LTE下行信号的接收端处理方法、系统及存储介质与流程

本发明涉及通信，尤其涉及lte下行信号的接收端处理方法、系统及存储介质。

背景技术：

1、lte指long term evolution，是3g(宽带码分多址wideband code divisionmultiple access，wcdma)的演进，是由3gpp(the 3rd generation partnership project，第三代合作伙伴计划)组织制定的umts(universal mobile telecommunications system，通用移动通信系统)技术标准的长期演进，是3g与4g技术之间的一个过渡，是3.9g的全球标准。它改进并增强了3g的空中接入技术，采用ofdm(orthogonal frequency divisionmultiplexing，正交频分复用)和mimo(multi-input&multi-output，多输入多输出)作为其无线网络演进的唯一标准，支持全球主流2g/3g频段和一些新增频段，频谱分配更加灵活，系统容量也显著提升。支持多种带宽分配：1.4mhz，3mhz，5mhz，10mhz，15mhz和20mhz等，且显著增加了频谱效率和数据传输速率，比如在20m带宽2x2mimo在64qam的配置下，理论下行最大传输速率可达201mbps。

2、emtc指enhanced machine type communications，增强机器类型通信协议，是为了更加适合物与物之间的通信，也为了更低的成本，对lte协议进行了裁剪和优化的基于lte演进的物联网技术，由lte-m，即针对物联网(iot)的长期演进(lte)技术lte machine-to-machine更名而来，在r12中叫low-cost mtc，在r13中被称为lte enhanced mtc，即emtc，旨在基于现有的lte载波满足物联网设备需求。emtc基于蜂窝网络进行部署，其用户设备通过支持1.4mhz的射频和基带带宽，可以直接接入现有的lte网络。

3、emtc的最关键能力在于支持移动性并可以定位，以lte cat1设备为对比，emtc具备：一是广覆盖，在同样的频段下，emtc基于其信道重复特性，可以得到比现有的网络高出15db的增益，极大地提升了lte网络的深度覆盖能力；二是更低功耗，emtc终端设备的待机时间相比于lte cat1设备更长，可达10年以上；三是具备支撑海量连接的能力，emtc可以支持近10万个设备的连接，且其信道的调度更加灵活方便；四是更低的模块成本，大规模的连接将会带来模组芯片成本的快速下降，emtc芯片目标成本在1～2美金左右。

4、根据lte-m协议要求，emtc设备具有两个核心性质：一是bandwidth-reduced low-complexity(bl)，即低带宽、低复杂度。在release13版本中引入的最简单的lte-m设备，它支持最大信道带宽6个prb，也称为一个窄带(narrowband)，lte-m设备的往返传输被限制为在配置的lte系统带宽的包含6个prb的多个不重叠窄带中的一个窄带内发生。对于除最小带宽(1.4m)外的所有系统带宽，系统带宽不能均匀地划分为窄带，有一些prb并不任何窄带。对于prb总数为奇数的系统带宽，中心的prb不包括在任何窄带中，如果还有剩余的prb不包括在任何窄带中，它们是均匀分布在prb所占带宽的两端。二是coverage enhancement(ce)，即覆盖增强技术，目标是将lte网络的覆盖率提高20db，以提供覆盖用于具有挑战性覆盖条件的设备，例如位于地下室的固定公用事业计量设备。事实上，许多感兴趣的物联网应用对数据速率和延迟有非常宽松的要求，可以利用这些要求来增强通过重复或重传技术的覆盖。release 13标准化了两种ce模式：ce模式a，最多支持32次数据信道重复和ce模式b，支持多达2048次重复，以达到20db的覆盖率提升。

5、在lte-m下行链路中，支持一组下行链路的物理信道和物理信号。高层的数据传输服务使用传输信道通过介质访问控制(media access control，mac)层向物理层发送数据源，由物理承载通过天线端口输出到空口。

