或旋转查找算法对接收信号的频率偏移，资源消耗小，可配置性强。

附图说明

图1是现有技术中TDD LTE的帧格式示意图；

图2是本发明LTE主同步信号检测的方法一实施例流程示意图；

图3是上述实施例中CORDIC迭代的角度初始值生成示意图；

图4是上述实施例中匹配滤波器的结构示意图；

图5是上述实施例中主同步信号检测的原理示意图；

图6是上述实施例中将频率偏移范围划分为多个分支，每个分支对应一个频率偏移值，并将每个频率偏移值通过约定算法附加到输入的时域数据上的流程示意图；

图7是本发明LTE主同步信号检测的装置一实施例结构示意图；

图8是本发明LTE主同步信号检测的装置一实施例中运算模块的结构示意图；

图9是本发明LTE主同步信号检测的终端一实施例结构示意图。

为了使本发明的技术方案更加清楚、明了，下面将结合附图作进一步详述。

具体实施方式

本发明实施例的核心在于，在没有先验信息的前提下，避免大的频偏对同步精度以及主同步信号检测性能的影响，将输入的数据进行频偏的添加，通过将附加频偏的输入信号和本地特征序列进行滑动相关，来实现主同步信号位置的计算以及频偏的初始估计。

下面以TDD LTE系统为例，结合附图和实施方式对本发明技术方案进行详细的说明。

如图1所示，其为TDD LTE的帧格式，第1、6子帧用于特殊子帧。主同步信号的发送周期为5ms，前后2个半帧发送的内容相同。根据现有标准协议，PSCH采用Zadoff-Chu(ZC)序列，其表达式为：

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

其中u包含了组内ID的信息，该ZC序列在时域和频域均具有非常好的相关性。本发明实施例正是利用ZC序列的时域相关性。

如图2所示，本发明一实施例提出一种LTE主同步信号检测的方法，包括：

步骤S101，将频率偏移范围划分为多个分支，每个分支对应一个频率偏移值，并将每个频率偏移值通过约定算法附加到输入的时域数据上；

其中约定算法可以为CORDIC算法或旋转查找算法等，相比旋转查找算法，CORDIC算法具有更好的运算精度，因此本实施例优选CORDIC算法，并在以下实施方式中具体以CORDIC算法为例进行说明。

本实施例中频率偏移范围(以下简称频偏)分支的划分根据当前的环境确定。由于LTE系统子载波间隔为15KHz，因此可以将分支分为-15KHz～-9KHz、-9KHz～-3KHz、-3KHz～+3KHz、+3KHz～+9KHz和+9KHz～+12KHz一共5个分支。该5个分支对应的频率偏移值Δf为-12KHz、-6KHz、0KHz、+6KHz、+12KHz。接着根据每支的频率偏移值以及数据的采样率，计算出每次CORDIC迭代的角度值。

具体的CORDIC迭代的角度初始值生成如图3所示。

本实施例利用CORDIC算法，将5种频率偏移值添加到输入的时域数据上。这样初始频偏估计的精度为±3KHz。经过CORDIC的迭代后，输出5路时域数据。

其中，为了降低计算的复杂度以及计算量，输入的时域数据可以采用1.92M的采样率，这样每个符号的采样点数为128。

由于本实施例中CORDIC迭代的每个频率分支的角度值是可配置的，因此，可以进行多次CORDIC迭代，实现频偏的进一步估计。如将分支分为-2.5KHz～-1.5KHz、-1.5KHz～-0.5KHz、-0.5KHz～+0.5KHz、+5KHz～+1.5KHz和+1.5KHz～+2.5KHz，这样每个分支对应的频率偏移值Δf为-2KHz、-1KHz、0KHz、+1KHz、+2KHz。此时，初始频偏估计精度为±0.5KHz。

步骤S102，对加过频率偏移值的时域数据进行采样点分离，并将采样点分离后的时域数据分别和三种本地特征序列进行时域滑动相关；

其中，采样点分离前的采样率为960K的整数倍，采样点分离可以采用奇偶点分离或者四分之一点分离等，具体采用何种分离与前述采用率成对应关系，如果采用率为1.92M，则为基偶分离，若采用率为3.84M，则为四分之一点分离，本实施例以奇偶分离为例进行说明。

