RU2766286C1 - Применение комплексных последовательностей задова - чу для заполнения циклического префикса ofdm-символов технологии lte - Google Patents
Применение комплексных последовательностей задова - чу для заполнения циклического префикса ofdm-символов технологии lte Download PDFInfo
- Publication number
- RU2766286C1 RU2766286C1 RU2021102576A RU2021102576A RU2766286C1 RU 2766286 C1 RU2766286 C1 RU 2766286C1 RU 2021102576 A RU2021102576 A RU 2021102576A RU 2021102576 A RU2021102576 A RU 2021102576A RU 2766286 C1 RU2766286 C1 RU 2766286C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ofdm
- cpu
- sequences
- elements
- symbol
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L27/00—Modulated-carrier systems
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W72/00—Local resource management
- H04W72/04—Wireless resource allocation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
- Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
Изобретение относится к системам синхронизации в сотовой связи технологии LTE (LONG TERM EVOLUTION), использующим технологию ортогонального частотного разделения с мультиплексированием (OFDM) для формирования символов информации. Технический результат - повышение энергетической эффективности системы синхронизации, что увеличивает вероятность правильного определения границ OFDM-символов передаваемого кадра и повышает скорость синхронизации БС с пользователями в каналах связи с помехами. Для этого предложен способ применения комплексных последовательностей ZC(u,n), в котором осуществляется: замена случайных двоичных последовательностей (ПСП) с числом элементов n, копируемых с конца символа в ЦП OFDM-символа, на комплексные последовательности Задова - Чу с тем же числом элементов n, которыми заполняется ЦП и конец OFDM-символа длиной n элементов, применительно к символам центральной части частотного диапазона кадра LTE, передаваемого от БС к пользователям, в случае, если эти OFDM-символы кадра свободны от служебной информации БС. 5 ил.
Description
Область применения комплексных последовательностей Задова - Чу (ZC(u,n)) для заполнения циклического префикса относится к системам синхронизации в сотовой связи технологии LTE (LONG TERM EVOLUTION), использующих построение передаваемых символов информации на основе технологии Ортогонального частотного разделения с мультиплексированием (OFDM).
Технический уровень системы синхронизации - системы 4G поколения технологии LTE применительно к этапу синхронизации сотовой базовой станции (БС) с мобильным пользователем по корреляционной функции (КФ) циклического префикса (ЦП) OFDM символов.
Сущность способа применения комплексных последовательностей ZC(u,n): замена случайных двоичных последовательностей (ПСП) с числом элементов n, копируемых с конца символа в ЦП OFDM символа, на короткие комплексный последовательности Задова - Чу с тем же числом элементов n, которыми заполняется ЦП и конец OFDM символа длиной n элементов, применительно к символам центральной части частотного диапазона кадра LTE (ETSI TS 136 211 [1]), передаваемого от БС к пользователям, свободным от служебной информации БС и данных широковещательного канала [2, с. 183].
Технический результат - повышение энергетической эффективности, т.е. отношения квадрата модуля пика (максимума) корреляционной функции (КФ) ЦП OFDM символов к среднеквадратическому значению боковых лепестков корреляционной функции, что увеличивает вероятность правильного определения границ (временного положения начала и конца) OFDM - символов передаваемого кадра и способствует повышению скорости начальной синхронизации БС с пользователями в каналах связи с помехами при использовании в качестве ЦП последовательностей ZC(u,n) вместо классического ЦП, построенного на случайной информационной двоичной последовательности.
Величина отношения квадрата модуля пика (максимума) корреляционной функции ЦП OFDM символов к среднеквадратическому значению боковых лепестков MFm в децибелах (dB):
где - величина квадрата модуля центрального пика (максимума) КФ ЦП; - величина квадрата i- го отсчета боковых лепестков;
N - число элементов КФ (без центрального максимума). Математическая модель последовательности ZC [2]:
- для последовательности ZC с четным числом элементов где u - индекс (корень) последовательности ZC; - n-й элемент ZC; Nzc - длина последовательности ZC (количество элементов).
Циклическая КФ этих последовательностей - идеальна, т.е. представляет собой дельта -функцию с нулевым значением боковых лепестков.
К описанию изобретения прилагаются графики (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 5) и таблица (фиг. 4).
На графике фиг. 1 представлен процесс копирования данных с конца OFDM -символов во временной интервал циклического префикса последовательности символов OFDM кадра LTE технологии, где OFDM - символ - это временной интервал (66,67 мкс) стандартного символа кадра LTE технологии [1], Tdata - длительность информационной части символа, Тcp - длительность ЦП; стрелками показан процесс копирования данных с конца символа в ЦП.
