CN102271023A - 长期演进lte***的***帧号检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无线通讯领域，特别涉及一种长期演进LTE***的***帧号检测的方法及装置，所述方法利用一个无线帧的PBCH数据的自解码特性，将一个TTI的扰码序列C等分为4段，并分别与第一步生成的PBCH数据进行解扰；经过解速率匹配后，根据情况选择是否采用合并算法，再经过信道译码和CRC校验，根据CRC校验结果判断是否需要继续接收下一个无线帧数据，以及根据采用的扰码序列确定***帧号，本发明所述装置包括接收模块(10)、信号处理模块(20)和判决模块(30)；本发明能够提高终端盲检PBCH的效率，降低功耗，并尽快确定***帧号，以便于后续***消息的读取。
Description
技术领域
本发明涉及无线通讯领域，特别涉及一种长期演进LTE***的***帧号检测的方法及装置。
背景技术
为了满足人们日益增加对数据业务的需求，第三代合作伙伴计划(The 3rdgeneration Partnership Project，简称3GPP)启动了3GPP“长期演进项目”，简称3GPP LTE(Long Term Evolution)，该项目旨在通过不断演进的第三代移动通信3G***，提供更强大的数据业务支持，为用户提供更好的服务。
3GPP规范TS 36.211中定义的LTE TDD***帧结构如图1所示，LTE FDD***帧结构如图2所示。
LTE TDD***无线帧长度为10ms，对应307200Ts。每个无线帧又进一步划分为两个5ms的半帧，且每个半帧包含5个1ms子帧。若***上下行转换点周期为5ms，则各半帧中的第二个子帧为特殊子帧，顺序包含下行导频时隙(简称为DwPTS)、主保护间隔(简称为GP)、上行导频时隙(简称为UpPTS)。所述DwPTS、GP、UpPTS分别用于小区标识和初始同步建立、提供上下行保护间隔及上行同步。若***上下行转换点周期为10ms，则特殊子帧仅存在于无线帧中的首个半帧。各半帧中，5个子帧除特殊子帧外，还包含常规子帧，各常规子帧中又包含两个0.5ms时隙。无线帧中各子帧标号i＝0～9，各常规子帧所辖时隙标号分别为2i，2i+1。子帧0、5、DwPTS始终用于下行传输，而特殊子帧后紧接的常规子帧与UpPTS始终用于上行传输。
LTE FDD***无线帧长度也为10ms，对应307200Ts。一个无线帧包括20个时隙，序号为0到19，每个时隙长0.5ms。一个子帧由两个连续的时隙构成，即子帧i包括时隙2i和2i+1。10个子帧可用于下行链路传输也可用于上行链路传输。上下行传输按频域隔离。
无论是在LTE TDD***帧结构，还是在LTE FDD***帧结构中，子帧#0总是用于下行传输，物理广播信道(Physical broadcast channel，简称PBCH)只映射到无线帧的子帧#0上。一个传输时间间隔(Transmission Time Interval，简称TTI)的PBCH数据映射到连续的四个无线帧的子帧#0上，且映射的第一个无线帧必须满足SFN mod 4＝0的条件，其中，SFN表示***帧号，mod表示求余运算。
在LTE***中，终端完成小区初搜后，为了能进行用户数据解调，需要先读取***消息。终端首先读取***消息的主信息块(Master Information Block，MIB)，由于MIB在PBCH中传输，故通过先解调PBCH，才能读取MIB，并获得***帧号SFN，然后根据SFN解读***信息块1(System Information BlockType1，简称SIB1)以及其他***消息。***帧号SFN的确定对SIB1等***消息的解读至关重要。
LTE***中***帧号由10bit表示，其中高8bit在MIB中显性通知，读取MIB后便可获知；而低2bit通过PBCH映射隐性通知，如图3所示。在一个TTI内，映射PBCH的第一个无线帧表示00，第二个无线帧表示01，第三个无线帧表示10，第四个无线帧表示11，通过所接收的无线帧数据在一个TTI中的位置确定***帧号SFN的低2bit。