将CORDIC迭代后的5路1.92M的不同频偏的时域数据，进行奇偶点分离，相当于一个2倍下采样过程。这样会得到10路时域数据(2种下采样点*5种频偏)。下采样后，利用本地的3个特征序列(分别对应三种组内ID)分别和10路数据进行滑动相关。由于下采样后，时域数据的数据速率为960K，因此此时每个符号的采样点数为64，且每5ms的采样点数为4800。因此，滑动相关的过程可以用时域的64阶匹配滤波器实现。

时域的匹配滤波器的表达式为：

$Y\left(n\right)=\underset{k=0}{\overset{63}{\mathrm{\Σ}}}X\left(k\right)P^{*}(n-k)$

其中X(k)为输入的时域数据，P^*(n-k)为本地特征序列的共轭。具体的匹配滤波器的结构如图4所示。

其中，本地特征序列的产生方法为：在LTE系统中，有三个本地的频域的主同步特征序列，将这三个62点的频域的主同步特征序列补0后，进行64点IFFT操作，即可得到三个时域的主同步序列P(K)，该三个时域的主同步序列P(K)即为本实施例中所述的三个本地特征序列。

由此一共可以得到三个本地特征序列*10路IQ＝30路分支数据，每路分支数据为4800个。

在本实施例中，没有将本地特征序列与频率偏移相乘，而是将输入时域数据与频率偏移值相乘，这样就可以通过复用三个匹配滤波器(分别对应三种主同步信号)即可实现多种频偏的时域相关。在IC设计时，节省了极大的资源。

步骤S103，对相关结果进行功率值计算，取分离采样点功率值大者输出，得到多路频偏分支数据；

对每路匹配滤波器输出的时域相关结果进行功率计算，当接收机采用双天线接收时，需要对双天线的功率值进行累加。由于在CORDIC迭代中进行了时域数据的下采样，因此，需要在下采样的奇点和偶点选择其中功率值大者输出。奇偶样点的选择可以提高主同步信号检测的成功率。因此，上述相关结果中30路分支数据变成15路分支数据，对应于3个本地特征序列*5种频偏。

本步骤中的采样点选择，可以在不增大RAM的情况下，实现过采样率的同时提高主同步信号的精度。

为了提高检测的成功率，可以采用对多个半帧的相关结果进行累加平滑，即以4800点为周期，对对应的位置的相关值进行累加。

步骤S104，获取多路频偏分支数据相关峰值中的最大值，该最大值对应的主同步信号即为当前小区的主同步信号。

取多个频偏分支中的最大值，将该最大值对应的本地特征序列作为当前小区的主同步信号，同时，该频偏分支对应的频偏即为初始估计的频率偏移值。

本实施例中主同步信号检测的原理如图5所示。

如图6所示，步骤S101包括：

步骤S1011，根据当前环境将频率偏移范围划分为多个分支；

步骤S1012，确定每个分支对应的频率偏移值；

步骤S1013，根据每个分支对应的频率偏移值以及数据的采样率，计算出约定算法所需的角度值；

对于CORDIC算法而言，根据每个分支对应的频率偏移值以及数据的采样率，可计算出CORDIC每次迭代的角度值。

步骤S1014，利用约定算法将每个频率偏移值附加到输入的时域数据上，得到多路时域数据。

如图7所示，本发明一实施例提出一种LTE主同步信号检测的装置，包括：运算模块701、匹配滤波模块702、功率值计算选择模块703以及峰值搜索模块704，其中：

运算模块701，用于将频率偏移范围划分为多个分支，每个分支对应一个频率偏移值，并将每个频率偏移值通过约定算法附加到输入的时域数据上；

匹配滤波模块702，用于对加过频率偏移值的时域数据进行采样点分离，并将采样点分离后的时域数据分别和三种本地特征序列进行时域滑动相关；

功率值计算选择模块703，用于对相关结果进行功率值计算，取分离采样点功率值大者输出，得到多路频偏分支数据；

峰值搜索模块704，用于获取多路频偏分支数据相关峰值中的最大值，该最大值对应的本地特征序列即为当前小区的主同步信号。

本实施例中约定算法可以为CORDIC算法或旋转查找算法等，相比旋转查找算法，CORDIC算法具有更好的运算精度，因此本实施例优选CORDIC算法，并在以下实施方式中具体以CORDIC算法为例进行说明。