На графике фиг. 2 представлен пример действительной части циклической корреляционной функции (КФ) комплексной последовательности Задова - Чу (ZC), являющейся идеальной циклической КФ без боковых лепестков.
На графике фиг. 3 изображены: а)нециклическая корреляционная функция циклического префикса (КФ ЦП), сформированного из двоичных случайных последовательностей длины n=37, копируемых в ЦП с конца OFDM - символа; б) нециклическая КФ последовательности ZC(19,37), заполняющей ЦП OFDM - символа и n элементов конца этого символа. Графики получены в процессе математического моделирования в операционной среде MATLAB. В окнах координат (XSY) указаны величины модулей максимумов КФ ЦП для ЦП на случайной битовой последовательности (X=37, Y=36,26) и для ЦП на последовательности ZC(19,37) (X=37, Y=37). На графиках также визуально прослеживается значительное превышение величин боковых лепестков КФ для ЦП на случайной последовательности по сравнению с КФ для ЦП на последовательности ZC(19,37).
На графике фиг. 4 приведена таблица сравнения величин MFm - отношений квадратов максимумов КФ ЦП к среднеквадратическому значению боковых лепестков КФ для случаев построения ЦП на основе случайных битовых последовательностей (2-й столбец слева) и построения ЦП на основе последовательностей Задова - Чу (3-й столбец слева). Первый столбец слева - число элементов последовательностей, крайний правый столбец - величина Ке(сНЗ), характеризующая энергетический выигрыш предложенного метода заполнения ЦП - превышение величины MFm в децибелах для ЦП на последовательностях ZC над величиной MFm для ЦП на случайных битовых последовательностях.
На фиг. 5 представлен график отношения модуля максимума КФ к среднеквадратическому значению боковых лепестков (MF„,) в зависимости от длины последовательности n (n=9, 19, 31, 37): для ЦП, построенного на последовательностях ZC(u,n) - верхний график; для ЦП, построенного на случайных двоичных последовательностях - нижний график.
Наиболее близким по техническим признакам к настоящему решению относится классическое построение ЦП путем копирования двоичной информации с конца OFDM-символа в область защитного интервала (ЦП). Построение OFDM - символа с заполнением ЦП элементами комплексных последовательностей ZC(u,n) достигается копированием n элементов, следующих друг за другом в последовательности ZC(u,n), формирующей ЦП, в конец OFDM - символа. Для различных соотношений полезной длительности OFDM символа (Тdata - фиг. 1) и циклического префикса (Тср - фиг. 1) -можно использовать последовательности ZC(u,n) с различным числом элементов n.
Вариантом прототипа рассматриваемой системы синхронизации является синхронизация по повторяющимся OFDM - символам, представленная в [3]. Авторами предложен метод начальной синхронизации во временной области нисходящей линии связи с использованием последовательности ZC путем проектирования обучающей последовательности (преамбулы) из двух OFDM символов, заполняемых последовательностями ZC. Но в отяичии от рассматриваемого случая, последовательность ZC в виде преамбулы занимает весь временной интервал OFDM -символа и используется для определения временного положения начала кадра. Авторы [3] при анализе синхронизации по ЦП ссылаются на [4], но эта статья не содержит примеров заполнения ЦП OFDM символов последовательностями ZC.
Последовательности ZC в качестве синхронизирующих последовательностей описаны в патенте kr20090116604а от 11.11.2009 г.; как следует из текста аннотации, «...способ передачи сигнала синхронизации включает передачу первого сигнала синхронизации через первый канал синхронизации, включающий множество поднесущих в частотной области и, по меньшей мере один символ OFDM во временной области... и передачу второго сигнала синхронизации через второй канал синхронизации, имеющий ту же структуру….». Отсюда следует, что последовательности ZC, которые могут быть использованы для построения сигналов синхронизации по временному положению начала передаваемого кадра, занимают всю длительность OFDM - символа, а не только ЦП.
Последовательности ZC применяются в системах синхронизации технологии LTE в качестве первичного синхросигнала PSS [1, 2]. Но в этом качестве последовательность ZC также заполняют весь символ и используется для определения временного положения половины кадра на втором этапе синхронизации по КФ PSS.
Из приведенных примеров следует, что способ применения последовательности ZC(u,n) в составе ЦП OFDM - символа и ее копирования в конец символа для получения пиков КФ при проведении корреляционного анализа принятого кадра технологии LTE является оригинальным решением, ранее не применяемым в системах синхронизации для символов OFDM - технологии, и, благодаря высокому значению величины MFm, характеризующимся возрастанием скорости и эффективности процесса начальной синхронизации по ЦП OFDM-символов кадра, передаваемого от БС к подключившемуся мобильному пользователю.
