一种TD-LTE系统下行辅同步信号检测方法-AET-电子技术应用

一种TD-LTE系统下行辅同步信号检测方法

来源：电子技术应用2012年第2期

陈发堂，马磊

重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆400065

摘要：基于相干检测和使用部分相关的非相干检测，提出了一种适用于TD-LTE系统下行辅同步信号SSS(Secondary Synchronization Signal) 的检测方法。根据SSS索引号(m0,m1)对应关系，通过优化降低了索引号m1的检测运算量。仿真结果表明，在不同的信道环境下，本文提出的SSS检测方法能较好地工作，具有稳定、检测复杂度低等优点。

关键词： TD-LTE系统辅同步信号相干检测非相干检测

中图分类号：TN929.5
文献标识码：A
文章编号： 0258-7998(2012)02-0091-03

A new method for secondary synchronization signal detection algorithm in TD-LTE system downlink

Chen Fatang, Ma Lei

School of Communication and Information Engineering, Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing 400065, China

Abstract：On the basis of coherent detection and non-coherent detection using partial correlation, a novel method of secondary synchronization signal(SSS) detection algorithm in TD-LTE system downlink is proposed in this paper. According to the relationship between m0 and m1 of SSS index, the detection complexity of index m1 is reduced through optimization. Simulation results show the effectiveness and low complexity of SSS detection algorithm under scenarios with different channel environment.

Key words :TD-LTE system; SSS; coherent detection; non-coherent detection

3GPP(3rd Generation Partnership Project)组织于2005年3月启动了空中接口技术的长期演进LTE(Long Term Evolution)工作，LTE是继第三代移动通信之后国际上主流的新一代移动通信标准，TD-LTE是时分双工TDD(Time Division Duplex)模式的LTE系统，LTE系统以正交频分复用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)和多输入多输出MIMO(Multiple Input Multiple Output)技术为基础[1]。当用户终端UE(User Equipment)要接入到LTE小区时，必须首先进行小区搜索过程，也就是对小区下行同步信号的检测过程。在TD-LTE系统中，下行同步信号分为主同步信号PSS(Primary Synchronization Signal)和辅同步信号SSS。

假设UE已知当前小区所选择的CP长度，现有TD-LTE系统中SSS检测方法是根据PSS位置，将接收端接收到的SSS数据与本地的168×2个SSS序列在频域内进行互相关，根据相关峰值来判决相应的SSS序列，该SSS检测方法最大的缺点是运算复杂度较高，且在低信噪比情况下，SSS检测可能会出错[2]。在TD-LTE系统小区内，PSS位于子帧1、6的第3个OFDM符号，SSS位于子帧0、5的最后1个OFDM符号，从而SSS比PSS早3个符号，其中子帧1、6的PSS序列相同，子帧0、5的SSS序列不同，分别用SSS0和SSS5表示子帧0、5的SSS序列。当信道相干时间远大于4个OFDM符号时间时，此时认为PSS所在符号的频域信道冲激响应近似等于SSS所在符号的频域信道冲激响应，可以根据PSS获得的频域信道冲激响应值，采用相干检测的方法，检测SSS[3-4]。当信道相干时间小于4个OFDM符号时间时，此时认为PSS所在符号的频域信道冲激响应不等于SSS所在符号的频域信道冲激响应。如果仍然根据PSS获得的频域信道冲激响应值，采用相干检测的方法检测SSS，则会使接收端检测SSS的成功率下降。参考文献[3]提出的基于差分相关和基于部分相关的非相干的SSS检测方法，能够很好地解决相干检测的缺点，但是参考文献[3]并没有描述具体的SSS检测过程，且存在计算复杂度高等问题。
本文描述了SSS序列的生成,重点讲解了SSS序列的相干检测和非相干检测的方法。通过分析SSS索引号(m0, m1)的对应关系，优化降低了索引号m1的检测运算量。通过计算机仿真，比较两种SSS检测方法在不同的信道环境下的均方误差MSE(Mean Squared Error)。
1 SSS序列生成
SSS序列由两个长度为31的m序列交织级联得到长度为62的序列。在一个无线帧中，子帧0中SSS的交织级联方式与子帧5中SSS的交织级联方式相反，这样的设计使得UE通过检测SSS序列的顺序可以区分出该无线帧的起始位置，也就是帧同步位置。为了提高不同小区间同步信号的辨识度，SSS使用两组扰码序列进行加扰。第一组扰码由与主同步序列索引号一一对应的小区组内ID号N_ID²决定，并对两组SSS序列共同进行加扰；第二组扰码由第一组SSS序列决定，对处于奇数子载波上的SSS序列进行二次加扰。经过两次加扰后的SSS具有更好的相关特性，能够保证在正确检测到PSS后，更加准确地检测出SSS[5-6]。SSS按照式(1)生成：

图1表明，在高斯信道下，随着信噪比的增加，分别采用相干检测算法和基于部分相关的非相干检测算法检测SSS时，检测的MSE都呈现下降的趋势，相干检测算法的性能优于非相干检测算法。
图2表明，在多普勒频率为300 Hz的ETU多径信道下，随着信噪比的增加，分别采用相干检测算法和基于部分相关的非相干检测算法检测SSS时,检测的MSE都呈现下降的趋势。当信噪比小于2 dB时，相干检测算法的性能优于非相干检测算法。但是信噪比大于2 dB时，由于在多普勒频移以及多径信道的影响，PSS位置处的频域信道冲激响应和SSS位置处的频域信道冲激响应存在差别，用PSS位置处的频域信道冲激响应对SSS序列进行信道补偿时出现差错，使得相干检测算法的性能下降，此时非相干检测算法的性能优于相干检测算法。对比图1和图2可知，无论在高斯信道下还是在多普勒频移较大的多径信道下，基于部分相关的非相干检测算法性能都比较稳定。
MATLAB仿真表明，在多普勒频移较大的多径信道下，相干检测算法的性能略有下降；而非相干检测算法无论在高斯信道还是在多普勒频移较大的多径信道下，性能都比较稳定。
参考文献
[1] 王映明, 孙韶辉. TD-LTE技术原理与系统设计[M]. 北京：人民邮电出版社, 2010.
[2] 瞿海涛, 冯心睿. 循环前缀长度类型及辅同步信号检测的方法及装置:中国, 200910078544.9[P]. 2009.2.25.
[3] JUNG I K, JUNG S H. SSS detection method for initial cell search in 3GPP LTE FDD/TDD Dual Mode Receiver[C]. Communication and Information Technology,2009. ISCIT 2009.9th International Symposium, 2009:199-203.
[4] Wang Feng, Zhu Yu. A low complexity scheme for S-SCH detection in 3GPP LTE downlink system[C]. Mobile Congress(GMC), 2010 Global. 2010.
[5] STEFANIA S, ISSAM T, MATTHEW B. LTE—The UMTS long term evolution: from theory to practice[M]. A John Wiley and Sons, Ltd, Publication, 2009.
[6] 3GPP. 3GPP TS 36.211 V9.0.0, Physical Channels and Modulation(Release 9)[S]. 2009.05.
[7] 刘炳红,胡碟.一种LTE下行辅同步信道检测方法:中国,201010162494.5[P]. 2010.04.28.
[8] 3GPP. 3GPP TS 36.101 V9.0.0, User Equipment (UE) radio transmission and reception (Release 9)[S]. 2009.06.

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