专利名称：一种多小区快速频点扫描方法
技术领域：
本发明属于无线通信技术领域，涉及一种基于FFT的多小区快速频点扫描方法。 具体涉及一种在时分双工-长期演进通信系统(TDD-LTE)中基于FFT多小区初始搜索的快速频率扫描方法。
背景技术：
在蜂窝移动通信系统中，移动终端首先要进行小区搜索，通过该过程入驻到特定的移动通信网络，然后才能进行通信。小区搜索是移动终端与小区时频同步、发现小区ID 的过程。而在小区搜索过程中，移动终端首先要在对应的整个通信频带上进行频点扫描，获取小区的中心频点及系统带宽。目前的小区初始频点扫描方案大多针对GSM和CMDA制式而提出的。在这两种制式中由于它们的通信频带较窄且小区可用系统带宽单一，基本方法是对所有允许频点进行测量，得出相应信号强度列表进而确定接入频点。在TDD-LTE系统中，可用通信频带为2300MHz至MOOMHz，总带宽为IOOMHz。每个可用中心频点间隔为ΙΟΟΚΗζ。通常小区系统带宽有三种选择10MHz，15MHz和20MHz。在小区下行链路初始同步扫描频率获取小区中心频率和带宽时，如果使用全频带逐个频点依次检查，要遍历1000个频点，并且每个频点有三种带宽的可能，这样是十分低效的。因此需要研究一种能找到系统中心频点同时能判断系统带宽的快速扫描方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提出了一种基于FFT的多小区快速频点扫描方法，具体涉及一种用于时分双工-长期演进通信系统(TDD-LTE)的多小区干扰情况下的初始同步频率扫描方法。现有技术在TDD-LTE系统中所用的是OFDMA调制，其数据的帧结构如附图1所示。 每一个无线帧由两个半帧构成，每一个半帧长度为5ms。每个半帧由4个常规子帧和一个特殊子帧构成。一个常规子帧包含两个时隙，每个时隙长度为0.5ms。特殊子帧由下行导频时隙(Downlink Pilot Time Slot，DwPTS)、保护时隙(Guard Period,GP)和上行导频时隙 (Uplink Pilot TimeSlot, UpPTS)三个特殊时隙构成，DwPTS和UpPTS的长度是可配置的， 但DwPTS、GP以及UpPTS的总长度等于1ms。每个时隙包含Nsymb11个OFDM符号。本发明针对TDD-LTE系统整个通信频带宽、小区可用系统带宽可变的特点，设计了基于FFT的一步粗扫和一步细扫的频率扫描方案，能快速而精确地确定整个通信频带上所拥有的可用小区中心频点及其系统带宽。本发明可同时确定多小区干扰情况下的所有系统带宽和中心频点，以供用户选择接入。具体而言，本发明一种基于FFT的多小区快速频点扫描方法，其特征在于，通过将接收数据经过FFT转换到频域，快速确定LTE整个可用频带上所拥有的可接入的小区系统带宽和相应的中心频点。
本发明方法包括粗扫和细扫两个过程；粗扫先通过时频转换时域接收数据经FFT 变换转换到频域，频谱整形后通过判断频谱段的起始位置来确定系统的带宽及中心频点， 并通过一定的规则减小误差；通过粗扫可以确定系统带宽并粗略确定中心频点；细扫是指在粗扫确定的备选中心频点附近，以固定频率间隔(LTE信道栅格)为步长，测量个频点的功率，获得一组备选频点，选择最大功率值对应的频点作为中心频点。本发明所述的粗扫包括如下三个过程时频转换、整形和判决。所述的时频转换是将接收数据分别通过带宽为20MHz，中心频点分别为窗口中心的滤波器，然后对滤波后的数据进行FFT变换得到各窗口内的频谱，在IOOMHz上对这些频谱段进行拼接，得到整个IOOMHz内的频谱分布。所述的整形是通过一定的处理将频谱转化为适合后续判决的矩形，从而方便地通过观察上升沿及下降沿来确定各段频谱的起始和终止位置。所述的判决是通过扫描所有频带起始频点确定所有备选频带的带宽及中心频点 测量带宽为起始频点之差，中心频点为起始频点的均值；如果相邻两个频谱之间的间隔小于保护间隔，则把它们合并为一个频带，如图3所示。本发明中，粗扫将整个LTE系统频带均分为5个20MHZ窗口，分别以窗口中心为滤波器中心频点，以窗口长度为滤波器带宽对接收数据进行滤波，对滤波数据进行FFT后得到各20MHZ频带内的频谱分布，然后在整个下行100M频带上对上述各频谱段进行拼接，通过整形和一系列判决条件后，确定小区信号带宽并粗略确定中心频点。