5G-NR系统的主同步信号PSS定时同步方法、装置及设备与流程

5g-nr系统的主同步信号pss定时同步方法、装置及设备
技术领域
1.本发明涉及5g技术领域，具体地涉及一种5g-nr系统的主同步信号pss定时同步方法、一种5g-nr系统的主同步信号pss定时同步装置、一种5g-nr系统的主同步信号pss定时同步设备以及一种计算机可读存储介质。


背景技术：

2.5g通信系统ue开机后的第一步是小区搜索和下行同步。主要包括进行频率栅格扫描，进行pss（primary synchronization signal，主同步信号）定时同步，从而找到信号的ssb（synchronization signal and pbch block）位置，为后续频偏校正、物理广播信道解调做准备。因此pss定时同步性能至关重要，影响后续其他信道乃至整个系统的性能。由于5g系统较lte更为复杂，降低ue侧的处理复杂度变得尤为重要，目前，针对工业领用应用的5g redcap（精简化5g标准）于2022年上半年冻结，通过降低带宽、射频通道等精简化芯片设计，降低芯片成本。r17的ssb结构未做改变，仍沿用r15、r16标准。对于低成本工业芯片，晶振稳定度较差，一般可达5-10ppm，假设应用在sub6g频段，频偏高达60000hz，因此，亟需高频偏环境下的低复杂度pss同步定时方案，提高pss在高频偏环境下的检测成功率，简化算法复杂度，降低芯片内存和成本。
3.在高频偏环境下，互相关法基于频偏预补偿的互相关方法性能最好，但运算复杂度大。分段相关法的复杂度比互相关法降低，但同步性能下降。自相关法与分段相关法的复杂度相似，与互相关法相比同步性能降低。虽然自相关法与分段相关法相比互相关法复杂度有所降低，但仍有较大的复杂度，均需要对接收信号进行逐点滑动的互相关运算。


技术实现要素：

4.本发明实施例的目的是提供一种5g-nr系统的主同步信号pss定时同步方法、装置及设备，用于至少解决高频偏环境下pss定时同步已有算法复杂度高的问题，同时保证了同步性能。
5.为了实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种5g-nr系统的主同步信号pss定时同步方法，包括：在包含pss符号的时域窗内，根据与预设频域自相关序列的频域相关性得到序列id估计值；在所述时域窗内以滑动窗口截取数据，与所述序列id估计值的pss时域序列进行互相关运算，得到最大互相关值对应的位置；以所述时域窗的开始位置为粗同步位置，以所述最大互相关值对应的位置为调整值，得到所述pss符号的精同步位置。
6.优选的，所述包含pss符号的时域窗通过以下步骤确定：对时域接收信号进行窗分割，得到若干窗信号；获取每个窗信号中的pss子载波区间能量与噪声区间的能量比；以能量比最大的窗信号作为所述包含pss符号的时域窗。
7.优选的，根据与预设频域自相关序列的频域相关性得到序列id估计值，包括：获取所述时域窗对应的频域数据；分别与多个预设频域自相关序列进行互相关运算，对应得到多个互相关运算结果；将所述多个互相关运算结果中的极值所对应的一个预设频域自相关
序列的id确定为所述序列id估计值。
8.优选的，在分别与多个预设频域自相关序列进行互相关运算之前，所述方法还包括：对所述频域数据中pss子载波区间的值进行自相关运算。
9.优选的，在所述时域窗内以滑动窗口截取数据，与所述序列id估计值的pss时域序列进行互相关运算，得到最大互相关值对应的位置，包括：将所述滑动窗口截取的数据进行频偏补偿估计；将频偏补偿估计后的数据与所述序列id估计值的pss时域序列进行互相关运算；获取互相关运算结果最大值所对应的滑动窗口位置和频偏补偿值；根据所述滑动窗口位置和频偏补偿值得到所述最大互相关值对应的位置。
10.优选的，以所述时域窗的开始位置为粗同步位置，以所述最大互相关值对应的位置为调整值，得到所述pss符号的精同步位置，包括：在所述粗同步位置提前预设点取数，在取数位置加上所述调整值，得到所述pss符号的精同步位置。
11.在本发明的第二方面，还提供了一种5g-nr系统的pss定时同步装置，该装置包括：序列估计模块，用于在包含pss符号的时域窗内，根据与预设频域自相关序列的频域相关性得到序列id估计值；位置调整模块，用于在所述时域窗内以滑动窗口截取数据，与所述序列id估计值的pss时域序列进行互相关运算，得到最大互相关值对应的位置；以及位置确定模块，用于以所述时域窗的开始位置为粗同步位置，以所述最大互相关值对应的位置为调整值，得到所述pss符号的精同步位置。
12.优选的，所述包含pss符号的时域窗通过以下步骤确定：对时域接收信号进行窗分割，得到若干窗信号；获取每个窗信号中的pss子载波区间能量与噪声区间的能量比；以能量比最大的窗信号作为所述包含pss符号的时域窗。
