一种TD‑LTE系统的上下行切换方法与流程

本发明涉及无线通信领域，尤其是一种TD-LTE系统的上下行切换方法。

背景技术：

随着人们对于宽带移动通信数据业务的需求不断增加，LTE(Long Term Evolution)系统已经广泛部署，并且还在处在发展发展的过程中。根据双工方式的不同，LTE系统又分为时分双工的TD-LTE系统以及频分双工的FDD-LTE系统。在TD-LTE系统中，上行链路与下行链路工作在同一频段，通过时分复用的方式区分上下行。TDD系统相比于FDD系统的一个明显优势之一是TDD系统可以灵活的进行上下行子帧配比设置，以适应不同的上下行业务量、覆盖、容量、邻频共存等不同场景的需要。

TD-LTE系统中的无线帧帧长为10ms，包括10个等长的子帧，每个子帧包括14个OFDM符号。子帧类型包括下行传输子帧、上行传输子帧和特殊子帧，TD-LTE信号帧上下行子帧配比配置如表1所示。在表1中，下行传输子帧用‘D’表示；上行传输子帧用‘U’表示；特殊子帧用‘S’表示。特殊子帧中包括DwPTS、GP和UpPTS三种特殊时隙，分别表示下行导频时隙，保护间隔，上行导频时隙。TD-LTE支持7种上、下行子帧配比，具体如表1所示；TD-LTE还支持9种特殊子帧配置，具体如表2所示。当特殊子帧中DwPTS∶GP∶UpPTS为10∶3∶1时，帧结构如图1所示。

表1：TD-LTE信号帧上下行子帧配比配置

表2：TD-LTE信号帧内特殊子帧配置

TD-LTE系统的上下行切换，需要获取上述TD-LTE信号帧的上下行子帧配比信息以及特殊子帧内DwPTS长度信息，继而计算上下行链路切换点的位置。通常用户终端需要解出系统信息SIB1才能得到上下行子帧配比。终端首先需要完成PSCH和SSCH同步，进而通过解调PBCH获得PHICH相关信息，再寻址PDCCH解析出PDSCH上的SIB1后得到当前小区TDD时隙格式。这种解调系统信息SIB的方法复杂度太高。另一种包络检波的方法因为复杂度低而被提出。包络检波法通过对数据进行功率统计，判断TDD帧的时隙格式。这种包络检波的方法虽然复杂度低，但是不能保证切换位置精度。

技术实现要素：

发明目的：为解决现有技术中获取TD-LTE信号帧的上下行子帧配比信息以及特殊子帧内DwPTS长度信息步骤繁琐及位置精度较低的技术问题，本发明提出一种TD-LTE系统的上下行切换方法。这种TD-LTE系统上下行切换方法通过包络检波和CP检测联合检测的方法，解决了包络检波的精度问题，提供一种低成本、低实现复杂度，同时确保同步精度的TD-LTE上下行切换方法。

技术方案：为实现上述技术效果，本发明提出的技术方案为：

一种TD-LTE系统的上下行切换方法，该方法包括以下步骤：

步骤S1，对所述TD-LTE系统中任意一个无线帧长度的接收数据以子帧为单位进行功率统计，判定该无线帧的上下行子帧配比；

步骤S2，计算所述无线帧的特殊子帧内DwPTS长度；

步骤S3，计算所述无线帧中下行链路到上行链路的切换点位置，包括初始切换点位置和一般切换点位置，并在初始切换点位置和一般切换点位置上完成下行链路到上行链路的切换；其中，

下行链路到上行链路初始切换点位置的计算公式为：

式中，表示下行链路到上行链路初始切换点位置，表示通过主同步检测获得的符号定时位置，N表示一个OFDM符号的长度，N_CP表示CP的长度，n_DwPTS表示特殊子帧中DwPTS符号的个数；

下行链路到上行链路一般切换点位置的计算公式为：

式中，表示下行链路到上行链路一般性切换点位置；表示当前下行链路到上行链路一般性切换点的前一个上行到下行切换点位置；n_DwSubFr表示所述无线帧中，特殊子帧与该特殊子帧之前一个上行子帧之间的下行子帧个数；

S4，根据步骤S3得到的下行链路到上行链路的初始切换点位置和一般切换点位置，计算所述无线帧中上行链路到下行链路的切换点位置，并在上行链路到下行链路的切换点位置上完成上行链路到下行链路的切换；所述上行链路到下行链路的切换点位置计算公式为：

式中，表示上行链路到下行链路的初始切换点位置，表示上行链路到下行链路的一般切换点位置；n_UpSubFr表示所述无线帧中，特殊子帧与该特殊子帧之后一个下行子帧之间的上行子帧个数。

进一步的，所述步骤S2中计算所述无线帧的特殊子帧内DwPTS长度包括以下步骤：

步骤S2-1，在特殊子帧内，以OFDM符号为单位进行功率值统计，初步判断DwPTS长度；

步骤S2-2，在步骤S2-1得到的初步判断结果的边界处进行OFDM符号CP检测，进一步精确判定DwPTS长度；

步骤S2-3，累积M次OFDM符号CP检测的检测结果，如果这N次检测结果中特殊子帧内DwPTS长度结果一致，则判定特殊子帧内DwPTS长度获取成功；否则，返回步骤S2-1；M为预先设定的OFDM符号CP检测的检测次数。

有益效果：本发明相比于解调SIB获取上下行切换点位置的方法，成本更低、复杂度更低，更易于工程实现；相比于包络检波判断上下行切换点位置的方法，精度更高。本发明TD-LTE上下行切换方法是一种实现简单、实现成本低廉且能确保切换点位置精度的TD-LTE上下行切换方法。

