CN104184573A - LTE-Advanced无线信号同步与跟踪的实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种LTE-Advanced无线信号同步与跟踪的实现方法，属于无线通信技术领域。在该方法中，LTE-Advanced无线通信测试平台的发送端和接收端均采用基于事件驱动的工作方式，在外部事件的驱动下，发送端状态在未启动状态、等待态及发送态三个状态之间转移；接收端状态在未启动状态、非同步态、中间态及同步态四个状态之间转移；利用包含在LTE-Advanced无线帧中的主同步信号和辅助同步信号实现收发两端的同步，并进行同步的跟踪与同步丢失判断。本方法能够确保在时域或频域出现偏移时，发送端及接收端及时转入非同步态，提示上层同步丢失。在同步丢失之后，本方法能够通过更新时域同步点及频域校正值使测试平台的收发两端再次进入同步态。

Description

LTE-Advanced无线信号同步与跟踪的实现方法
技术领域
本发明属于移动通信技术领域，涉及一种LTE-Advanced无线信号同步与跟踪的实现方法，特别是一种LTE-Advanced无线通信测试平台收发端的下行同步及跟踪的实现方法。
背景技术
在移动通信技术领域，LTE-Advanced(Long Term Evolution-Advanced)是新一代的无线通信***标准。现今无论是在工业界还是在科研院所，主要采用软件无线电方式搭建测试平台，用于对LTE-Advanced中的无线通信新技术进行设计、测试及验证。
在测试过程中，测试平台中无线发射端与接收端之间的同步是测试平台正常工作的基础。LTE-Advanced并未对同步的技术流程做出具体的规定，只规定了同步信号生成及在无线帧中的映射方式。本发明提出了一种符合LTE-Advanced规范，实现收发两端下行同步与跟踪的方法，能够实现并保持无线测试平台收发两端的下行同步。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种LTE-Advanced无线信号同步与跟踪的实现方法，该方法能够有效实现并保持测试平台收发两端的下行同步。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种LTE-Advanced无线信号同步与跟踪的实现方法，在该方法中，LTE-Advanced无线通信测试平台的发送端和接收端均采用基于事件驱动的工作方式，在外部事件的驱动下，发送端状态在未启动状态、等待态及发送态三个状态之间转移；接收端状态在未启动状态、非同步态、中间态及同步态四个状态之间转移；利用包含在LTE-Advanced无线帧中的主同步信号和辅助同步信号实现收发两端的同步，并进行同步的跟踪与同步丢失判断。
进一步，所述的发送端状态在未启动状态、等待态及发送态三个状态之间转移具体包括：1)发送端按LTE-Advanced空口规范生成待发送数据；2)测试平台通过图形化用户界面接受用户指令，调用顶层模块top_block.start()，发送端从未启动状态进入等待态；3)发送状态启动的条件是有数据需要发送，在无数据需要发送时，***停留在等待态，发送端仍然发送控制信息；4)直至有数据需要发送时，进入发送态；5)只要缓存中仍有数据需要发送，***将在发送态下不断发送数据，直至数据发送完毕或者由外部事件触发top_block中的top_block.start()使***重新进入等待态；6)当top_block.stop()有效时，发送端USRP停止工作，重新进入未启动状态。
进一步，接收端共有未启动状态、非同步态、中间态及同步态四个状态，所述接收端状态在未启动状态、非同步态、中间态及同步态四个状态之间转移具体包括：1)调用top_block.start()后，接收端转入非同步态；2)在非同步态下，接收端不需要做信息解码，仅对接收到的信号进行粗同步；3)如果无信号，则隔一段时间再做同步；4)如果信号存在，则进行同步，接着通过中间态转入同步态；5)测试平台的收发两端利用包含在无线帧中的主同步信号PSS和辅助同步信号SSS实现收发同步及基站ID识别。
进一步，所述的利用包含在LTE-Advanced无线帧中的主同步信号和辅助同步信号实现收发两端的同步，并进行同步的跟踪与同步丢失判断，具体包括：在时域或频域出现偏移时，发送端及接收端及时转入非同步态，提示上层同步丢失；在同步丢失之后，通过更新时域同步点及频域校正值，使测试平台的收发两端再次进入同步态。
进一步，LTE-Advanced同步信号包括主同步信号PSS和辅同步信号SSS，每个同步信号的时间长度为1个OFDM符号，每5ms传输一次，在频域上占用下行频带中心1.08MHz的带宽。
