一种低复杂度的LTE下行帧同步方法与流程

本发明涉及移动通信技术领域，特别是涉及一种复杂度低的长期演进(LongTerm Evolution,LTE)下行的帧同步方法。

背景技术：

正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)是LTE的关键技术之一，而同步的优劣直接影响到OFDM系统的性能。OFDM的同步主要采用训练序列来完成，LTE利用主辅同步信号来进行下行同步。主同步信号具备良好自相关性，前后5ms半帧的主同步信号相同；前后5ms半帧的辅同步信号不同，可以利用主同步信号进行半帧同步；利用辅同步信号完成帧同步。

传统的主同步信号半帧同步方法是利用本地生成的三组主同步信号和接收信号分别进行互相关，获取其峰值索引，得到半帧定时点和小区扇区标识而辅同步信号的帧同步方法分别根据常规循环前缀和扩展循环前缀来获取辅同步信号位置，利用接收的辅同步信号和本地生成的336组辅同步信号分别进行互相关，搜索峰值完成帧同步和小区组标识的确定，并进一步得到小区标识和判别循环前缀类型。但是这种方法一方面利用三组主同步信号分别和接收信号进行互相关，复杂度随着带宽增加而变高，并且频偏会导致互相关性能下降；另一方面，辅同步信号检测首先需要根据循环前缀类型来确定位置，而辅同步信号的位置需要遍历两种循环前缀类型来得到，增加了复杂度，从而使帧同步复杂度高，降低同步速度，影响系统性能。

技术实现要素：

本发明针对上述技术的复杂度高的缺陷，设计一种低复杂度的LTE下行帧同步方法。该方法可以有效降低帧同步复杂度，提高同步速度，并且达到较好的同步性能。

为了实现上述目的本发明技术方案的步骤：

A、接收端对接收信号r进行降采样得到降采样信号同时，将本地生成的三组主同步信号相加得到本地叠加主同步信号。

B、粗定时模块利用降采样信号和本地叠加主同步信号进行部分相关运算，获得相关值，根据相关值与降采样倍数获取粗定时点；具体以降采样后的半帧长度为窗口，搜索窗口内相关值的峰值，将该峰值乘以降采样倍数作为粗定时点

C、细定时模块结合接收信号r和粗定时点，在粗定时点前后开窗，利用部分相关方法计算相关值，确定细定时点，并结合粗定时点和细定时点确定主同步信号定时位置。

D、循环前缀检测模块根据步骤C获得的主同步信号位置进行循环前缀类型的判定。

E、辅同步信号检测模块利用主同步信号位置和循环前缀类型得到辅同步信号位置，进行辅同步信号检测完成帧同步并获得小区标识。

上述降采样包括对不同带宽20/15/10/5/3/1.4M的LTE下行接收信号r对应进行16/12/8/4/2/1倍降采样。其中20/15/10/5/3/1.4M表示20或15或10或5或3或1.4M，16/12/8/4/2/1同理。

所述相关值由以下公式获得Cor(d)表示相关值，表示降采样信号，表示本地三组主同步信号相叠加的信号的共轭，M表示部分相关算法等分的部分数，N表示降采样后的信号快速傅里叶变换点数，d为定时滑动位置，n为部分相关算法每个部分内的序列顺序，m为部分相关算法的各个部分之间的顺序。

具体地，上述主同步信号定时位置为表示主同步信号定时位置，表示粗定时点，表示细定时点，N_win表示开窗点数大小。

还包括根据主同步信号定时位置得到接收的时域主同步信号，快速傅里叶变换到频域，截取频域主同步信号后分别与所述本地生成的三组主同步信号进行互相关运算，根据运算结果确定小区扇区标识

在本发明的具体实施例中，所述辅同步信号检测的步骤包括：

根据主同步信号定时位置和循环前缀类型获得接收的时域主同步信号和辅同步信号，然后进行FFT变换到频域，提取频域主同步信号和辅同步信号；

根据本地主同步信号和频域主同步信号进行接收辅同步信号的信道估计，恢复接收辅同步信号；

对接收辅同步信号截取其I路，估计辅同步信号；

对辅同步信号的偶数位进行一次解扰得到序号然后对其奇数位进行二次解扰得到序号

根据和完成帧同步，并获得小区标识

本发明在帧同步过程中采用降采样、本地主同步信号叠加和异或操作的方式降低复杂度，利用部分相关算法对抗频偏的影响，采用干扰消除降低辅同步信号检测的影响，因此在低复杂度下能够保持较为稳定的性能。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为细定时同步示意图；

图3为循环前缀类型检测示意图；

图4为辅同步信号检测流程。

具体实施方式

在LTE系统中，由主同步信号和辅同步信号完成下行同步。利用主同步信号完成半帧同步，辅同步信号完成帧同步，但是一般的同步算法确复杂度高，影响系统性能。本发明在半帧同步过程中采用降采样和本地主同步信号叠加的方式降低复杂度，利用部分相关算法对抗频偏的影响；在帧同步过程中采用异或操作的方式降低检测复杂度。因此可以在不同带宽下保持较为稳定的性能。

