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CN116916436A - 一种同步信号的发射方法及系统 - Google Patents

一种同步信号的发射方法及系统 Download PDF

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CN116916436A CN202310950592.2A CN202310950592A CN116916436A CN 116916436 A CN116916436 A CN 116916436A CN 202310950592 A CN202310950592 A CN 202310950592A CN 116916436 A CN116916436 A CN 116916436A
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Abstract

本发明公开了一种同步信号的发射方法及系统，该方法包括如下步骤：S1：确定系统参数，所述参数配置完成后作为通信协议预存在基站侧与终端侧；S2：基站根据协议规范生成同步信号SS频域序列；S3：通过反傅里叶变换IDFT将SS频域序列转换为SS时域信号；S4：基站在一个SS周期内发射多个SS，不同的SS使用不同的预设SS发射中心频率来抵消多普勒频偏；S5：终端使用与SS发射中心频率相同的SS接收中心频率在接收信号中完成SS捕获。本发明克服了终端在高速移动通信场景使用时域一维SS搜索捕获SS信号成功率降低的问题。

Description

一种同步信号的发射方法及系统
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种同步信号的发射方法及系统。
背景技术
在以LTE(长期演进，即第四代移动通信技术)、NR(新空口，即第五代移动通信技术)为代表的当前移动通信技术中终端通过捕获基站发射的同步信号(SS)来获得小区时频同步。由于在完成时频同步之前终端无法获取基站信号的时间与频率信息，所以终端需要持续在接收信号中同时在时域与频域2个维度搜索SS，该过程被称为时频二维SS搜索。由于时频二维SS搜索的运算复杂度较高造成终端功耗增加，为了简化该过程复杂度协议(本发明中协议均指3GPP TS 38.211Realease 16版本协议)将SS的发射中心频率(SS发射中心频率定义为基站在发射SS时，SS频域序列中排序正中间元素对应子载波的发射频率，由于协议规定SS序列占用的子载波数为奇数，所以肯定存在排序正中间的元素)规划在终端已知的固定频率位置，这样终端只需要使用固定的SS接收中心频率(SS接收中心频率定义为终端在接收SS时，假设接收信号中SS频域序列排序正中间元素对应子载波的频率，由于协议规定SS序列占用的子载波数为奇数，所以肯定存在排序正中间的元素)在时域维度进行SS信号一维搜索(该过程称为时域一维SS搜索)，大大简化了终端初始同步搜索的复杂度。
但是在以低轨卫星通信场景为例的高速移动通信场景中，SS到达终端时有较大多普勒频偏，这使得终端的SS接收中心频率与接收信号的SS实际中心频率(接收信号的SS实际中心频率定义为终端在接收SS时，接收信号中SS频域序列排序正中间元素对应子载波的实际频率，由于协议规定SS序列占用的子载波数为奇数，所以肯定存在排序正中间的元素)有较大偏差(在SS捕获完成之前，终端无法获知该频率偏差)，导致终端使用时域一维SS搜索捕获SS信号的成功概率大幅降低。为了解决该问题，现有技术方案又需要终端完成时频二维SS搜索来抵消多普勒频偏的影响，使得终端初始同步搜索的复杂度大幅增加。
发明内容
本发明的目的是提供一种同步信号的发射方法及系统，以解决终端在高速移动通信场景使用时域一维SS搜索捕获SS信号成功率降低的问题的技术问题。
本发明是采用以下技术方案实现的：一种同步信号的发射方法，包括如下步骤：
S1：确定系统参数，所述参数配置完成后作为通信协议预存在基站侧与终端侧；
S2：基站根据协议规范生成同步信号SS频域序列；
S3：通过反傅里叶变换IDFT将SS频域序列转换为SS时域信号；
S4：基站在一个SS周期内发射多个SS，不同的SS使用不同的预设SS发射中心频率来抵消多普勒频偏；
S5：终端使用与SS发射中心频率相同的SS接收中心频率在接收信号中完成SS捕获。
进一步的，所述参数包括：子载波间隔Δf、SS发射周期TSS、SS发射标准中心频率fTx、SS序列长度LSS、每个SS周期内的SS发射数量NSS、每个SS在当前SS发射周期内的相对周期起点时刻的发射时间周期内第一个SS的发射中心频率f0、相邻SS的发射中心频率差fd。
进一步的，所述相邻SS的发射中心频率差fd的配置范围为：0.1Δf≤fd≤Δf。
进一步的，步骤S2具体为：基站根据协议规范生成同步信号SS频域序列：
XSS(m),m＝0,…,LSS-1；
其中，LSS为协议规定的SS频域序列长度。
进一步的，步骤S3具体为：通过反傅里叶变换IDFT将SS频域序列转换为SS时域信号：