本发明的有益效果在于：本发明所述的方法能够确保在时域或频域出现偏移时，发送端及接收端及时转入非同步态，提示上层同步丢失。在同步丢失之后，本方法能够通过更新时域同步点及频域校正值使测试平台的收发两端再次进入同步态。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为LTE-AdvancedFDDType1帧结构示意图；
图2是测试平台发送端状态转移图；
图3是测试平台接收端状态转移图；
图4是同步跟踪与丢失判决流程图；
图5是同步点定位示意图；
图6是GNURadio内存按帧对齐示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
在本发明所述的方法中，LTE-Advanced无线通信测试平台的发送端和接收端均采用基于事件驱动的工作方式，在外部事件的驱动下，发送端状态在未启动状态、等待态及发送态三个状态之间转移；接收端状态在未启动状态、非同步态、中间态及同步态四个状态之间转移；利用包含在LTE-Advanced无线帧中的主同步信号和辅助同步信号实现收发两端的同步，并进行同步的跟踪与同步丢失判断。
具体来说：
为实现上述目的，测试平台发送端及接收端均采用事件驱动的工作方式，在外部事件的驱动下，发送端在未启动状态、等待态及发送态三个状态之间转移；接收端在未启动状态、非同步态、中间态及同步态四个状态之间转移。
利用包含在LTE-Advanced无线帧中的主同步信号和辅助同步信号实现收发两端的同步，且具备同步的跟踪与同步丢失判断功能。流程如图4所示，在时域或频域出现偏移时，发送端及接收端及时转入非同步态，提示上层同步丢失；在同步丢失之后，通过更新时域同步点及频域校正值，使测试平台的收发两端再次进入同步态。
LTE-Advanced同步信号包括主同步信号PSS和辅同步信号SSS，每个同步信号的时间长度为1个OFDM符号，每5ms传输一次，在频域上占用下行频带中心1.08MHz的带宽。PSS/SSS信号使用的序列与物理层小区ID有关，可用于终端对小区的识别。
LTE-Advanced物理层支持504个小区ID，分为168个组(0-167)，每个组包含三个小区ID(0-2)。
与此相对应，有3种主同步信号序列，指示小区组内ID；有168种辅同步信号序列，指示小区组ID。
在FDD Type 1帧结构中，如图1所示，PSS/SSS信号分别位于无线帧中的第0子帧和第5子帧，且PSS/SSS位于连续的两个OFDM符号中。
将接收到的信号与本地生成的主同步信号特征序列做滑动相关，检测相关峰的位置；根据相关峰出现的位置即可确定接收信号中主同步信号的位置，至此实现了半帧同步。但是，确定的主同步信号可能是在无线帧的第0个时隙中；也可能是在第10个时隙中。因此，接着利用辅同步信号进一步判定上述主同步信号是位于无线帧的第0个时隙中，还是位于第10个时隙中，据此实现帧同步。由于主同步信号与帧头的间距是固定的，据此可确定下一帧的起始位置。将下一帧起始位置之前的数据利用软件无线电GNURadio的丢弃功能释放掉。从下一工作周期开始，内存中的数据已经对齐，实现了收发两端的下行同步与跟踪。
无论是模拟基站的通用软件无线电外设还是模拟用户的通用软件无线电外设，发送端、接收端都采用状态机方式进行程序设计。
如图2所示，发送端共有未启动状态、等待态和发送态三个状态。
发送端按LTE-Advanced空口规范生成待发送数据；测试平台通过图形化用户界面接受用户指令，调用顶层模块top_block.start()，发送端从未启动状态进入等待态；发送状态启动的条件是有数据需要发送，在无数据需要发送时，***停留在等待态，发送端仍然发送控制信息；直至有数据需要发送时，进入发送态。
只要缓存中仍有数据需要发送，***将在发送态下不断发送数据，直至数据发送完毕或者由外部事件触发top_block中的top_block.start()使***重新进入等待态。
当top_block.stop()有效时，发送端USRP停止工作，重新进入未启动状态。
如图3所示，接收端共有未启动状态、非同步态、中间态及同步态四个状态。
调用top_block.start()后，接收端转入非同步态；在非同步态下，接收端不需要做信息解码，仅对接收到的信号进行粗同步；如果无信号，则隔一段时间再做同步；如果信号存在，则进行同步，接着通过中间态转入同步态。
测试平台的收发两端利用包含在无线帧中的主同步信号PSS和辅助同步信号SSS实现收发同步及基站ID识别。
同步跟踪与丢失判决流程如图4所示，该流程可确保时域或频域偏移出现时发送端及接收端能够及时转入非同步态，提示上层或图形用户界面通信链路同步丢失，避免将无信号的情况误判为出现时频域偏移。
