一種多小區快速頻點掃描方法
2023-10-06 13:23:49
專利名稱：一種多小區快速頻點掃描方法
技術領域：
本發明屬於無線通信技術領域，涉及一種基於FFT的多小區快速頻點掃描方法。 具體涉及一種在時分雙工-長期演進通信系統(TDD-LTE)中基於FFT多小區初始搜索的快速頻率掃描方法。
背景技術：
在蜂窩移動通信系統中，移動終端首先要進行小區搜索，通過該過程入駐到特定的移動通信網絡，然後才能進行通信。小區搜索是移動終端與小區時頻同步、發現小區ID 的過程。而在小區搜索過程中，移動終端首先要在對應的整個通信頻帶上進行頻點掃描，獲取小區的中心頻點及系統帶寬。目前的小區初始頻點掃描方案大多針對GSM和CMDA制式而提出的。在這兩種制式中由於它們的通信頻帶較窄且小區可用系統帶寬單一，基本方法是對所有允許頻點進行測量，得出相應信號強度列表進而確定接入頻點。在TDD-LTE系統中，可用通信頻帶為2300MHz至MOOMHz，總帶寬為IOOMHz。每個可用中心頻點間隔為ΙΟΟΚΗζ。通常小區系統帶寬有三種選擇10MHz，15MHz和20MHz。在小區下行鏈路初始同步掃描頻率獲取小區中心頻率和帶寬時，如果使用全頻帶逐個頻點依次檢查，要遍歷1000個頻點，並且每個頻點有三種帶寬的可能，這樣是十分低效的。因此需要研究一種能找到系統中心頻點同時能判斷系統帶寬的快速掃描方法。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提出了一種基於FFT的多小區快速頻點掃描方法，具體涉及一種用於時分雙工-長期演進通信系統(TDD-LTE)的多小區幹擾情況下的初始同步頻率掃描方法。現有技術在TDD-LTE系統中所用的是OFDMA調製，其數據的幀結構如附圖1所示。 每一個無線幀由兩個半幀構成，每一個半幀長度為5ms。每個半幀由4個常規子幀和一個特殊子幀構成。一個常規子幀包含兩個時隙，每個時隙長度為0.5ms。特殊子幀由下行導頻時隙(Downlink Pilot Time Slot，DwPTS)、保護時隙(Guard Period,GP)和上行導頻時隙 (Uplink Pilot TimeSlot, UpPTS)三個特殊時隙構成，DwPTS和UpPTS的長度是可配置的， 但DwPTS、GP以及UpPTS的總長度等於1ms。每個時隙包含Nsymb11個OFDM符號。本發明針對TDD-LTE系統整個通信頻帶寬、小區可用系統帶寬可變的特點，設計了基於FFT的一步粗掃和一步細掃的頻率掃描方案，能快速而精確地確定整個通信頻帶上所擁有的可用小區中心頻點及其系統帶寬。本發明可同時確定多小區幹擾情況下的所有系統帶寬和中心頻點，以供用戶選擇接入。具體而言，本發明一種基於FFT的多小區快速頻點掃描方法，其特徵在於，通過將接收數據經過FFT轉換到頻域，快速確定LTE整個可用頻帶上所擁有的可接入的小區系統帶寬和相應的中心頻點。
本發明方法包括粗掃和細掃兩個過程；粗掃先通過時頻轉換時域接收數據經FFT 變換轉換到頻域，頻譜整形後通過判斷頻譜段的起始位置來確定系統的帶寬及中心頻點， 並通過一定的規則減小誤差；通過粗掃可以確定系統帶寬並粗略確定中心頻點；細掃是指在粗掃確定的備選中心頻點附近，以固定頻率間隔(LTE信道柵格)為步長，測量個頻點的功率，獲得一組備選頻點，選擇最大功率值對應的頻點作為中心頻點。本發明所述的粗掃包括如下三個過程時頻轉換、整形和判決。所述的時頻轉換是將接收數據分別通過帶寬為20MHz，中心頻點分別為窗口中心的濾波器，然後對濾波後的數據進行FFT變換得到各窗口內的頻譜，在IOOMHz上對這些頻譜段進行拼接，得到整個IOOMHz內的頻譜分布。所述的整形是通過一定的處理將頻譜轉化為適合後續判決的矩形，從而方便地通過觀察上升沿及下降沿來確定各段頻譜的起始和終止位置。所述的判決是通過掃描所有頻帶起始頻點確定所有備選頻帶的帶寬及中心頻點 測量帶寬為起始頻點之差，中心頻點為起始頻點的均值；如果相鄰兩個頻譜之間的間隔小於保護間隔，則把它們合併為一個頻帶，如圖3所示。本發明中，粗掃將整個LTE系統頻帶均分為5個20MHZ窗口，分別以窗口中心為濾波器中心頻點，以窗口長度為濾波器帶寬對接收數據進行濾波，對濾波數據進行FFT後得到各20MHZ頻帶內的頻譜分布，然後在整個下行100M頻帶上對上述各頻譜段進行拼接，通過整形和一系列判決條件後，確定小區信號帶寬並粗略確定中心頻點。