Процесс синхронизации технологии LTE в стандартном варианте проходит 3 этапа:
- синхронизация по пикам корреляционной функции ЦП многочастотных OFDM-символов кадра технологии LTE, передаваемого от БС в направлении к пользователям для определения временных границ OFDM-символов;
- синхронизация по пикам корреляционной функции первичных синхросигналов, построенных на элементах последовательностей ZC(25,62), ZC(29,62), ZC(34,62), занимающих 62 центральных поднесущих кадра и определяющих границы полукадра и второй идентификатор соты (БС);
- синхронизация по пикам корреляционной функции вторичных синхросигналов, построенных на элементах m-последовательностей, занимающих также 62 центральных поднесущих кадра; определяющих начало кадра и первый идентификатор соты (БС).
От точности синхронизации и скорости вхождения в синхронизм на первом этапе, т.е. точного определения временного положения границ OFDM символов, зависит скорость и точность синхронизации последующих этапов.
Для процесса первичной синхронизации по ЦП, построенном на последовательностях ZC, модифицировались OFDM-символы только центральной части частотного диапазона кадра, передаваемого от базовой станции к мобильному пользователю на 6 центральных ресурсных блоках (6RB [2, с. 183]) технологии LTE, свободные от служебной информации БС (РВСН), первичного и вторичного синхросигналов (PSS,SSS) и информации широковещательного канала.
При синхронизации по КФ ЦП корреляция происходит между ЦП и таким же отрезком двоичной информационной последовательности конца символа. Преимущества применения последовательности ZC(u,n) - в более высоком MF„, по сравнению со случаем заполнения ЦП ПСП.
В операционной среде MATLAB было проведено моделирование для OFDM -символов с ЦП из комплексных последовательностей ZC(5,9), ZC(9,19), ZC(15,31), ZC(25,37) и случайных комплексных двоичных последовательностей с одинаковым количеством элементов n, построены КФ всех сформированных последовательностей и вычислены значения MFm в децибелах (dB) по формуле (1) для КФ каждой последовательности, причем для случайных двоичных последовательностей проведено усреднение результатов вычисленных MFm по 10 вариантам случайной последовательности для каждой длины n. Вычислен энергетический выигрыш KE от применения последовательностей ZC(u,n) для заполнения ЦП символов на первом этапе синхронизации по сравнению с классическим заполнением ЦП двоичными данными (фиг. 4, фиг. 5).
Источники информации
1. ETSITS 136 211 VI0.0.0 (2011-01). Technical Specification. - European Telecommunications Standards Institute, 2011- 104 c. - LTE; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical channels and modulation (3GPP TS 36.211 version 10.0.0 Release 10).
2. Sesia S., Toufik 1., Baker M. LTE - The UMTS Long Term Evolution: From Theory to Practice. - Torquay, UK: John Wiley & Sons, 2009 -611c.
3. Usman Gul M.M., Lee S., Ma X. - Robust synchronization for OFDM employing -IEEE, 2012.
4. J.-J. van de Beek, M. Sandell, M. Isaksson, and P. В'orjesson, "Low complex frame synchronization in OFDM systems," in Proc. ICUPC, Nov. 6-10, 1995, pp. 982-986.
Claims (3)
- Способ заполнения короткими последовательностями Задова - Чу (ZC(u,n)) циклического префикса (ЦП) OFDM-символа при установлении начальной синхронизации мобильного пользователя с базовой станцией (БС), где u - индекс последовательности ZC, a n - длина последовательности и n=9, 19, 31, 37, характеризующийся тем, что
- вместо заполнения ЦП символов данными в виде двоичных псевдослучайных последовательностей (ПСП) с числом элементов n, копируемых с конца символа в ЦП символа, ЦП OFDM-символов заполняется элементами комплексных последовательностей ZC(u,n) с тем же числом элементов n, копируемых и в конец OFDM-символов,
- при этом заполняется комплексными последовательностями ZC(u,n) только ЦП OFDM-символа и конец символа длиной n элементов для определения временного положения границ OFDM-символов, передаваемых в кадре и не содержащих служебной информации БС, при установлении начальной синхронизации мобильного пользователя с БС.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021102576A RU2766286C1 (ru) | 2021-02-04 | 2021-02-04 | Применение комплексных последовательностей задова - чу для заполнения циклического префикса ofdm-символов технологии lte |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021102576A RU2766286C1 (ru) | 2021-02-04 | 2021-02-04 | Применение комплексных последовательностей задова - чу для заполнения циклического префикса ofdm-символов технологии lte |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2766286C1 true RU2766286C1 (ru) | 2022-03-11 |