6、lte-m下行链路中的物理信道和物理信号：

7、在lte-m下行链路中，物理层的物理信号包括了主同步信号(primarysyncronization signal，pss),辅同步信号(secondary syncronization signal，sss)，小区参考信号(cell reference signal，crs)等参考信号。其中主同步信号pss和辅同步信号sss主要用于同步、获取物理小区id(physical cell identity，pcid)等功能。小区参考信号crs也可以用于同步，或者估计下行链路传播信道进行均衡处理，以正确的解调出物理控制信道(physical downlink control channel，pdcch)和物理数据共享信道(physicaldownlink shared channel，pdsch)的信息并执行下行链路参考信号强度或质量测量。

8、在lte-m下行链路中，物理层的物理信道主要包括物理广播信道(physicalbroadcast channel，pbch)，mtc物理下行控制信道(mtc physical downlink controlchannel，mpdcch)，物理下行共享信道(physical downlink shared channel，pdsch)。物理广播信道pbch在lte载波的中心周期性地发送，主要用于承载主信息块(masterinformation block，mib)，其在经过添加循环冗余校验位(cyclic redundancy check,crc)之后使用咬尾卷积码(tail-biting convolutional code，tbcc)对其进行编码，并映射到物理广播信道pbch进行发送。mtc物理下行控制信道基于lte的增强物理下行控制信道(enhanced physical downlink control channel，epdcch)生成，其在一个窄带中传输，主要用于承载downlink control information(dci)。物理下行共享信道的调度信息由mpdcch承载的dci资源指示，用于传输单播数据，即来自高层的数据被分割成一个或多个传输块(transport blocks，tb)，pdsch一次传输一个tb。

9、参考信号序列生成：

10、主同步信号(primary syncronization signal，pss)基于频域zadoff-chu序列。zadoff-chu序列具有恒包络即等模的性质，且这些码具有在所有非零滞后时的零循环自相关的性质，即当两个序列之间存在任何滞后时，相关性为零。为了在同步以及小区搜索过程中准确获取系统的时频同步信息，一般需要同步序列具备下面这些性质：1)良好的自相关性与较低的互相关特性；2)较低的检测复杂度；3)对频偏的鲁棒性；4)较低的峰均比。zadoff-chu序列的傅里叶变换仍然是zadoff-chu序列，但是在较大的频偏和时延影响下，zc序列具有严重的时频检测模糊性，增加接收机处理复杂度，而m序列在模糊函数的检测中没有明显的伪峰比较便于检测。

11、辅同步信号(secondary synchronization signal，sss)同主同步信号pss一样，是一种设计出来用于同步和小区搜索的物理层信号。辅同步信号由两个长度为31的伪随机序列(m序列)交织级联组成，奇数索引的元素和偶数索引元素的值是由不同的方程产生的，其循环偏移量由小区物理id1(pcid1)决定。在级联的序列里，加入一个与主同步信号pss有关的扰码序列，其循环偏移量由小区物理id2(pcid2)决定，奇数索引的元素和偶数索引元素的值是由不同的方程产生的。辅同步信号sss映射到72个有源子载波(6个prbs)，在fdd模式下，处于slot 0(subframe 0)和slot 10(subframe 5)中，以直流子载波为中心，subframe0中的sss序列与subframe5中的sss序列是不同的。

12、小区特定参考信号(cell-specific reference signal，crs)，通常也称作公共(common)参考信号，因为小区特定参考信号可用于一个小区中的所有用户，而且无需对它们进行用户特定的处理。其作用包括：1)可被ue用于下行物理信道的信道估计，2)可被ue用于获取信道状态信息(channel state information，csi)，3)可被ue用于终端测量，从而决定小区选择和切换。小区特定参考序列是由2个gold序列生成，其奇序列和偶序列分别映射到crs所占资源元素re的实部和虚部。

13、频域资源格的调制解调:

14、ofdm(orthogonal frequency division multiplexing)即正交频分复用技术是一种常用的调制技术，它将高速数据流分成多个低速子载波进行传输。实际上ofdm是mcm(multi carrier modulation)，多载波调制的一种。它通过频分复用实现高速串行数据的并行传输,它具有较好的抗多径衰落的能力，能够支持多用户接入，调制和解调是分别基于快速傅里叶反变换(inverse fast fourier transform，ifft)和快速傅里叶变换(fastfourier transform，fft)来实现的，是实现复杂度最低、应用最广的一种多载波传输方案。