本發明所述的細掃是在粗掃確定的中心頻點士500KHZ的頻率範圍中，以IOOKHz 為步長，依次取11個頻點作為濾波器中心，並用粗掃確定的相應系統帶寬為濾波器帶寬， 分別測量出11個功率值，取功率值最大值對應的頻點作為最終中心頻點。本發明中，最後將粗掃和細掃後確定的所有中心頻點及帶寬按照歸一化功率大小排序建立列表，以備移動終端下行同步時使用。本發明的多小區快速頻點掃描方法，其主要流程如下所示(圖2)1)以2310MHZ為起始中心頻率，將整個TDD-LTE頻帶均分為5個20MHZ的頻段；2)分別對上步的5個頻段所接收的數據進行FFT，即將採樣得到的數據經FFT轉換到頻域，得到其在5個頻段上的頻譜分布；3)檢查整個信號頻帶看是否有信號頻譜，如果沒有則跳回到上面的1步驟，否則執行下面的步驟；4)將5個20MHZ頻段內所得的頻譜進行拼接，得出整個TDD-LTE頻帶上的不同小區的獨立信號頻譜，即認為相鄰間隔小於小區保護帶寬的頻譜為同一個小區信號的頻譜， 從而得到各自獨立的小區信號頻譜；5)根據上步得到的各自獨立的小區信號頻譜之起始和截止頻點確定相應小區的系統帶寬和中心頻點，即由各段頻譜的起始頻點與截止頻點之差、起始頻點與截止頻點之均值得出其相應的系統帶寬和中心頻率；6)精確小區信號頻譜的中心頻點。即在上步確定的各小區中心頻點左右500KHZ 的頻率範圍內，以100KHZ為步長取11個頻點作為中心頻點fc，並用前面確定的相應帶寬為帶寬測量此11點的功率值。取功率值最大時所對應的頻點作為相應小區信號的實際中心頻點；
7)將上面得到的所有中心頻點及帶寬按照歸一化功率大小排序建立列表，以備移動終端下行同步時使用。本發明方法具有如下優點本發明針對多小區幹擾情況下時域分析的複雜性，將時域數據經FFT轉換到頻域，能直觀地通過頻譜分布確定整個可用頻帶上所擁有的系統帶寬和中心頻點；同時，將搜索到的所有可用帶寬按其歸一化後的功率大小排序供用戶選擇，能避免搜索的中心頻點與用戶所需頻點不一致，仿真結果表明本方法能快速而準確地確定所有系統帶寬及相應中心頻點。
圖1為TDD-LTE幀結構示意圖。圖2為本發明完成初始頻點掃描的操作流程框圖。圖3為小區信號分段掃描頻譜及頻譜拼接示意圖，其中，(a)分頻段掃描後所得頻譜示意圖，陰影部分為信號頻譜，這裡假設有2個小區信號，(b)進行頻譜拼接後所得頻譜示意圖，陰影部分為信號頻譜，這裡假設有2個小區信號。圖4為仿真結果，其中，仿真參數設置為隨機選取三組中心頻點，每組100個，模擬3個小區幹擾情況；選用帶寬在三種系統帶寬(10MHZ、15MHZ、20MHZ)中隨機選取(滿足不同小區發送信號頻譜之間不存在重疊)，信噪比為10dB。
具體實施例方式實施例1具體頻率掃描1.粗掃確定小區系統帶寬和粗略的中心頻點(1)時頻轉換將LTE總頻帶IOOMHz以20MHz為單位均分為5個窗口，依次以窗口中心對應頻點為中心頻點，以20MHz為濾波器帶寬，對接收數據進行濾波。取濾波後的η個OFDM符號進行FFT(為了減弱數據突發的影響，η可相應取大)，將時域數據轉換到頻域，得出每個20MHz 頻帶內的頻譜分布。(2)將5個20MHZ頻帶內頻譜進行拼接將5個頻譜段按一定順序拼接，得到整個IOOMHz內的頻譜。根據頻譜分布可以直觀判斷接收信息集中分布於哪些頻譜段，即對應各小區使用的系統帶寬。(3)頻譜整形由於頻譜幅度波動較大，不利於後續處理。因此應該對頻譜信息進行整形；本發明提出的整形算法是對原頻譜連續M點的頻譜幅度求其平均；設定閾值T ；如果該平均值大於 T，則設置該點對應矩形波幅度為1 ；如果平均值小於T，則設置為-1 ；(4)確定相應系統帶寬和中心頻點頻譜整形後，則可由各段頻譜的起始頻點之差、起始頻點之和得出其相應的系統帶寬和中心頻率。(例如頻譜起始頻點為fl，截止頻率為f2 ；則其系統帶寬為f2-fl，中心頻點fc為fl+(f2-f 1)/2)。如果中心頻點fl+(f2-fl)/2的值不為100KHZ的倍數，可通過四捨五入的方法將其取成100KHZ的倍數。通常取10M、15M、20M三個中與測量帶寬最接近的作為最終帶寬。另一個重要的判決條件是如果相鄰兩個頻譜之間的間隔小於保護間隔，則把它們合併為一個頻帶；2.細掃精確確定小區中心頻點由於粗掃確定的中心頻點可能存在誤差，因此需要在此基礎上進行更為精確的細掃即在粗掃得到的各中心頻點左右500KHZ的頻率範圍內，以IOOKHz為步長，依次取11個頻點作為濾波器中心頻點，以粗掃確定的系統帶寬為濾波器帶寬，測量出11個功率值，取功率值最大對應的頻點作為最終中心頻點。3.建立可用中心頻點及小區系統帶寬列表將得到的所有中心頻點和相應系統帶寬按其歸一化後的功率(功率除以帶寬)的大小進行排列，以備移動終端進行小區下行同步時使用。
