[发明专利]一种用于TD-LTE系统中时频参数快速估计的方法

说明书

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，涉及一种用于TD-LTE系统中时频参数快速估计的方法。

背景技术

随着宽带业务和移动互联网产业的发展，原有的3G（3^rdGeneration）技术已经无法满足这种高速率和高质量的移动通信网络。因而，3GPP(3^rdGeneration Partnership Project)组织于2005年3月启动了长期演进(LTE,Long Term Evolution)工作计划，以制定3G演进型系统LTE技术规范作为目标。它改进并增强了3G系统的空口接入技术，采用正交频分复用技术（OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）和多天线技术（MIMO）作为其无线接入网络演进的关键技术。使得整个系统在20MHz频谱带宽下能够提供上行50Mbps、下行100Mbps的峰值速率。同时改善了小区边缘用户的性能，提高小区容量和降低系统延迟。

作为LTE系统中基带信号生成的核心技术，OFDM具有高频谱效率、高峰值速率等优点。OFDM通过将高速串行码流变成若干个并行的低速码流来实现将宽带传输变为对多个子载波的窄带传输的目的。低速码流使得载波的时域传输周期变大，可以有效地对抗由多径传播带来的频率选择性衰落。但同时在另一方面，OFDM也存在着一定的缺点。由于频域上子载波间的相互正交特性，使得它对载波偏移非常敏感。系统中存在载波偏移的时候，频域子载波间的正交性便会受到影响。当载波偏移小于单个载波间隔时，子载波间的正交性便会丧失，称之为小数倍频偏（FFO），即小于单个子载波间隔的载波频偏。当载波偏移大于单个载波间隔时，称为整数倍频偏（IFO），即等于整数倍子载波间隔的载波频偏，虽然此时载波间的正交性并未受到破坏，但是频域上的数据发生了整体偏移，也会给接收端的数据解调带来一定的影响。OFDM系统中的载波偏移主要是由于发射机和接收机之间的晶体振荡器频率不匹配和以及多普勒频移所引起。为了对抗由于载波偏移所带来的误比特率的增高，在接收端进行数据解码时，需要准确并快速估计出载波频偏的大小，并且对其进行载波频偏校正。

另一方面，TD-LTE系统采用的是时分双工的上下行通信方式，即网络端与终端的上下行数据传输是在不同时刻分开进行的。因此，终端需要确定网络端当前子帧到达的起始时刻，这就是所谓的帧同步。终端只有获得准确的帧同步，才能够在正确的位置进行解调。定时位置如果存在误差，解调窗口将会提前或滞后，无论是哪一种情况，都会导致时域符号间的干扰（ICI）。因此，在终端，还需要估计准确的定时位置。

综上所述，TD-LTE系统下行同步过程主要就是估计以下两个参数：载波频偏和定时位置。当前相关领域内的研究也是十分的火热，在载波频偏估计方面，主要有以下两种算法：基于ZC序列PSS的互相关算法和基于CP的ML（Maximum likelihood）半盲估计算法。第一种算法主要是依据本地的主同步序列与发送端主同步序列进行相关估计载波频偏。第二种算法主要依据循环前缀的数据重复特性进行载波频偏估计。在估计整数倍频偏时，第一种算法的复杂度非常高，需要经过FFT变换并且在频域进行滑动相关来完成整数倍频偏的估计工作，并且该算法不能有效对抗定时偏差。第二种算法仅限用于理想信道环境。然而，实际的无线信道中存在着多径时延。多径时延的存在将会破坏CP的数据，进而影响载波频偏的估计。在定时同步估计方面，主要采用本地的PSS与接收信号进行滑动相关，依据相关峰值的位置确定定时位置。该算法在小频偏的情况下性能较好，但是当系统中存在整数倍频偏时，定时同步位置的估计误差较大，相关峰值位置随机变化。总而言之，在TD-LTE系统中时频同步参数估计的方案设计时，必须要考虑到以下的因素：首先，进行定时同步位置估计的时候，不能忽略载波频偏的影响，尤其是大载波频偏。其次，进行小数倍频偏估计时，需要考虑多径时延对信号的干扰，即在多径传播场景下进行小数倍频偏估计算法的研究。第三，整数倍频偏的估计通常是在频域进行估计。然而，定时同步的过程中不可避免地会存在定时误差，因此，整数倍频偏估计的算法还必须能够抵抗定时偏差所带来的影响。最后，移动通信中的信号处理对实时性的要求非常高，因为方案计算复杂度也是需要重点考虑的一点。

综上所述，现有的TD-LTE系统缺少一种低复杂度、对抗大载波频偏以及定时偏差的定时同步与载波频偏参数估计的方案。

发明内容