附图说明

图1为TD-LTE帧结构示意图；

图2为本发明实施例流程示意图；

图3为本发明实施例中通过包络检测和CP检测联合检测判定特殊子帧内DwPTS长度的流程示意图；

图4为TD-LTE主同步符号定时位置示意图；

图5为TD-LTE上下行切换点位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图2所示为本发明实施例流程图，本实施例包括以下步骤：

步骤S1，对一个无线帧长度的接收数据以子帧为单位进行功率统计，判定该无线帧的上下行子帧配比。

步骤S2，通过包络检测和CP检测联合检测的方法，判定特殊子帧内DwPTS长度，具体步骤为：

步骤S2-1，在特殊子帧内，以OFDM符号为单位进行功率值统计，初步判断DwPTS长度；

步骤S2-2，在步骤S2-1得到的初步判断边界处进行OFDM符号CP检测，更加精确判定DwPTS长度；

步骤S2-3，累积M次有效检测结果，如果这M次检测的特殊子帧内DwPTS长度结果一致，则认为特殊子帧内DwPTS长度获取成功；否则回到步骤S2-1，重复步骤S2-1到S2-3。

步骤S3，在系统进行第一次下行链路到上行链路的切换时，按照下行链路切换到上行链路的初始切换点位置计算方法获得下行链路到上行链路的初始切换点位置，在系统完成第一次下行链路到上行链路的切换后，按照下行链路切换到上行链路的一般性切换点位置计算方法获得下行链路到上行链路的一般切换点位置，并在初始切换点和一般切换点上完成下行到上行链路的切换。

下行切换到上行的初始切换点的搜索基于步骤S1得到的TD-LTE信号上下行配比及步骤S2得到的特殊子帧内DwPTS长度。

下行链路切换到上行链路的初始切换点位置计算方法：

计算从主同步检测获得的符号定时位置到下行切换到上行的初始切换点位置的时间间隔，设置计数器从主同步检测获得的符号定时位置开始计数，直到下行切换到上行的初始切换点。记主同步检测获得的符号定时位置为一个OFDM符号长度(FFT大小)为N，CP长度为N_Cp，特殊子帧中DwPTS符号个数为n_DwPTS，下行到上行的切换点位置为它们的计算关系式如式1所示：

下行链路切换到上行链路的一般性切换点位置计算方法：

记下行到上行一般性切换点位置为前一个上行到下行切换点位置为该TD-LTE信号帧中特殊子帧与该特殊子帧之前一个上行子帧之间DE下行子帧个数为n_DwSubFr，一个子帧的FFT大小为30720采样点，则上行到下行的一般切换点位置计算式如式2所示：

步骤S4，从下行链路切换到上行链路的切换点开始计数，计算上行链路切换到下行链路的切换点，并在切换点完成上行到下行链路的切换。

上述上行链路切换到下行链路的切换点的计算基于步骤S1得到的TD-LTE信号上下行配比、步骤S2得到的特殊子帧内DwPTS长度以及步骤S3得到的下行链路切换到上行链路的切换点位置。每个上行链路切换到下行链路的切换点位置计算如下：

这里记前一个下行到上行切换点位置为上行到下行切换点位置为该TD-LTE信号帧中特殊子帧与该特殊子帧之后一个下行子帧之间上行子帧个数为n_UpSubFr，一个子帧的FFT大小为30720采样点，上行到下行的切换点位置计算式下所示：

式中，表示上行链路到下行链路的初始切换点位置，表示上行链路到下行链路的一般切换点位置；n_UpSubFr表示所述无线帧中，特殊子帧与该特殊子帧之后一个下行子帧之间的上行子帧个数。

设置计数器从当前搜索的上行链路切换到下行链路的切换点的前一个下行链路到上行链路的切换点开始计数，直至达到

如图3所示，所述S2中包络检波和CP检测联合检测方法判定特殊子帧内DwPTS长度的具体包括步骤：

步骤S2-1，在特殊子帧内，以OFDM符号为单位进行功率值统计，初步判断DwPTS长度；

步骤S2-2，在步骤S2-1得到的初步判断边界处进行OFDM符号CP检测，更加精确判定DwPTS长度；

步骤S2-3，累积N次有效检测结果，如果这N次检测的特殊子帧内DwPTS长度结果一致则认为特殊子帧内DwPTS长度获取成功，否则回到步骤S2-1重复步骤S2-1到S2-3。

下面将根据图4和图5，详细解释上下行切换点位置计算方法。

图4所示为TD-LTE主同步符号定时位置示意图，主同步检测获得的符号定时位置位于特殊子帧内DwPTS的第三个CP之后。

如图5所示为TD-LTE上下行切换点位置示意图，上行链路到下行链路的切换点位置和其对应的下行到上行的初始切换点位置位于同一特殊子帧内DwPTS结束之后，与的距离为N+(n_DwPTS-3)·(N_CP+N)，其中一个OFDM符号长度(FFT大小)为N，CP长度为N_CP，特殊子帧中DwPTS符号个数为n_DwPTS。

下行链路到上行链路的切换点间隔30720·n_UpSubFr+[30720-n_DwPTS·(N_CP+N)]，其中n_UpSubFr为上行子帧个数，30720为一个子帧的FFT大小，[30720-n_DwPTS·(N_CP+N)]表示特殊子帧中GP和UpPTS长度之和。同样的方法可以从推算出下一次切换位置

本发明的TD-LTE上下行切换方法搜索得到的上下行切换点在实际应用中，可适当延迟多个FFT样点以保证上、下行信号完整接收。

以上所述仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此理解为对本发明专利范围的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。