權利要求
1.一種多小區快速頻點掃描方法，其特徵在於，通過將接收數據經過FFT轉換到頻域， 快速確定LTE整個可用頻帶上所擁有的可接入的小區系統帶寬和相應的中心頻點，其中包括粗掃和細掃兩個過程。
2.按權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的粗掃過程包括時頻轉換、整形和判決。
3.按權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述的粗掃先通過時頻轉換時域接收數據經FFT變換轉換到頻域，頻譜整形後通過判斷頻譜段的起始位置確定系統的帶寬及中心頻點，通過規則減小誤差。
4.按權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的細掃是在粗掃確定的備選中心頻點附近，以固定頻率間隔為步長，測量個頻點的功率，獲得備選頻點，選擇最大功率值對應的頻點作為中心頻點。
5.按權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述的粗掃過程中的時頻轉換是將接收數據分別通過帶寬為20MHz，中心頻點分別為窗口中心的濾波器，然後對濾波後的數據進行 FFT變換得到各窗口內的頻譜，在IOOMHz上對所得的頻譜段拼接，得整個IOOMHz內的頻譜分布。
6.按權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述的粗掃過程中的整形是通過處理將頻譜轉化為適合後續判決的矩形，從而通過觀察上升沿及下降沿確定各段頻譜的起始和終止位置。
7.按權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述的粗掃過程中的判決是通過掃描所有頻帶起始頻點確定所有備選頻帶的帶寬及中心頻點，其中，測量帶寬為起始頻點之差，中心頻點為起始頻點的均值。
8.按權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述的判決中，相鄰兩個頻譜之間的間隔小於保護間隔，則把它們合併為一個頻帶。
9.按權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述的細掃是在粗掃確定的中心頻點士500KHZ的頻率範圍中，以IOOKHz為步長，依次取11個頻點作為濾波器中心，並用粗掃確定的相應系統帶寬為濾波器帶寬，分別測量出11個功率值，取功率值最大值對應的頻點作為最終中心頻點。
10.按權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的粗掃和細掃過程的最後，是將搜索到的小區中心頻點和系統帶寬，按其歸一化後的功率大小依次排列供移動終端後續同步選用。
全文摘要
本發明屬無線通信技術領域，涉及一種基於FFT的多小區快速頻點掃描方法。本發明包括粗掃和細掃兩個過程。粗掃先通過時頻轉換時域接收數據經FFT變換轉換到頻域，頻譜整形後通過判斷頻譜段的起始位置來確定系統的帶寬及中心頻點，並通過一定的規則減小誤差；通過粗掃可以確定系統帶寬並粗略確定中心頻點；細掃是在粗掃確定的備選中心頻點附近，以固定頻率間隔為步長，測量個頻點的功率，獲得一組備選頻點，選擇最大功率值對應的頻點作為中心頻點。本發明可同時確定多小區幹擾情況下的所有系統帶寬和中心頻點，以供用戶選擇接入。
文檔編號H04W48/16GK102202381SQ20101013423
公開日2011年9月28日 申請日期2010年3月26日 優先權日2010年3月26日
發明者周小林, 曹志強, 譚偉 申請人:復旦大學