根据3GPP规范TS 36.211和TS 36.212可知，物理广播信道PBCH发射端信号处理流程，如图4所示：
1)24bit的主信息块MIB经过附加16bit循环冗余校验码CRC后变成40bit。
2)附加CRC后的40bit数据经过咬尾(Tail Biting)卷积编码后得到120bit的数据。
3)信道编码后的120bit数据经过速率匹配后，如果常规循环前缀(CyclicPrefix，简称CP)，则得到1920bit的数据，如果为扩展CP，则得到1728bit的数据。
4)产生一个TTI的扰码序列C，然后对PBCH传输块进行加扰。
5)经过QPSK调制后，得到960symbol(常规CP)或864symbol(扩展CP)。
6)然后经过层映射和预编码处理。如果发射天线数为1，则采用基于单天线发送模式的层映射和预编码方案；如果发射天线数为2或4，则采用基于发射分集的层映射和预编码方案。
7)映射到物理资源单元上。对于1、2或者4的发射天线数目，使用相同的物理资源映射方式，即不管发射天线数目为多少，总是空出4天线的导频资源；另外，一个TTI的PBCH数据映射到连续的四个无线帧上，且映射的第一个无线帧必须满足SFN mod 4＝0的条件，每个无线帧的slot#1的前4个OFDM符号(只占用频带中心的1.08MHz带宽(72个子载波))用于映射PBCH数据，如图3所示。
8)最后经过OFDM调制以生成PBCH基带信号。
根据上述描述可知，为了确定***帧号SFN，不仅需要正确检测PBCH，以获得SFN的高8bit，而且还需要确定所接收的无线帧数据在一个TTI中的位置，以获得SFN的低2bit。通常终端接收一个完整TTI的PBCH数据，并采用与发射端相逆的信号处理过程，进行PBCH的检测，以确定***帧号，但这种方法处理的效率较低、复杂度较高且终端功耗较大。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提出了一种长期演进LTE***的***帧号检测方法，通过一个无线帧或者多个无线帧合并检测出PBCH，确定***帧号，从而降低终端的实现复杂度和功耗，并尽快确定***帧号，以便于后续***消息的读取。
为解决以上问题，本发明提出一种长期演进LTE***的***帧号检测方法，如图5所示，包括：
步骤A：终端接收一个无线帧上第一个子帧的时域信号，采用与发射端相逆的信号处理过程，得到待解扰的物理广播信道PBCH数据A；
步骤B：产生一个时间间隔TTI的扰码序列C，将扰码序列C等分为4段，每段长度等于数据A的长度，将数据A依次与4段扰码序列进行解扰，分别得到4份解扰后数据。
步骤C：分别将4份解扰后的数据做解速率匹配，保存解速率匹配输出数据；
步骤D：将解速率匹配后的数据做信道译码；
步骤E：对信道译码输出数据做循环冗余CRC校验，如果有任一个CRC校验正确，则获取***帧号，流程结束；否则，转回步骤A，重复以上过程直到任一CRC校验正确为止。
优选地，作为一种改进实施方式，在所述步骤C保存解速率匹配输出数据之后，判断是否为第一次接收PBCH数据，如果是，则直接执行步骤D；否则，与上一次保存的解速率匹配输出数据合并后执行步骤D。
优选地，作为另一种改进实施方式，所述步骤E如果所有CRC校验都失败，则判断是否为第一次接收PBCH数据，如果是，则转到步骤A，否则，将步骤C保存的解速率匹配输出数据分别与上一次保存的解速率匹配输出数据合并后执行步骤D。
所述数据合并为将本次保存的第二段扰码序列对应的解速率匹配输出与上次保存的第一段扰码序列对应的解速率匹配输出进行合并，将本次保存的第三段扰码序列对应的解速率匹配输出与上次保存的第二段扰码序列对应的解速率匹配输出进行合并，将本次保存的第四段扰码序列对应的解速率匹配输出与上次保存的第三段扰码序列对应的解速率匹配输出进行合并，而本次保存的第一段扰码序列对应的解速率匹配输出不参与合并；两段数据对位加权后相加。
所述加权的系数取决于合并方式，合并方式采用选择合并或者等增益合并或者最大比合并方式等。