参见图1，本发明获取下行帧同步的方法具体包括如下步骤：对接收信号进行降采样处理，对本地三组主同步信号相叠加，利用主同步信号采取部分相关的方法完成粗定时，结合粗定时点采用粗定时相同的方法获取主同步信号的位置，并完成半帧同步和获悉小区扇区标识根据主同步信号所在的符号判定循环前缀类型，并进一步得到辅同步信号所在符号；分别检测前后两组辅同步信号获得帧同步和小区标识本发明利用降采样、主同步信号相叠加和异或运算降低了帧同步的实现复杂度。

接收端对六种不同带宽(20/15/10/5/3/1.4M)的LTE下行接收信号r进行相对应的16/12/8/4/2/1倍降采样处理，使其降采样后的FFT点数N为128，得到降降采样信号同时，对本地生成的三组主同步信号按照公式相加，s_pss表示本地三组主同步信号相叠加的信号，分别表示根序列值为25、29和34的主同步信号。

粗定时模块根据接收信号和本地叠加的主同步信号s_pss进行部分相关运算，获得相关值，表示为

其中M表示等分的部分数，为2的次幂，N表示降采样后的FFT点数，Cor(d)表示相关值，表示降采样信号，本地三组时域主同步信号相叠加的信号的共轭，d为定时滑动位置，n为部分相关算法每个部分内的序列顺序，m为部分相关算法的各个部分之间的顺序。以降采样后的半帧长度为窗口，搜索窗口内相关值Cor的峰值索引，并将峰值乘以降采样倍数作为粗定时点

参见图2细定时同步示意图，细定时模块结合接收信号r和粗定时点在粗定时点前0.5N_win点和后N_win(N_win表示开窗大小)点开大小为1.5N_win点的窗，采用当前带宽下的理想FFT点数N_fft作为滑动窗和本地叠加主同步信号s_pss利用粗定时相同的相关方法，分成M部分计算相关值并搜索峰值得到细定时点结合粗定时点和细定时点的结果可以获得主同步信号定时位置根据主同步信号定时位置得到接收主同步信号符号，FFT变换到频域并截取频域主同步信号，使频域主同步信号与本地三组主同步信号分别进行互相关运算，比较三个相关值大小确定主同步信号根序列值u和小区扇区标识

参见图3循环前缀检测示意图，按照常规循环前缀长度和扩展循环前缀长度分别截取接收的时域主同步信号所在的符号的循环前缀和尾部数据，其中C为接收的时域主同步信号符号中除去循环前缀长度的尾部数据后的符号。在常规循环前缀情况下得到A₁和A₂，在扩展循环前缀下得到B₁+A₁和B₂+A₂，对于扩展循环前缀，进一步截取循环前缀和尾部数据分别得到B₁和B₂，计算两种循环前缀类型的相关值，常规循环前缀的相关值运算采用公式：

扩展循环前缀的相关值运算采用公式：

r^*表示接收信号的共轭，N_fft表示当前带宽下理想FFT点数大小，N_nCP和N_eCP分别为常规和扩展循环前缀长度，再进行比较R_nCP和R_eCP的值，判定循环前缀类型。

参见图4辅同步同步信号检测流程图，具体包括如下步骤：

步骤301，接收端根据半帧定时点和循环前缀类型获取主同步信号和辅同步信号所在符号的位置，FFT变换到频域并提取频域主同步信号Y_pss和辅同步信号Y_sss；

步骤302，按照扇区标识生成本地主同步信号X_pss，调用公式H_pss(k)＝Y_pss(k)/X_pss(k)得到信道估计结果H_pss，并作为辅同步信号的信道估计结果H_sss；调用公式X_sss(k)＝Y_sss(k)/H_sss(k)得到接收辅同步信号X_sss；

步骤303，截取接收辅同步信号X_sss的I路，调用符号函数得到序列SS，利用公式d_sss(k)＝(1-SS(k))/2得到估计的频域辅同步信号d_sss；

步骤304，分别提取估计的频域辅同步信号的偶数位和奇数位，获得偶数位序列d_sss(2k)和奇数位序列d_sss(2k+1)；

步骤305，根据扇区标识生成扰码序列c₀，对偶数位序列d_sss(2k)进行解扰得到与本地生成的31组m序列异或，其最小值的索引即估计的根据扇区标识生成的扰码序列c₁和生成的扰码序列解扰奇数位序列d_sss(2k+1)，再和本地31组m序列进行异或并估计得到

步骤306，按照估计的和的大小完成帧定时并确定小区组标识进一步得到小区标识其计算公式为

本发明提出的一种低复杂度的LTE下行帧同步方法，实现下行接收信号从半帧同步到帧同步的过程，相应的同步方法具有复杂度低，性能优良的特点，为其应用提供了一种简单而有效的解决方案。