13.优选的，根据与预设频域自相关序列的频域相关性得到序列id估计值，包括：获取所述时域窗对应的频域数据；分别与多个预设频域自相关序列进行互相关运算，对应得到多个互相关运算结果；将所述多个互相关运算结果中的极值所对应的一个预设频域自相关序列的id确定为所述序列id估计值。
14.优选的，在分别与多个预设频域自相关序列进行互相关运算之前，所述装置还包括：对所述频域数据中pss子载波区间的值进行自相关运算。
15.优选的，在所述时域窗内以滑动窗口截取数据，与所述序列id估计值的pss时域序列进行互相关运算，得到最大互相关值对应的位置，包括：将所述滑动窗口截取的数据进行频偏补偿估计；将频偏补偿估计后的数据与所述序列id估计值的pss时域序列进行互相关运算；获取互相关运算结果最大值所对应的滑动窗口位置和频偏补偿值；根据所述滑动窗口位置和频偏补偿值得到所述最大互相关值对应的位置。
16.优选的，以所述时域窗的开始位置为粗同步位置，以所述最大互相关值对应的位置为调整值，得到所述pss符号的精同步位置，包括：在所述粗同步位置提前预设点取数，在取数位置加上所述调整值，得到所述pss符号的精同步位置。
17.在本发明的第三方面，还提供了一种5g-nr系统的主同步信号pss定时同步设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现前述的5g-nr系统的主同步信号pss定时同步方法的步骤。
18.在本发明的第四方面，还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储
有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行前述的5g-nr系统的主同步信号pss定时同步方法的步骤。
19.本发明的第五方面提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序在被处理器执行时实现前述的5g-nr系统的主同步信号pss定时同步方法。
20.上述技术方案至少具有以下有益效果：在保证同步性能的前提下，显著降低了同步算法复杂度。
附图说明
21.附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：图1示意性示出了根据本发明实施方式的5g-nr系统的主同步信号pss定时同步方法的实施示意图；图2示意性示出了根据本发明实施方式的fft检测窗示意图；图3示意性示出了根据本发明实施方式中pss符号频域区间划分示意图；图4示意性示出了根据本发明实施方式中的pss定时同步过程示意图；图5示意性示出了根据本发明实施方式中pss定时同步性能对比示意图；图6示意性示出了根据本发明实施方式中不同方法算法复杂度对比示意图；图7示意性示出了根据本发明实施方式的5g-nr系统的主同步信号pss定时同步装置的结构示意图。
具体实施方式
22.以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
23.图1示意性示出了根据本发明实施方式的5g-nr系统的主同步信号pss定时同步方法的实施示意图。如图1所示。该方法包括：s01、在包含pss符号的时域窗内，根据与预设频域自相关序列的频域相关性得到序列id估计值；s02、在所述时域窗内以滑动窗口截取数据，与所述序列id估计值的pss时域序列进行互相关运算，得到最大互相关值对应的位置；s03、以所述时域窗的开始位置为粗同步位置，以所述最大互相关值对应的位置为调整值，得到所述pss符号的精同步位置。
24.通过以上实施方式，能够提供一种5g-nr高频偏环境下的简化pss定时同步方法。该同步方法分为两个步骤：粗同步和精同步。在粗同步阶段，提出一种基于fft窗的频域pss能量检测方法，使得同步位置落在pss符号前后一定范围内。之后在频域利用自相关法估计序列的n
id
，从而确定pss序列。精同步阶段，基于粗同步确定的pss符号范围，用已知的pss序列在时域采用基于预补偿的互相关法进行精确的定时估计。
25.图2示意性示出了根据本发明实施方式的fft检测窗示意图。如图2所示。在本实施方式中，所述包含pss符号的时域窗通过以下步骤确定：对时域接收信号进行窗分割，得到
若干窗信号；获取每个窗信号中的pss子载波区间能量与噪声区间的能量比；以能量比最大的窗信号作为所述含pss符号的时域窗。具体的，首先对时域接收信号进行窗分割，第w个窗的信号为：r
w (n)=r（wt+ n），n=0，1，2，
…
，n
fft ‑
1。每个窗包含的数据长度为n
fft
，相邻两个窗信号的起始位置间隔即滑动窗步长为t。再对rw(n)进行n
fft
点fft运算，利用pss符号的子载波分布特点在频域进行pss能量检测。