为解决以上问题，本发明还提供一种LTE***的***帧号检测装置，包括：
接收模块10，用于首次接收一个无线帧上第一个子帧的时域信号，或者根据判决模块30的判决指示重新接收一个无线帧上第一个子帧的时域信号；
信号处理模块20，根据接收模块10输出的一个无线帧上第一个子帧的时域信号，完成PBCH接收端信号处理流程，进一步包括去除CP单元201、OFDM解调单元202、解资源映射单元203、信道估计单元204、信号检测单元205和QPSK解调单元206、扰码生成和解扰单元207、解速率匹配单元208、信道译码单元209和CRC校验单元210；
所述信号处理模块20，进一步包括：
PBCH计数单元220，PBCH计数并判断是否为第一次接收PBCH数据；
数据合并单元230，采用选择合并或者等增益合并或者最大比合并等方式对解速率匹配输出数据进行合并；
数据合并单元230根据PBCH计数单元220判断结果决定是否工作，若PBCH计数单元220判断为第一次接收PBCH数据，则数据合并单元230不工作，数据直接传递给信道译码单元209，否则数据经数据合并单元230处理后传递给信道译码单元209。
判决模块30，根据信号处理模块20的CRC校验结果判断是否结束，所述CRC校验单元判断如果有任一个CRC校验正确，则***帧号高8bit从MIB中获取，低2bit从步骤B中采用的扰码序列的序号获得，从而获取***帧号；否则，指示接收模块10重新接收一个无线帧上第一个子帧的时域信号。
本发明利用一个无线帧的PBCH数据的自解码特性，将一个TTI的扰码序列C等分为4段，并分别与第一步生成的PBCH数据进行解扰。经过解速率匹配后，根据情况选择是否采用合并算法，再经过信道译码和CRC校验，根据CRC校验结果判断是否需要继续接收下一个无线帧数据，以及根据采用的扰码序列确定***帧号。与现有技术相比，本发明提供的***帧号检测方法具有以下有益效果：
1)提高终端盲检PBCH的效率，降低功耗
虽然一个TTI的PBCH数据映射到连续的4个无线帧上进行传输，但本发明利用了一个无线帧PBCH数据的自解码特性，即利用一个无线帧的PBCH数据依次与一个TTI中4个无线帧对应的4段扰码序列进行解扰，从而避免接收一个完整TTI的PBCH数据并检测。实现了在最短的时间内正确检测PBCH数据，并确定***帧号。即使在信道环境恶化的情况下，也可通过多个无线帧的PBCH数据合并方式，实现在较短的时间内正确检测PBCH数据。
2)合并算法普适性强
在发射端，一个TTI的PBCH数据映射的第一个无线帧必须满足SFN mod 4＝0条件，且两个TTI之间PBCH数据不完全相同。终端接收数据时，并不能保证是从TTI中的第一个无线帧开始接收的。终端有可能是从TTI中的第二个、第三个或者第四个无线帧开始接收PBCH数据的。不论终端从TTI中的哪一个无线帧开始接收PBCH数据，都能利用本发明提出的合并算法将其与后面接收的数据进行合并，以达到正确检测的目的。
附图说明
图1为现有技术LTE***TDD方式帧结构；
图2为现有技术LTE***FDD方式帧结构；
图3为现有技术PBCH的时频资源映射图；
图4为现有技术PBCH发射端信号处理流程；
图5为本发明LTE***的***帧号检测方法流程图；
图6为本发明LTE***的***帧号检测方法优选实施方式一流程图；
图7为本发明LTE***的***帧号检测方法优选实施方式二流程图；
图8为本发明合并策略说明图；
图9为本发明LTE***的***帧号检测装置结构图；
图10为本发明LTE***的***帧号检测装置信号处理模块结构图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施方式，对本发明一种长期演进LTE***的***帧号检测方法及装置作进一步详细说明，公知实现方式不再详述，以避免与本发明的内容存在不必要的混淆。
本发明一种长期演进LTE***的***帧号检测方法有多种实施方式，分别描述如下。
实施方式1：单无线帧检测***帧号方案，流程如图6所示，具体步骤包括：