进一步的，步骤S4具体为：基站在某个SS周期中发射NSS个SS，假设单个SS周期起点的时间为t＝0，那么该周期内第nSS个SS为：
进一步的，步骤S5具体为：终端使用SS接收中心频率fRx＝fTx在接收信号中完成SS捕获，SS捕获采用接收信号滑窗相关算法实现，只要相关系数大于门限可认为完成SS捕获。
一种同步信号的发射系统，包括配置模块、转换模块、发射模块和捕获模块，其中，
配置模块，确定系统参数，所述参数配置完成后作为通信协议预存在基站侧与终端侧；
转换模块，根据协议规范生成同步信号SS频域序列，通过反傅里叶变换IDFT将SS频域序列转换为SS时域信号；
发射模块，在一个SS周期内发射多个SS，不同的SS使用不同的预设SS发射中心频率来抵消多普勒频偏；
捕获模块，使用与SS发射中心频率相同的SS接收中心频率在接收信号中完成SS捕获。
一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述所述的方法。
一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述所述的方法。
本发明的有益效果在于：本发明基站在单个SS周期内发射多个发射中心频率不同的SS，这样在单个SS周期内的多个SS的发射中心频率组成了一个SS发射中心频率集合。在以低轨卫星通信场景为例的高速移动通信场景中，上述SS发射中心集合叠加多普勒频偏后形成多普勒SS中心频率集合，这样终端使用的SS接收中心频率只要与多普勒SS中心频率集合中的某一个SS中心频率接近就可以成功捕获SS(在一个周期的多个SS中，终端只要完成一个SS的捕获即可)。综上，本发明方案克服了终端在高速移动通信场景使用时域一维SS搜索捕获SS信号成功率降低的问题，相对现有方案显著降低终端运算复杂度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
参见图1，一种同步信号的发射方法，包括如下步骤：
S1：确定系统参数，所述参数配置完成后作为通信协议预存在基站侧与终端侧；
S2：基站根据协议规范生成同步信号SS频域序列；
S3：通过反傅里叶变换IDFT将SS频域序列转换为SS时域信号；
S4：基站在一个SS周期内发射多个SS，不同的SS使用不同的预设SS发射中心频率来抵消多普勒频偏；
S5：终端使用与SS发射中心频率相同的SS接收中心频率在接收信号中完成SS捕获。
本发明基站根据配置的系统参数在1个SS周期内发射多个SS，不同的SS在使用不同的预设SS发射中心频率来抵消多普勒频偏，这样即使系统存在较大的多普勒频偏终端也可以使用固定接收频率通过时域一维SS搜索完成SS捕获。
在本实施例当中，所述参数包括：配置系统子载波间隔Δf＝120kHz、SS发射周期TSS＝10s、SS发射标准中心频率fTx＝7680kHz、SS序列长度LSS＝127、每个SS周期内的SS发射数量NSS＝8、8个SS在当前SS发射周期内的相对周期起点时刻的发射时间为{01234567}s、周期内第一个SS的发射中心频率f0＝7500kHz、相邻SS的发射中心频率差fd＝60kHz。其中，发射中心频率差fd的选择基于多普勒频偏对SS捕获性能的影响，一方面一般来说多普勒频偏大于0.5Δf会导致SS捕获性能严重下降(性能损失将近4dB)；多普勒频偏小于0.1Δf对SS捕获性能无明显影响，所以一般配置0.1Δf≤fd≤Δf。
在本实施例当中，步骤S2具体为：基站根据协议规范生成同步信号SS频域序列：
XSS(m),m＝0,…,126；
其中，LSS为协议规定的SS频域序列长度。
在本实施例当中，步骤S3具体为：通过反傅里叶变换IDFT将SS频域序列转换为SS时域信号：
在本实施例当中，步骤S4具体为：基站在某个SS周期中发射NSS个SS，假设单个SS周期起点的时间为t＝0，那么该周期内第nSS个SS为：
0≤nSS≤NSS-1。可见相某一个SS的发射中心频率比前一个SS高fd(这里为了表达简便忽略了OFDM(正交频分复用)系统的加CP(循环前缀)过程，这不影响本专利的方案描述)。
具体的，以基站在某个SS周期中发射8个SS(NSS＝8)为例进行说明，假设单个SS周期起点的时间为t＝0，那么该周期内第8个SS信号分别为：
在本实施例当中，步骤S5具体为：终端使用SS接收中心频率fRx＝7680kHz通过时域一维SS搜索在接收信号中完成SS捕获。一般来说终端的SS接收中心频率与接收信号的SS实际中心频率相差大于半子载波间隔(在该实施例中半子载波间隔为60kHz)会导致终端无法捕获SS，假设当前的多普勒频偏为-110kHz，在现有业界通用方案中终端需要使用时频二维SS搜索来抵消多普勒频偏的影响，这大幅增加了终端的运算复杂度；而如果使用本发明方案，终端在使用时域一维SS搜索在接收信号中完成SS捕获时(SS捕获可用当前通用的接收信号滑窗相关算法实现，只要相关系数大于门限可认为完成SS捕获)，xSS,5(t)的SS实际中心频率与fRx相差只有10kHz(fRx＝7680kHz，xSS,5(t)的SS实际中心频率＝fTx+120kHz-110kHz＝7690kHz)，可显著提升一维SS搜索的捕获成功率(在一个周期的多个SS中，终端只要完成一个SS的捕获即可)。综上，本发明在系统存在较大的多普勒频偏的场景使终端可以通过时域一维SS搜索完成SS捕获，相对现有方案大幅降低了终端的运算复杂度。