图4中连续多次的按行或列递减判定设置可避免突发干扰导致的状态频繁切换。利用本地生成的168种特征序列与接收信号做滑动相关，检测相关峰的位置。利用相关峰出现的位置即可确定主同步信号的位置，获取小区组内利用辅助同步信号SSS实现帧同步，并通过与可能的SSS进行相关运算获取小区的组接着利用公式计算得对应基站的在确定了相关最大值的位置之后，即可获知小区组ID及判定当前用于同步的SSS是处于时隙0中，还是处于时隙10中。
测试平台中数据以帧为单位进行处理。
一帧的长度为10ms，每帧包含两个PSS和两个SSS；从时域上看，每帧由140个OFDM符号组成。由于存在循环前缀的保护，可直接使用粗同步的结果获取每帧中可能的140个PSS的OFDM符号位置；接着将这140个可能位置的数据做FFT变换，获得的频域序列与可能的PSS序列进行相关运算，获得140*3次相关运算的结果。比较上述相关结果后，可以获得最大值所处位置，根据该最大值所处位置，可以确定发送该信号的基站的解算出PSS在当前缓存中所处位置。在获得了PSS的位置之后，通过该位置邻域内的9次相关进行如图5所示的进一步的精确定位。
图5中，中心位置的值是经过粗同步及细频偏校正后的同步位置的相关值，其余8个点的值是在可能的时偏±TS或频偏±fS下的相关值。
如果中心位置的相关值最大，说明定位准确；
若是其它某个位置的值最大，且最大值周边领域内的相关值按行或列递减，则将同步点调整至相关最大值所在位置；
如果最大值周边领域内的相关值不按行或列递减，则说明超出同步跟踪范围，接收端进入了非同步态。
在由非同步态向同步态转换和同步状态下帧对齐被破坏的两种情况下，通过添加中间态，利用图6中GNU Radio自带的缓存空间释放功能，实现GNU Radio内存中数据的按帧对齐。
从下一工作周期开始，GNU Radio内存中的数据已经对齐，实现了发送端与接收端之间的下行同步。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (4)

1.一种LTE-Advanced无线信号同步与跟踪的实现方法，其特征在于：在本方法中，LTE-Advanced无线通信测试平台的发送端和接收端均采用基于事件驱动的工作方式，在外部事件的驱动下，发送端状态在未启动状态、等待态及发送态三个状态之间转移；接收端状态在未启动状态、非同步态、中间态及同步态四个状态之间转移；利用包含在LTE-Advanced无线帧中的主同步信号和辅助同步信号实现收发两端的同步，并进行同步的跟踪与同步丢失判断。
2.根据权利要求1所述的一种LTE-Advanced无线信号同步与跟踪的实现方法，其特征在于：所述的发送端状态在未启动状态、等待态及发送态三个状态之间转移具体包括：
1)发送端按LTE-Advanced空口规范生成待发送数据；
2)测试平台通过图形化用户界面接受用户指令，调用顶层模块top_block.start()，发送端从未启动状态进入等待态；
3)发送状态启动的条件是有数据需要发送，在无数据需要发送时，***停留在等待态，发送端仍然发送控制信息；
4)直至有数据需要发送时，进入发送态；
5)只要缓存中仍有数据需要发送，***将在发送态下不断发送数据，直至数据发送完毕或者由外部事件触发top_block中的top_block.start()使***重新进入等待态；
6)当top_block.stop()有效时，发送端USRP停止工作，重新进入未启动状态。
3.根据权利要求2所述的一种LTE-Advanced无线信号同步与跟踪的实现方法，其特征在于：所述接收端状态在未启动状态、非同步态、中间态及同步态四个状态之间转移具体包括：
1)调用top_block.start()后，接收端转入非同步态；
2)在非同步态下，接收端不需要做信息解码，仅对接收到的信号进行粗同步；
3)如果无信号，则隔一段时间再做同步；
4)如果信号存在，则进行同步，接着通过中间态转入同步态；
5)测试平台的收发两端利用包含在无线帧中的主同步信号(Primary SynchronizationSignal，PSS)和辅助同步信号(Secondary Synchronization Signal，SSS)实现收发同步及基站ID识别。
4.根据权利要求3所述的一种LTE-Advanced无线信号同步与跟踪的实现方法，其特征在于：所述的利用包含在LTE-Advanced无线帧中的主同步信号和辅助同步信号实现收发两端的同步，并进行同步的跟踪与同步丢失判断，具体包括：在时域或频域出现偏移时，发送端及接收端及时转入非同步态，提示上层同步丢失；在同步丢失之后，通过更新时域同步点及频域校正值，使测试平台的收发两端再次进入同步态。
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