101)终端接收一个无线帧上第一个子帧的时域信号。将时域信号去除CP，并经过OFDM解调，则该子帧上slot#1的前4个OFDM符号的中心72个子载波即为PBCH数据和相应的参考信号。然后经过解资源单元映射、信道估计、信号检测和QPSK解调步骤，得到待解扰的数据A。对于常规CP，数据A的长度为480；对于扩展CP，数据A的长度为432；
102)产生一个TTI的扰码序列C，对于常规CP，扰码序列C的长度为1920；对于扩展CP，扰码序列C的长度为1728。将扰码序列C等分为4段，分别标识为C1，C2，C3和C4。每段长度都等于数据A的长度。然后将步骤101得到的数据A依次与4段扰码序列进行解扰，分别得到解扰后数据D1，D2，D3和D4；
所述产生一个TTI的扰码序列C，即生成与发射端一个TTI的扰码序列C完全相同的扰码序列，生成方法为，令扰码序列初始值表示小区标识号，然后参考3GPP规范TS 36.211中7.2节生成扰码序列C。
103)分别将解扰后的数据D1，D2，D3和D4做解速率匹配，保存解速率匹配输出数据；
104)将解速率匹配后的数据做信道译码；
105)对信道译码后数据做CRC校验，如果有任一个CRC校验正确，则***帧号高8bit从MIB中获取，低2bit从步骤102中采用的扰码序列的序号获得，从而获取***帧号，否则，跳回步骤101，重复以上过程直到任一CRC校验正确为止；
所述CRC校验步骤中校验序列由CRC校验比特与CRC掩码加扰得到。其中，CRC校验比特参考3GPP规范TS 36.212中5.1.1节，CRC掩码参考3GPP规范TS 36.211中表5.3.1.1-1。
所述低2bit从步骤102中采用的扰码序列的序号获得，在CRC校验正确的前提下，如果在第2步采用的扰码序列为C1，则可推断出最新接收的无线帧的***帧号的低2bit为00；如果采用的扰码序列为C2，则***帧号的低2bit为01；如果采用的扰码序列为C3，则***帧号的低2bit为10；如果采用的扰码序列为C4，则***帧号的低2bit为11；
实施方式2：采用多个无线帧合并检测***帧号方案，流程如图7所示，具体步骤包括：
201)终端接收一个无线帧上第一个子帧的时域信号。将时域信号去除CP，并经过OFDM解调，则该子帧上slot#1的前4个OFDM符号的中心72个子载波即为PBCH数据和相应的参考信号。然后经过解资源单元映射、信道估计、信号检测和QPSK解调步骤，得到待解扰的数据A。对于常规CP，数据A的长度为480；对于扩展CP，数据A的长度为432；
202)产生一个TTI的扰码序列C，对于常规CP，扰码序列C的长度为1920；对于扩展CP，扰码序列C的长度为1728。将扰码序列C等分为4段，分别标识为C1，C2，C3和C4。每段长度都等于数据A的长度。然后将步骤201得到的数据A依次与4段扰码序列进行解扰，分别得到解扰后数据D1，D2，D3和D4；
203)分别将解扰后的D1，D2，D3和D4数据经过解速率匹配步骤，得到并保存解速率匹配输出数据E1，E2，E3和E4，并判断是否为第一次接收PBCH数据，如果是，则直接执行步骤204；否则，则需要与上一次保存的解速率匹配输出数据进行合并，然后再执行步骤204；
所述将本次保存的解速率匹配输出数据与上一次保存的解速率匹配输出数据进行合并，如图8所示。步骤203中所述解速率匹配输出数据E1，E2，E3和E4分别与第一段扰码序列对应的解速率匹配输出、第二段扰码序列对应的解速率匹配输出、第三段扰码序列对应的解速率匹配输出和第四段扰码序列对应的解速率匹配输出相对应。合并时，总是将本次保存的第二段扰码序列对应的解速率匹配输出与上次保存的第一段扰码序列对应的解速率匹配输出进行合并，将本次保存的第三段扰码序列对应的解速率匹配输出与上次保存的第二段扰码序列对应的解速率匹配输出进行合并，将本次保存的第四段扰码序列对应的解速率匹配输出与上次保存的第三段扰码序列对应的解速率匹配输出进行合并，而本次保存的第一段扰码序列对应的解速率匹配输出不参与合并；两段数据对位加权后相加；