本发明所述的细扫是在粗扫确定的中心频点士500KHZ的频率范围中，以IOOKHz 为步长，依次取11个频点作为滤波器中心，并用粗扫确定的相应系统带宽为滤波器带宽， 分别测量出11个功率值，取功率值最大值对应的频点作为最终中心频点。本发明中，最后将粗扫和细扫后确定的所有中心频点及带宽按照归一化功率大小排序建立列表，以备移动终端下行同步时使用。本发明的多小区快速频点扫描方法，其主要流程如下所示(图2)1)以2310MHZ为起始中心频率，将整个TDD-LTE频带均分为5个20MHZ的频段；2)分别对上步的5个频段所接收的数据进行FFT，即将采样得到的数据经FFT转换到频域，得到其在5个频段上的频谱分布；3)检查整个信号频带看是否有信号频谱，如果没有则跳回到上面的1步骤，否则执行下面的步骤；4)将5个20MHZ频段内所得的频谱进行拼接，得出整个TDD-LTE频带上的不同小区的独立信号频谱，即认为相邻间隔小于小区保护带宽的频谱为同一个小区信号的频谱， 从而得到各自独立的小区信号频谱；5)根据上步得到的各自独立的小区信号频谱之起始和截止频点确定相应小区的系统带宽和中心频点，即由各段频谱的起始频点与截止频点之差、起始频点与截止频点之均值得出其相应的系统带宽和中心频率；6)精确小区信号频谱的中心频点。即在上步确定的各小区中心频点左右500KHZ 的频率范围内，以100KHZ为步长取11个频点作为中心频点fc，并用前面确定的相应带宽为带宽测量此11点的功率值。取功率值最大时所对应的频点作为相应小区信号的实际中心频点；
7)将上面得到的所有中心频点及带宽按照归一化功率大小排序建立列表，以备移动终端下行同步时使用。本发明方法具有如下优点本发明针对多小区干扰情况下时域分析的复杂性，将时域数据经FFT转换到频域，能直观地通过频谱分布确定整个可用频带上所拥有的系统带宽和中心频点；同时，将搜索到的所有可用带宽按其归一化后的功率大小排序供用户选择，能避免搜索的中心频点与用户所需频点不一致，仿真结果表明本方法能快速而准确地确定所有系统带宽及相应中心频点。
图1为TDD-LTE帧结构示意图。图2为本发明完成初始频点扫描的操作流程框图。图3为小区信号分段扫描频谱及频谱拼接示意图，其中，(a)分频段扫描后所得频谱示意图，阴影部分为信号频谱，这里假设有2个小区信号，(b)进行频谱拼接后所得频谱示意图，阴影部分为信号频谱，这里假设有2个小区信号。图4为仿真结果，其中，仿真参数设置为随机选取三组中心频点，每组100个，模拟3个小区干扰情况；选用带宽在三种系统带宽(10MHZ、15MHZ、20MHZ)中随机选取(满足不同小区发送信号频谱之间不存在重叠)，信噪比为10dB。
具体实施例方式实施例1具体频率扫描1.粗扫确定小区系统带宽和粗略的中心频点(1)时频转换将LTE总频带IOOMHz以20MHz为单位均分为5个窗口，依次以窗口中心对应频点为中心频点，以20MHz为滤波器带宽，对接收数据进行滤波。取滤波后的η个OFDM符号进行FFT(为了减弱数据突发的影响，η可相应取大)，将时域数据转换到频域，得出每个20MHz 频带内的频谱分布。(2)将5个20MHZ频带内频谱进行拼接将5个频谱段按一定顺序拼接，得到整个IOOMHz内的频谱。根据频谱分布可以直观判断接收信息集中分布于哪些频谱段，即对应各小区使用的系统带宽。(3)频谱整形由于频谱幅度波动较大，不利于后续处理。因此应该对频谱信息进行整形；本发明提出的整形算法是对原频谱连续M点的频谱幅度求其平均；设定阈值T ；如果该平均值大于 T，则设置该点对应矩形波幅度为1 ；如果平均值小于T，则设置为-1 ；(4)确定相应系统带宽和中心频点频谱整形后，则可由各段频谱的起始频点之差、起始频点之和得出其相应的系统带宽和中心频率。(例如频谱起始频点为fl，截止频率为f2 ；则其系统带宽为f2-fl，中心频点fc为fl+(f2-f 1)/2)。如果中心频点fl+(f2-fl)/2的值不为100KHZ的倍数，可通过四舍五入的方法将其取成100KHZ的倍数。通常取10M、15M、20M三个中与测量带宽最接近的作为最终带宽。另一个重要的判决条件是如果相邻两个频谱之间的间隔小于保护间隔，则把它们合并为一个频带；2.细扫精确确定小区中心频点由于粗扫确定的中心频点可能存在误差，因此需要在此基础上进行更为精确的细扫即在粗扫得到的各中心频点左右500KHZ的频率范围内，以IOOKHz为步长，依次取11个频点作为滤波器中心频点，以粗扫确定的系统带宽为滤波器带宽，测量出11个功率值，取功率值最大对应的频点作为最终中心频点。3.建立可用中心频点及小区系统带宽列表将得到的所有中心频点和相应系统带宽按其归一化后的功率(功率除以带宽)的大小进行排列，以备移动终端进行小区下行同步时使用。