本实施例基本原理如下：

其中运算模块701对频率偏移范围(以下简称频偏)分支的划分根据当前的环境确定。由于LTE系统子载波间隔为15KHz，因此可以将分支分为-15KHz～-9KHz、-9KHz～-3KHz、-3KHz～+3KHz、+3KHz～+9KHz和+9KHz～+12KHz一共5个分支。该5个分支对应的频率偏移值Δf为-12KHz、-6KHz、0KHz、+6KHz、+12KHz。接着根据每支的频率偏移值以及数据的采样率，计算出每次CORDIC迭代的角度值。

具体的CORDIC迭代的角度初始值生成如图3所示。

本实施例利用CORDIC算法，将5种频率偏移值添加到输入的时域数据上。这样初始频偏估计的精度为±3KHz。经过CORDIC的迭代后，输出5路时域数据。

其中，为了降低计算的复杂度以及计算量，输入的时域数据可以采用1.92M的采样率，这样每个符号的采样点数为128。采样点分离可以采用奇偶点分离或者四分之一点分离等，本实施例以奇偶分离为例进行说明。

由于本实施例中输入运算模块701的每个频率分支的角度值是可配置的，因此，可以多次调度本运算模块，实现频偏的进一步估计。如将分支分为-2.5KHz～-1.5KHz、-1.5KHz～-0.5KHz、-0.5KHz～+0.5KHz、+5KHz～+1.5KHz和+1.5KHz～+2.5KHz，这样每分支对应的频率偏移值Δf为-2KHz、-1KHz、0KHz、+1KHz、+2KHz。此时，初始频偏估计精度为±0.5KHz。

匹配滤波模块702将运算模块701输出的5路1.92M的不同频偏的时域数据，进行奇偶点分离，相当于一个2倍下采样过程。这样会得到10路时域数据(2种下采样点*5种频偏)。下采样后，利用本地的3个特征序列(分别对应三种组内ID)分别和10路数据进行滑动相关。由于下采样后，时域数据的数据速率为960K，因此此时每个符号的采样点数为64，且每5ms的采样点数为4800。因此，滑动相关的过程可以用时域的64阶匹配滤波器实现。

时域的匹配滤波器的表达式为：

$Y\left(n\right)=\underset{k=0}{\overset{63}{\mathrm{\Σ}}}X\left(k\right)P^{*}(n-k)$

其中X(k)为输入的时域数据，P^*(n-k)为本地特征序列的共轭。具体的匹配滤波器的结构如图4所示。

其中，本地特征序列的产生方法为：在LTE系统中，有三个本地的频域的主同步特征序列，将这三个62点的频域的主同步特征序列补0后，进行64点IFFT操作，即可得到三个时域的主同步序列P(K)，该三个时域的主同步序列P(K)即为本实施例中所述的三个本地特征序列。

由此一共可以得到三个本地序列*10路IQ＝30路分支数据，每路分支数据为4800个。

在本实施例中，没有将本地特征序列与频率偏移相乘，而是将输入时域数据与频率偏移值相乘，这样就可以通过复用三个匹配滤波器(分别对应三种主同步信号)即可实现多种频偏的时域相关。在IC设计时，节省了极大的资源。

功率值计算选择模块703对每路匹配滤波器输出的时域相关结果进行功率计算，当接收机采用双天线接收时，需要对双天线的功率值进行累加。由于在CORDIC迭代中进行了时域数据的下采样，因此，需要在下采样的奇点和偶点选择其中功率值大者输出。奇偶样点的选择可以提高主同步信号检测的成功率。因此，上述相关结果中30路分支数据变成15路分支数据，对应于3个本地特征序列*5种频偏。