所述加权的系数取决于合并方式，合并方式可以为选择合并或者等增益合并或者最大比合并等，不再一一列举。所述选择合并或者等增益合并或者最大比合并等方式为本领域技术人员所公知，因此，不再详述。
204)将解速率匹配输出数据E1，E2，E3和E4经过信道译码；
205)将信道译码后数据做CRC校验，如果有任一个CRC校验正确，则***帧号高8bit从MIB中获取，低2bit从步骤202中采用的扰码序列的序号获得，从而获取***帧号，流程结束；否则，则跳回步骤201。直到CRC校验正确为止。
实施方式3：单无线帧与多无线帧合并混合检测***帧号方案，具体实现步骤包括：
301)终端接收一个无线帧上第一个子帧的时域信号。将时域信号去除CP，并经过OFDM解调，则该子帧上slot#1的前4个OFDM符号的中心72个子载波即为PBCH数据和相应的参考信号。然后经过解资源单元映射、信道估计、信号检测和QPSK解调步骤，得到待解扰的数据A。对于常规CP，数据A的长度为480；对于扩展CP，数据A的长度为432；
302)产生一个TTI的扰码序列C，对于常规CP，扰码序列C的长度为1920；对于扩展CP，扰码序列C的长度为1728。将扰码序列C等分为4段，分别标识为C1，C2，C3和C4。每段长度都等于数据A的长度。然后将步骤301得到的数据A依次与4段扰码序列进行解扰，分别得到解扰后数据D1，D2，D3和D4；
303)分别将解扰后的D1，D2，D3和D4数据经过解速率匹配步骤，得到并保存解速率匹配输出数据E1，E2，E3和E4；
304)将解速率匹配输出数据经过信道译码；
305)将信道译码后数据做CRC校验，如果有任一个CRC校验正确，则***帧号高8bit从MIB中获取，低2bit从步骤302中采用的扰码序列的序号获得，从而获取***帧号，流程结束；否则继续执行步骤306；
306)判断是否为第一次接收PBCH数据，如果是，则跳回步骤301；否则，则将步骤303保存的解速率匹配输出数据E1，E2，E3和E4分别与上一次保存的解速率匹配输出数据进行合并，得到e1，e2，e3和e4；
307)将合并后的数据e1，e2，e3和e4分别经过信道译码；
308)将信道译码后数据做CRC校验，如果有任一个CRC校验正确，则***帧号高8bit从MIB中获取，低2bit从步骤302中采用的扰码序列的序号获得，从而获取***帧号。否则，跳回步骤301，直到有任一个CRC校验正确为止。
为了实现以上目的，本发明还提供一种LTE***的***帧号检测装置，如图9所示。本发明LTE***的***帧号检测装置包括：
接收模块10，用于首次接收一个无线帧上第一个子帧的时域信号，或者根据判决模块30的判决指示重新接收一个无线帧上第一个子帧的时域信号。
信号处理模块20，根据接收模块10输出的一个无线帧上第一个子帧的时域信号，完成PBCH接收端信号处理流程，进一步包括去除CP单元201、OFDM解调单元202、解资源映射单元203、信道估计单元204、信号检测单元205和QPSK解调单元206、扰码生成和解扰单元207、解速率匹配单元208、信道译码单元209和CRC校验单元210，如图10所示。
优选地，所述信号处理模块20，进一步包括：
PBCH计数单元220，PBCH计数并判断是否为第一次接收PBCH数据；
数据合并单元230，采用选择合并或者等增益合并或者最大比合并等方式对解速率匹配输出数据进行合并；
数据合并单元230根据PBCH计数单元220判断结果决定是否工作，若PBCH计数单元220判断为第一次接收PBCH数据，则数据合并单元230不工作，数据直接传递给信道译码单元209，否则数据经数据合并单元230处理后传递给信道译码单元209。
判决模块30，根据信号处理模块20的CRC校验结果判断是否结束，所述CRC校验单元判断如果有任一个CRC校验正确，则***帧号高8bit从MIB中获取，低2bit从步骤B中采用的扰码序列的序号获得，从而获取***帧号；否则，指示接收模块10重新接收一个无线帧上第一个子帧的时域信号。