权利要求
1.一种多小区快速频点扫描方法，其特征在于，通过将接收数据经过FFT转换到频域， 快速确定LTE整个可用频带上所拥有的可接入的小区系统带宽和相应的中心频点，其中包括粗扫和细扫两个过程。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的粗扫过程包括时频转换、整形和判决。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的粗扫先通过时频转换时域接收数据经FFT变换转换到频域，频谱整形后通过判断频谱段的起始位置确定系统的带宽及中心频点，通过规则减小误差。
4.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的细扫是在粗扫确定的备选中心频点附近，以固定频率间隔为步长，测量个频点的功率，获得备选频点，选择最大功率值对应的频点作为中心频点。
5.按权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的粗扫过程中的时频转换是将接收数据分别通过带宽为20MHz，中心频点分别为窗口中心的滤波器，然后对滤波后的数据进行 FFT变换得到各窗口内的频谱，在IOOMHz上对所得的频谱段拼接，得整个IOOMHz内的频谱分布。
6.按权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的粗扫过程中的整形是通过处理将频谱转化为适合后续判决的矩形，从而通过观察上升沿及下降沿确定各段频谱的起始和终止位置。
7.按权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的粗扫过程中的判决是通过扫描所有频带起始频点确定所有备选频带的带宽及中心频点，其中，测量带宽为起始频点之差，中心频点为起始频点的均值。
8.按权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的判决中，相邻两个频谱之间的间隔小于保护间隔，则把它们合并为一个频带。
9.按权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的细扫是在粗扫确定的中心频点士500KHZ的频率范围中，以IOOKHz为步长，依次取11个频点作为滤波器中心，并用粗扫确定的相应系统带宽为滤波器带宽，分别测量出11个功率值，取功率值最大值对应的频点作为最终中心频点。
10.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的粗扫和细扫过程的最后，是将搜索到的小区中心频点和系统带宽，按其归一化后的功率大小依次排列供移动终端后续同步选用。
全文摘要
本发明属无线通信技术领域，涉及一种基于FFT的多小区快速频点扫描方法。本发明包括粗扫和细扫两个过程。粗扫先通过时频转换时域接收数据经FFT变换转换到频域，频谱整形后通过判断频谱段的起始位置来确定系统的带宽及中心频点，并通过一定的规则减小误差；通过粗扫可以确定系统带宽并粗略确定中心频点；细扫是在粗扫确定的备选中心频点附近，以固定频率间隔为步长，测量个频点的功率，获得一组备选频点，选择最大功率值对应的频点作为中心频点。本发明可同时确定多小区干扰情况下的所有系统带宽和中心频点，以供用户选择接入。
文档编号H04W48/16GK102202381SQ20101013423
公开日2011年9月28日 申请日期2010年3月26日 优先权日2010年3月26日
发明者周小林, 曹志强, 谭伟 申请人:复旦大学