本发明还提供了一种同步信号的发射系统，包括配置模块、转换模块、发射模块和捕获模块，其中，配置模块，确定系统参数，所述参数配置完成后作为通信协议预存在基站侧与终端侧；转换模块，根据协议规范生成同步信号SS频域序列，通过反傅里叶变换IDFT将SS频域序列转换为SS时域信号；发射模块，在一个SS周期内发射多个SS，不同的SS使用不同的预设SS发射中心频率来抵消多普勒频偏；捕获模块，使用与SS发射中心频率相同的SS接收中心频率在接收信号中完成SS捕获。
本发明还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述所述的同步信号的发射方法。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述所述的同步信号的发射方法。
基于上述实施例，本发明至少具有以下技术效果：
本发明基站在单个SS周期内发射多个发射中心频率不同的SS，这样在单个SS周期内的多个SS的发射中心频率组成了一个SS发射中心频率集合。在以低轨卫星通信场景为例的高速移动通信场景中，上述SS发射中心集合叠加多普勒频偏后形成多普勒SS中心频率集合，这样终端使用的SS接收中心频率只要与多普勒SS中心频率集合中的某一个SS中心频率接近就可以成功捕获SS(在一个周期的多个SS中，终端只要完成一个SS的捕获即可)。综上，本发明方案克服了终端在高速移动通信场景使用时域一维SS搜索捕获SS信号成功率降低的问题，相对现有方案显著降低终端运算复杂度。
对于前述的实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本申请所必须的。
上述实施例中，描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种同步信号的发射方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：确定系统参数，所述参数配置完成后作为通信协议预存在基站侧与终端侧；
S2：基站根据协议规范生成同步信号SS频域序列；
S3：通过反傅里叶变换IDFT将SS频域序列转换为SS时域信号；
S4：基站在一个SS周期内发射多个SS，不同的SS使用不同的预设SS发射中心频率来抵消多普勒频偏；
S5：终端使用与SS发射中心频率相同的SS接收中心频率在接收信号中完成SS捕获。
2.如权利要求1所述的一种同步信号的发射方法，其特征在于，所述参数包括：子载波间隔Δf、SS发射周期TSS、SS发射标准中心频率fTx、SS序列长度LSS、每个SS周期内的SS发射数量NSS、每个SS在当前SS发射周期内的相对周期起点时刻的发射时间周期内第一个SS的发射中心频率f0、相邻SS的发射中心频率差fd。
3.如权利要求2所述的一种同步信号的发射方法，其特征在于，所述相邻SS的发射中心频率差fd的配置范围为：0.1Δf≤fd≤Δf。
4.如权利要求2所述的一种同步信号的发射方法，其特征在于，步骤S2具体为：基站根据协议规范生成同步信号SS频域序列：
XSS(m),m＝0,…,LSS-1；
其中，LSS为协议规定的SS频域序列长度。
5.如权利要求4所述的一种同步信号的发射方法，其特征在于，步骤S3具体为：通过反傅里叶变换IDFT将SS频域序列转换为SS时域信号：
6.如权利要求5所述的一种同步信号的发射方法，其特征在于，步骤S4具体为：基站在某个SS周期中发射NSS个SS，假设单个SS周期起点的时间为t＝0，那么该周期内第nSS个SS为：
7.如权利要求6所述的一种同步信号的发射方法，其特征在于，步骤S5具体为：终端使用SS接收中心频率fRx＝fTx在接收信号中完成SS捕获，SS捕获采用接收信号滑窗相关算法实现，只要相关系数大于门限可认为完成SS捕获。
8.一种同步信号的发射系统，其特征在于，包括配置模块、转换模块、发射模块和捕获模块，其中，
配置模块，确定系统参数，所述参数配置完成后作为通信协议预存在基站侧与终端侧；
转换模块，根据协议规范生成同步信号SS频域序列，通过反傅里叶变换IDFT将SS频域序列转换为SS时域信号；
发射模块，在一个SS周期内发射多个SS，不同的SS使用不同的预设SS发射中心频率来抵消多普勒频偏；
捕获模块，使用与SS发射中心频率相同的SS接收中心频率在接收信号中完成SS捕获。
9.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～7任意一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1～7任一项所述的方法。
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