本发明所举实施方式或者实施例对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所举实施方式或者实施例仅为本发明的优选实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种长期演进LTE***的***帧号检测方法，其特征在于，包括：
步骤A：终端接收一个无线帧上第一个子帧的时域信号，采用与发射端相逆的信号处理过程，得到待解扰的物理广播信道PBCH数据A；
步骤B：产生一个时间间隔TTI的扰码序列C，将扰码序列C等分为4段，每段长度等于数据A的长度，将数据A依次与4段扰码序列进行解扰，分别得到4份解扰后数据；
步骤C：分别将4份解扰后的数据做解速率匹配，保存解速率匹配输出数据；
步骤D：将解速率匹配后的数据做信道译码；
步骤E：对信道译码输出数据做循环冗余CRC校验，如果有任一个CRC校验正确，则获取***帧号，流程结束；否则，转回步骤A，重复以上过程直到任一CRC校验正确为止。
2.如权利要求1所述LTE***的***帧号检测方法，其特征在于，在所述步骤C保存解速率匹配输出数据之后，判断是否为第一次接收PBCH数据，如果是，则直接执行步骤D；否则，与上一次保存的解速率匹配输出数据合并后执行步骤D。
3.如权利要求1所述LTE***的***帧号检测方法，其特征在于，所述步骤E如果所有CRC校验都失败，则判断是否为第一次接收PBCH数据，如果是，则转到步骤A，否则，将步骤C保存的解速率匹配输出数据分别与上一次保存的解速率匹配输出数据合并后执行步骤D。
4.如权利要求2或3所述LTE***的***帧号检测方法，其特征在于，所述数据合并为将本次保存的第二段扰码序列对应的解速率匹配输出与上次保存的第一段扰码序列对应的解速率匹配输出进行合并，将本次保存的第三段扰码序列对应的解速率匹配输出与上次保存的第二段扰码序列对应的解速率匹配输出进行合并，将本次保存的第四段扰码序列对应的解速率匹配输出与上次保存的第三段扰码序列对应的解速率匹配输出进行合并；两段数据对位加权后相加。
5.如权利要求4所述LTE***的***帧号检测方法，其特征在于，所述加权的系数取决于合并方式，合并方式采用选择合并或者等增益合并或者最大比合并方式。
6.一种长期演进LTE***的***帧号检测装置，其特征在于，包括：
接收模块(10)，用于首次接收一个无线帧上第一个子帧的时域信号，或者根据判决模块(30)的判决指示重新接收一个无线帧上第一个子帧的时域信号；
信号处理模块(20)，根据接收模块(10)输出的一个无线帧上第一个子帧的时域信号，完成PBCH接收端信号处理流程，进一步包括去除循环前缀CP单元(201)、OFDM解调单元(202)、解资源映射单元(203)、信道估计单元(204)、信号检测单元(205)、QPSK解调单元(206)、扰码生成和解扰单元(207)、解速率匹配单元(208)、信道译码单元(209)和CRC校验单元(210)；
判决模块(30)，根据信号处理模块(20)的CRC校验结果判断是否结束，所述CRC校验单元判断如果有任一个CRC校验正确，则***帧号高8bit从MIB中获取，低2bit从采用的扰码序列的序号获得，从而获取***帧号；否则，指示接收模块(10)重新接收一个无线帧上第一个子帧的时域信号。
7.如权利要求6所述LTE***的***帧号检测装置，其特征在于，所述信号处理模块(20)，进一步包括：
PBCH计数单元(220)，PBCH计数并判断是否为第一次接收PBCH数据；
数据合并单元(230)，采用选择合并或者等增益合并或者最大比合并方式对解速率匹配输出数据进行合并；
数据合并单元(230)根据PBCH计数单元(220)判断结果决定是否工作，若PBCH计数单元(220)判断为第一次接收PBCH数据，则数据合并单元(230)不工作，数据直接传递给信道译码单元(209)，否则数据经数据合并单元(230)处理后传递给信道译码单元(209)。
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