本步骤中的采样点选择，可以在不增大RAM的情况下，实现过采样率的同时提高主同步信号的精度。

为了提高检测的成功率，可以采用对多个半帧的相关结果进行累加平滑，即以4800点为周期，对对应的位置的相关值进行累加。

峰值搜索模块704取多个频偏分支中的最大值，将该最大值对应的本地特征序列作为当前小区的主同步信号，同时，该频偏分支对应的频偏即为初始估计的频率偏移值。

本实施例中主同步信号检测的原理如图5所示。

如图8所示，运算模块701包括：频偏分支划分单元7011、频率偏移值确定单元7012、角度值计算单元7013以及附加单元7014，其中：

频偏分支划分单元7011，用于根据当前环境将频率偏移范围划分为多个分支；

频率偏移值确定单元7012，用于确定每个分支对应的频率偏移值；

角度值计算单元7013，用于根据每个分支对应的频率偏移值以及数据的采样率，计算出约定算法所需的角度值；

附加单元7014，用于利用约定算法将每个频率偏移值附加到输入的时域数据上，得到多路时域数据。

如图9所示，本发明一实施例提出一种LTE主同步信号检测的终端，该终端包括如上所述的装置901。

本发明实施例LTE主同步信号检测的方法、装置及终端，相比现有技术，没有将本地特征序列和频率相位偏移绑定相乘，而是将输入的时域数据进行相位旋转，这样可以实现可配置的频率偏移，硬件灵活性强；没有将接收信号与所述频偏分支序列进行滑动相关，而是将相位旋转后的接收信号与本地主同步序列进行滑动相关，这样可以实现匹配滤波器的复用，节省资源；在过采样的数据下，进行采样点选择，极大提高主同步序列峰值检测的精度，而且不增加存储RAM；采用用约定算法比如CORDIC算法等对接收信号的频率偏移，资源消耗小，可配置性强。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种长期演进LTE主同步信号检测的方法，其特征在于，包括：

将频率偏移范围划分为多个分支，每个分支对应一个频率偏移值，并将每个频率偏移值通过约定算法附加到输入的时域数据上；

对加过频率偏移值的时域数据进行采样点分离，并将采样点分离后的时域数据分别和三种本地特征序列进行时域滑动相关；

对相关结果进行功率值计算，取分离采样点功率值大者输出，得到多路频偏分支数据；

获取多路频偏分支数据相关峰值中的最大值，该最大值对应的本地特征序列即为当前小区的主同步信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将频率偏移范围划分为多个分支，每个分支对应一个频率偏移值，并将每个频率偏移值通过约定算法附加到输入的时域数据上的步骤包括：

根据当前环境将频率偏移范围划分为多个分支；

确定每个分支对应的频率偏移值；

根据所述每个分支对应的频率偏移值以及数据的采样率，计算出所述约定算法所需角度值；

利用所述约定算法将每个频率偏移值附加到输入的时域数据上，得到多路时域数据。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述约定算法至少包括CORDIC算法或旋转查找算法。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对相关结果进行功率值计算包括对接收机的每根天线的功率值进行累加。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采样点分离前的采样率为960K的整数倍，至少包括1.92M或3.84M中的一种。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述采样点分离包括奇偶样点分离。

7.一种LTE主同步信号检测的装置，其特征在于，包括：

运算模块，用于将频率偏移范围划分为多个分支，每个分支对应一个频率偏移值，并将每个频率偏移值通过约定算法附加到输入的时域数据上；

匹配滤波模块，用于对加过频率偏移值的时域数据进行采样点分离，并将采样点分离后的时域数据分别和三种本地特征序列进行时域滑动相关；

功率值计算选择模块，用于对相关结果进行功率值计算，取分离采样点功率值大者输出，得到多路频偏分支数据；

峰值搜索模块，用于获取多路频偏分支数据相关峰值中的最大值，该最大值对应的本地特征序列即为当前小区的主同步信号。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述运算模块包括：

频偏分支划分单元，用于根据当前环境将频率偏移范围划分为多个分支；

频率偏移值确定单元，用于确定每个分支对应的频率偏移值；

角度值计算单元，用于根据所述每个分支对应的频率偏移值以及数据的采样率，计算出所述约定算法所需的角度值；

附加单元，用于利用所述约定算法将每个频率偏移值附加到输入的时域数据上，得到多路时域数据。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，采样点分离前的采样率为960K的整数倍，至少包括1.92M或3.84M中的一种。

10.根据权利要求7、8或9所述的装置，其特征在于，所述采样点分离至少包括奇偶样点分离。

11.一种LTE主同步信号检测的终端，其特征在于，所述终端包括权利要求7-10中任一项所述的装置。

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