26.图3示意性示出了根据本发明实施方式中pss符号频域区间划分示意图。如图3所示，pss序列在频域上分布在子载波号56至182共127个。由ofdm原理可知，当存在大频偏时，频域子载波会发生移位。即如果频偏为整数k倍子载波间隔时：f = k*δf，频域序列移位为k。图3网格阴影部分为由于大频偏导致pss子载波发生移位的区间。所以大频偏环境下pss序列频域分布区间为：s=[56-k，182+k]，k的大小取决于最大频偏。其余子载波位置为噪声区间：v= [0，55-k]∪[183+k，239]。最后对当前窗信号进行pss检测，求pss子载波区间能量与噪声区间能量比ηw，如果某个窗w的ηw最大，则认为该窗w包含了pss符号，窗w的开始位置为粗同步位置：yw(s)=fft(rw(n)) ；；。
[0027]
在本发明提供的一些实施方式中，所述方法还包括：在根据与预设频域自相关序列的频域相关性得到序列id估计值之前，对所述时域窗中pss子载波区间的值进行自相关运算。由于当前窗开始位置即粗同步位置不一定是pss时域符号开始的精确位置，由ofdm原理可知，存在同步误差时，pss频域子载波存在线性相位旋转nφ，n为子载波序号，因此先对中pss子载波区间的值进行自相关运算抵消相位旋转影响。即：在本发明提供的一些实施方式中，根据与预设频域自相关序列的频域相关性得到序列id估计值，包括：获取所述时域窗对应的频域数据；对所述频域数据中pss子载波区间的值进行自相关运算；；之后分别与多个预设频域自相关序列进行互相关运算，对应得到多个互相关运算结果：；将所述多个互相关运算结果中的极值所对应的一个预设频域自相关序列的id确定为所述序列id估计值：。
[0028]
在本发明提供的一些实施方式中，在所述时域窗内以滑动窗口截取数据，与所述序列id估计值的pss时域序列进行互相关运算，得到最大互相关值对应的位置，包括：
降采样后采样率 7.68mhz fft窗长度 256 fft窗步进 128 fft窗开始位置 随机 时域pss序列点数 274（含cp） pss子载波偏离范围k值 6 频偏补偿颗粒度δf 15000 频偏补偿倍数q 4 精同步过程提前取数l点 512 精同步过程滑动相关长度z 2048 频偏
ꢀ‑
60khz~60khz随机分布 信道 高斯 pss定时同步方法 1、本发明方法 2、基于频偏预补偿的互相关 3、分段互相关（分段数m=4） 4、自相关 图5示意性示出了根据本发明实施方式中pss定时同步性能对比示意图。从左到右的曲线依次为方法1、方法2、方法3和本方法的pss成功检测概率。图6示意性示出了根据本发明实施方式中不同方法算法复杂度对比示意图。从图5和图6可知：虽然以上4种方法均能工作于大频偏环境下，但本方法复杂度更低，复数乘次数约为方法一的0.75%，方法二的0.89%，方法三的0.67%。方法一同步性能最好，但算法复杂度过高很难实现。方法二和方法三的性能分别下降1db和3db，但复杂度仍较大。本发明方法同步定时性能比方法三仅下降约1db。可见在保证性能的前提下大大降低了算法复杂度。
[0035]
基于同一发明构思，本发明还提供了一种5g-nr系统的主同步信号pss定时同步装置。图7示意性示出了根据本发明实施方式中5g-nr系统的主同步信号pss定时同步装置的结构示意图。如图7所示，一种5g-nr系统的主同步信号pss定时同步装置，包括：序列估计模块，用于在包含pss符号的时域窗内，根据与预设频域自相关序列的频域相关性得到序列id估计值；位置调整模块，用于在所述时域窗内以滑动窗口截取数据，与所述序列id估计值的pss时域序列进行互相关运算，得到最大互相关值对应的位置；以及位置确定模块，用于以所述时域窗的开始位置为粗同步位置，以所述最大互相关值对应的位置为调整值，得到所述pss符号的精同步位置。
[0036]
在一些可选实施方式中，所述包含pss符号的时域窗通过以下步骤确定：对时域接收信号进行窗分割，得到若干窗信号；获取每个窗信号中的pss子载波区间能量与噪声区间的能量比；以能量比最大的窗信号作为所述含pss符号的时域窗。
[0037]
在一些可选实施方式中，根据与预设频域自相关序列的频域相关性得到序列id估计值，包括：获取所述时域窗对应的频域数据；分别与多个预设频域自相关序列进行互相关运算，对应得到多个互相关运算结果；将所述多个互相关运算结果中的极值所对应的一个预设频域自相关序列的id确定为所述序列id估计值。
[0038]
在一些可选实施方式中，根据与预设频域自相关序列的频域相关性得到序列id估计值，包括：获取所述时域窗对应的频域数据；对所述频域数据中pss子载波区间的值进行自相关运算；之后分别与多个预设频域自相关序列进行互相关运算，对应得到多个互相关运算结果；将所述多个互相关运算结果中的极值所对应的一个预设频域自相关序列的id确定为所述序列id估计值。