Family
ID=80736465
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021102576A RU2766286C1 (ru) | 2021-02-04 | 2021-02-04 | Применение комплексных последовательностей задова - чу для заполнения циклического префикса ofdm-символов технологии lte |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2766286C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2821059C1 (ru) * | 2023-07-25 | 2024-06-17 | Татьяна Павловна Киселева | Способ заполнения циклического префикса ofdm-символов суммой информационных элементов конца ofdm-символа с элементами последовательностей задова-чу, фрэнка |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2429572C1 (ru) * | 2007-06-19 | 2011-09-20 | Нтт Досомо, Инк. | Базовая станция, мобильная станция и способ передачи канала синхронизации |
RU2679565C1 (ru) * | 2014-03-07 | 2019-02-11 | Хуавей Текнолоджиз Ко., Лтд. | Системы и способы для ofdm с гибкими интервалом поднесущей и продолжительностью символа |
RU2727155C1 (ru) * | 2017-03-20 | 2020-07-21 | ЭлДжи ЭЛЕКТРОНИКС ИНК. | Способ и пользовательское оборудование для передачи преамбулы произвольного доступа, способ и базовая станция для приема преамбулы произвольного доступа |
-
2021
- 2021-02-04 RU RU2021102576A patent/RU2766286C1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2429572C1 (ru) * | 2007-06-19 | 2011-09-20 | Нтт Досомо, Инк. | Базовая станция, мобильная станция и способ передачи канала синхронизации |
RU2679565C1 (ru) * | 2014-03-07 | 2019-02-11 | Хуавей Текнолоджиз Ко., Лтд. | Системы и способы для ofdm с гибкими интервалом поднесущей и продолжительностью символа |
RU2727155C1 (ru) * | 2017-03-20 | 2020-07-21 | ЭлДжи ЭЛЕКТРОНИКС ИНК. | Способ и пользовательское оборудование для передачи преамбулы произвольного доступа, способ и базовая станция для приема преамбулы произвольного доступа |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
USMAN GUL M.M. et al., "Robust synchronization for OFDM employing Zadoff-Chu sequence", Atlanta, Georgia, IEEE, опубл. 2012 на 6 страницах. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2821059C1 (ru) * | 2023-07-25 | 2024-06-17 | Татьяна Павловна Киселева | Способ заполнения циклического префикса ofdm-символов суммой информационных элементов конца ofdm-символа с элементами последовательностей задова-чу, фрэнка |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20190159263A1 (en) | Simple rach (srach) | |
EP3665882B1 (en) | Wake-up signal | |
CN109076609B (zh) | 用于前导码检测和到达时间估计的方法和接收器 | |
EP2439973B1 (en) | Detection method and apparatus based on random access process | |
JP4927992B2 (ja) | ゼロ相関ゾーンの長さの組を決定する方法、装置、及び移動通信システム | |
KR101817290B1 (ko) | Lte 통신 시스템의 물리 랜덤 액세스 채널 프리앰블 감지 방법 및 장치 | |
US9179478B2 (en) | Method and arrangement in a telecommunication system | |
CN101641925B (zh) | 在考虑了频率偏移的情况下设定循环移位的方法 | |
CN101675609B (zh) | 针对高速模式及低速模式选择rach前导码序列的方法 | |
US20160100373A1 (en) | Signal Format for Cell Search and Synchronization in Wireless Networks | |
US8125976B2 (en) | Apparatus for generating down link signal, and method and apparatus for cell search in cellular system | |
KR101080906B1 (ko) | 기준 신호 생성 장치 및 이를 이용한 프리앰블 시퀀스 검출 장치 | |
CN110832943B (zh) | 随机接入的方法和设备 | |
CN110741715A (zh) | 随机接入前导码传输方法及装置 | |
US20080080461A1 (en) | RACH transmitter and receiver and method thereof | |
EP3895498B1 (en) | Client device and network access node for transmitting and receiving a random access preamble | |
KR20120032120A (ko) | 프리앰블 시퀀스 검출 장치 | |
CN106507467A (zh) | 一种非实时lte上行链路数据定时同步的方法 | |
RU2766286C1 (ru) | Применение комплексных последовательностей задова - чу для заполнения циклического префикса ofdm-символов технологии lte | |
KR101479776B1 (ko) | 무선통신 시스템에서 셀 탐색 과정을 수행하는 방법 | |
RU2821059C1 (ru) | Способ заполнения циклического префикса ofdm-символов суммой информационных элементов конца ofdm-символа с элементами последовательностей задова-чу, фрэнка | |
Fu et al. | RF Fingerprint Identification for 5G Mobile Device Based on Transient Features | |
Li | 5G NR cell search and random access | |
CN102325116B (zh) | 通信***中的同步方法和*** |