15、由于每个子载波都是窄带，子载波上调制信号的速率较低，码元的周期相对较长。同时为了克服符号间干扰(inter symbol interference，isi)和载波间干扰(intercarrier interference,ici)，采用循环前缀作为保护间隔，所以可以有效克服由多径扩展引起的符号间干扰，具有很强的抗多径衰落能力。

16、在对资源格进行ofdm调制之后，还需要将ofdm调制后的信号通过滤波器进行成型滤波，然后将信号通过天线端口进行发送。ofdm成型滤波器在ofdm系统中起到了重要的作用，通过成型滤波以控制发射信号的频域形状，减小邻道泄露比，同时，通过调整滤波器的时域特性，可以控制子载波之间的时延和抗多径衰落能力，降低发射信号的峰均比。

17、lte-m下行信号的接收端处理：

18、emtc标准的设备使用零中频发射/接收机,零中频发射/接收机不经过中频,直接将信号从基带变频到射频/射频变频到基带,并对得到的基带信号通过模数转换器analog-to-digital converter(adc)进行过采样，输入到数字信号处理digital signalprocessor(dsp)模块进行信号处理，最终得到有用的信息。采样时钟偏移(sto)源于发送端和接收端的时钟不同步,导致发送内的数字模拟转换器(digital to analog converter,dac)与接收端内的模拟数字转换器(analog to digital converter,adc)的采样时钟不一致。sto的存在使发射信号的各条传播路径均增加了一个时间偏移,即原本子载波之间的相位偏移除了由多径、载波频率偏移产生的相位偏移,还增加了由sto产生的相位偏移。

19、假设传输信道为高斯白噪声信道(additive white gaussian noise，awgn)，接收端首先需要对采样得到的数字信号进行无线帧的同步[1]，以及载波频偏的估计和补偿，并通过由sto产生的相位偏移估算出sto[2]。

20、为了对接收到的信号进行物理信道的正确解调，需要对接收信号解调得到的频域资源格进行基于信道响应估计的均衡。信道估计对ofdm符号解调得到正确的星座点起着重要的作用[3]，为了便于信道特性的估计，lte使用在时间和频率上插入的小区特定参考信号(导频符号)。这些导频符号在子帧内的给定位置处提供信道的估计，并且通过插值，可以在任意数量的子帧上估计信道。在得到解调的比特序列之后需要对信道进行译码，通过循环移位校验位的检查即可判断其正确性。

21、文献[1]、[2]中提出的同步算法和ofdm信号的相位校正方法，均不适用于实际的非理想信号，导致信号的同步失败和相位校正不准。

22、参考文献：

23、[1]cn201110188111.6，诸烜程,单鸣，“一种lte同步方法”。

24、[2]cn201511029267.4，任江涛，张国松，吴齐发，唐相国,“一种lte系统中自适应补偿sco的装置和方法”。

25、[3]cn202110609561.1，黄学军，“一种ofdm信道估计方法”。

技术实现思路

1、本发明提供了一种lte下行信号的接收端处理方法，包括：

2、步骤1，emtc下行信号的同步步骤：对接收到的emtc下行信号进行同步，同步处理基于主同步信号，构造三个主同步信号的参考信号，参考信号与接收信号做互相关运算，得到同步峰值点即为同步点；

3、步骤2，ofdm信号的载波频偏估计步骤：对接收到的emtc下行信号进行载波频偏估计；

4、步骤3，ofdm信号的残余频偏cfo和采样时钟偏移sco的联合估计步骤：采用联合线性最小二乘算法估计残余频偏cfo和采样时钟偏移sco。

5、作为本发明的进一步改进，在所述步骤1中，对接收信号进行差分，并构造差分参考信号与差分后的接收信号做互相关运算，得到较为精确的同步点。

6、本发明还提供了一种lte下行信号的接收端处理系统，包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序配置为由所述处理器调用时实现本发明所述接收端处理方法的步骤。

7、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序配置为由处理器调用时实现本发明所述的接收端处理方法的步骤。

8、本发明的有益效果是：本发明能够保证信号的同步，并且相位校正更加准确。