[0039]
在一些可选实施方式中，在分别与多个预设频域自相关序列进行互相关运算之
前，所述装置还包括：对所述频域数据中pss子载波区间的值进行自相关运算。
[0040]
在一些可选实施方式中，在所述时域窗内以滑动窗口截取数据，与所述序列id估计值的pss时域序列进行互相关运算，得到最大互相关值对应的位置，包括：将所述滑动窗口截取的数据进行频偏补偿估计；将频偏补偿估计后的数据与所述序列id估计值的pss时域序列进行互相关运算；获取互相关运算结果最大值所对应的滑动窗口位置和频偏补偿值；根据所述滑动窗口位置和频偏补偿值得到所述最大互相关值对应的位置。
[0041]
在一些可选实施方式中，以所述时域窗的开始位置为粗同步位置，以所述最大互相关值对应的位置为调整值，得到所述pss符号的精同步位置，包括：精同步位置=粗同步位置-调整值。
[0042]
上述的5g-nr系统的主同步信号pss定时同步装置中的各个功能模块的具体限定可以参见上文中对于5g-nr系统的主同步信号pss定时同步方法的限定，在此不再赘述。上述装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
[0043]
在本发明提供的一些实施方式中，还提供了一种5g-nr系统的主同步信号pss定时同步设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现前述的5g-nr系统的主同步信号pss定时同步方法的步骤。此处的处理器具有数值计算和逻辑运算的功能，其至少具有数据处理能力的中央处理器cpu、随机存储器ram、只读存储器rom、多种i/o口和中断系统等。处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，通过调整内核参数来实现前述的方法。存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器（ram）和/或非易失性内存等形式，如只读存储器（rom）或闪存（flash ram），存储器包括至少一个存储芯片。
[0044]
在本发明的一种实施方式中，还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，该指令在被处理器执行时使得处理器被配置成执行上述的5g-nr系统的主同步信号pss定时同步方法。
[0045]
在本发明提供的一种实施方式中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序在被处理器执行时实现上述的5g-nr系统的主同步信号pss定时同步方法。
[0046]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
[0047]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0048]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0049]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0050]
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器（cpu）、输入/输出接口、网络接口和内存。
[0051]
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器（ram）和/或非易失性内存等形式，如只读存储器（rom）或闪存（flash ram）。存储器是计算机可读介质的示例。
[0052]
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存（pram）、静态随机存取存储器（sram）、动态随机存取存储器（dram）、其他类型的随机存取存储器（ram）、只读存储器（rom）、电可擦除可编程只读存储器（eeprom）、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器（cd-rom）、数字多功能光盘（dvd）或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体（transitory media），如调制的数据信号和载波。
[0053]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0054]
以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。