Lte-fdd系统抑制多径延时和多普勒效应的粗同步方法
【专利摘要】本发明属于无线数字通信【技术领域】，具体为一种LTE-FDD系统抑制多径延时和多普勒效应的粗同步方法。本发明利用一个时隙中的OFDM符号的循环前缀进行粗同步检测，包括存储信号、相关能量计算、信号能量计算、阈值判决、判断起始点和小数倍载波频偏等步骤。计算机仿真显示，该方法具有出色的同步性能，适用于高速移动无线通信系统。相比于传统的相关检测办法，该方法在小数倍载波频偏检测的正确性上可以提升10%，在帧起始点检测的正确性上可以提升80%。
【专利说明】LTE-FDD系统抑制多径延时和多普勒效应的粗同步方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线数字通信【技术领域】，具体涉及一种LTE-FDD系统抑制多径延时和多普勒效应的粗同步方法。
【背景技术】
[0002]3GPP组织在2004年底提出了 3GPP长期演进项目(LTE)。在基于时分和频分多址接入技术的第二代移动通信系统和基于码分多址技术的第三代移动通信系统的基础上，LTE采用了属于4G技术的正交频分复用(OFDM)和正交频分复用多址(OFDMA)技术。LTE良好的向后兼容性使得它可以从HSPA和HSPA+的技术发展和最新理解中获益，同时LTE可以自由采用最先进的技术。
[0003]LTE系统的性能是各个网络运营商最为看重的一点。出于市场因素的考虑，在首次发布的LTE系统主要性能要求中，LTE系统在最大带宽20MHz的情况下，两根接收天线和一根发射天线的假设下，上下行峰值传输速率分别为lOOMbits/s和50Mbits/s，相应于频谱效率分别为5bits/Hz和2.5bits/Hz ;从移动性的角度去考虑，LTE系统需要在终端移动速度达到350Km/h的情况下仍然能支持正常的通信，甚至在使用更高的频段下支持500Km/h的移动速度，这就要求小区之间的无中断切换；在时延方面，LTE要求最佳条件下无线接入网络的时延要低至5ms ；LTE的上下行都能工作在广泛的频带范围内以及适应各种带宽的频谱分配。
[0004]根据Release 11，LTE系统中共有6种带宽可供选择，分别是1.4MHz、2.5MHz、5MHz、10MHz、15MHz 和 20MHz，分别对应的子载波个数为 72、180、300、600、900 和 1200，FFT的点数分别为 128、256、512、1024、1536 和 2048。子载波间隔为 15KHz，在MBSFN(MultimediaBroadcast Single Frequency Network,多媒体广播单频网)模式下,子载波间隔为7.5KHz。在LTE系统中，QPSKU6QAM和64QAM的调制方式被采用，使用1/3码率的turbo编解码。LTE系统有两种传送数据的模式，分别是频域双工(FDD)和时域双工(TDD)，FDD模式是本发明的工作模式。LTE支持的环境差异性非常大，因此设计者们针对不同的环境设计了不同的循环前缀长度。一般模式下，在20MHz的带宽下，对于时间长度为0.5ms的时隙，LTE下行链路米用5.2 μ s和4.7 μ s两种不同时间长度的循环前缀,一个时隙里第一个OFDM符号采用5.2 μ s的循环前缀，剩下6个OFDM符号采用4.7 μ s的循环前缀，这样做是为了保证
0.5ms内的OFDM符号个数是整数；为了确保即使在郊区和农村较大的小区，时延扩展也能满足远小于循环前缀长度的要求，扩展模式在这种情况才被采用。扩展模式下，循环前缀长度为16.7 μ S或者33.3 μ S，分别对应于子载波间隔为15ΚΗΖ和7.5ΚΗζ,当然这种做法就增大了系统开销，降低了频谱利用率。本发明针对普通模式也就是循环前缀较短的情况，这样在保证接收信号正确率的同时能够保持系统的带宽利用率。
[0005]由于发射机和接收机晶振频率的不匹配以及多普勒频移会导致载波频偏。载波频偏，特别是小数倍载波频偏的存在会导致码间干扰(ISI)、子载波间干扰(ICI)并且降低了信号的能量，破坏子载波之间的正交性，极大地影响了接收机的性能，也对后面的解码和解读信息造成了不可估量的影响。对于采用OFDM技术的LTE标准来说，保证子载波之间的正交性是能够正确接收信息的前提，因此载波频偏的估计与纠正是LTE系统中不可缺少的一
止/J/ O
[0006]除此之外，要获得正确的发射信息，必须要知道信息的起始位置在哪里，这样经过接收机的检测才能得到正确的发射信息。由于载波频偏和信道的时延的存在，导致接收信号和发射信号之间存在一定的时延，因此定时同步也是非常必要的。
[0007]粗同步算法的功能是检测小数倍载波频偏和定时偏差并进行纠正，传统的粗同步算法有 ML (Maximum Likelihood), MMSE (Minimum Mean Square Error), MC (MaximumCorrelation)和S&C (Schmidl&Cox)算法,这四种算法均是利用循环前缀与有效信息之间的相关性进行检测，在循环前缀长度较短的情况下，这四种算法都无法得到很好地性能。由 University of Texas at Dallas 的 H.Minn 教授、University of British Columbia的 V.K.Bhargava 教授和 Hong Kong University of Science and Technology 的 Κ.B.Letaief教授提出了一种针对具有UL>2}个同样的序列的多载波算法，例如CMMB标准下的preamble序列,这个算法提出了粗同步算法中的能量收集概念。
[0008]在上述技术背景下，为了保持LTE系统的带宽利用率，抑制多径延时和多普勒效应，本发明提出了新的针对FDD模式一般循环前缀长度的粗同步算法。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种LTE-FDD系统抑制多径延时多普勒效应的粗同步方法，其可以保持LTE系统的带宽利用率，抑制多径延时和多普勒效应。
[0010]本发明提供的LTE-FDD系统抑制多径延时多普勒效应的粗同步方法，其使用一个时隙中所有OFDM符号的循环前缀进行小数倍载波频偏检测和帧起始点检测，具体步骤如下:
I)存储信号
将接收到的一个时隙长度的信号存储下来，定义K0(i=OA--JV-1)为解星座映射之前的接收信号，#为FFT长度，为LTE系统中的两种循环前缀长度。接收到的一个OFDM符号定义为
【权利要求】
1.一种LTE-FDD系统抑制多径延时多普勒效应的粗同步方法，其特征在于使用一个时隙中所有OFDM符号的循环前缀进行小数倍载波频偏检测和帧起始点检测，具体步骤如下:步骤1:存储信号 将接收到的一个时隙长度的信号存储下来，定义Ki1(i=QV-vW-1)为解星座映射之前的接收信号，jv为FFT长度，<?€捽戽}，呀為为LTE系统中的两种循环前缀长度；接收到的一个OFDM符号定义为:
2.根据权利要求1所述的粗同步方法，其特征在于:步骤I中需要存储的序列长度为6{Ni G2)i N i Gl ;其中N为FFT长度，为LTE系统中的两种循环前缀长度。
3.根据权利要求1所述的粗同步方法，其特征在于:所述进行7个OFDM符号的相关运算时，先进行长度为Gi的相关运算，然后对其后的gW+务)长度的信号进行6次长度为每的相关运算，其中N为FFT长度'Gk爲为LTE系统中的两种循环前缀长度。
【文档编号】H04L27/26GK103581100SQ201310429713
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年9月22日 优先权日:2013年9月22日
【发明者】陈赟, 丁娜, 吴迪, 曾晓洋 申请人:复旦大学