LTE通信系统中一种物理广播信道系统消息的快速解码方法技术方案

本发明专利技术涉及LTE通信系统中一种物理广播信道系统消息的快速解码方法，属于移动通信技术领域。该方法包括以下步骤：(1)为了快速实现下行同步，使用PSS码分段混叠快速相关的方法，找到帧起始位置；(2)根据发送数据可能使用的天线端口数，提取出所有可能的CRS信息，并通过线性插值法得到完整的信道信息H；(3)将信道信息H的相位散点图使用卡尔曼滤波算法进行平滑滤波得到的拟合曲线与原散点图作差求得相位绝对误差

A fast decoding method for message in a physical broadcast channel system in LTE communication system

The present invention relates to a fast decoding method of physical broadcast channel system message in LTE communication system, and belongs to the field of mobile communication technology. This method includes the following steps: (1) To achieve fast downlink synchronization, PSS code segment aliasing fast correlation method is used to find the frame starting position; (2) According to the number of antenna ports that may be used to transmit data, all possible CRS information is extracted, and complete channel information H is obtained by linear interpolation; (3) Channel information is obtained. Phase scatter plot of information H is smoothed by Kalman filter algorithm to get absolute phase error by making difference between fitting curve and original scatter plot.

【技术实现步骤摘要】
LTE通信系统中一种物理广播信道系统消息的快速解码方法
本专利技术属于无线通信
，涉及一种物理广播信道系统消息的快速解码方法。
技术介绍
LTE(LongTermEvolution,长期演进)是由3GPP(The3rdGenerationPartnershipProject，第三代合作伙伴计划)组织制定的UMTS(UniversalMobileTelecommunicationsSystem，通用移动通信系统)技术标准的长期演进技术，于2004年12月在3GPP多伦多会议上正式立项并启动。工信部于2013年12月向中国移动、中国联通和中国电信正式颁布“LTE/第四代数字蜂窝移动通信业务(TD-LTE)”经营许可，于2015年2月向中国电信和中国联通正式颁布“LTE/第四代数字蜂窝移动通信业务(FDD-LTE)”经营许可。同时LTE系统引入了OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交频分复用)和MIMO(Multi-Input&Multi-Output，多输入多输出)等关键技术，显著增加了频谱效率和数据传输速率，与前代移动通信相比LTE更好地满足了人们对于信息高速传递的需求，其下行峰值速率可达到100Mbps，上行可达50Mbps。LTE网络主要由E-UTRAN(接入网)和EPC(核心网)组成，接入网由eNodeB构成，核心网由MME(MobilityManagementEntity),S-GW(ServingGateway)以及P-GW(PDNGateway)构成。UE(用户终端)通过连接eNodeB，再由eNodeB连接EPC，在UE与分组数据网之间提供无缝的移动IP连接。LTE通信系统协议栈自上而下依次为RRC层，PDCP层，RLC层，MAC层，物理层。其中物理层实现了传输信道向物理信道映射的功能，物理层的下行主要包含PBCH(物理广播信道)、PDSCH(物理下行共享信道)、PMCH(物理多播信道)、PDCCH(物理下行控制信道)、PCFICH(物理控制格式指示信道)和PHICH(物理HARQ指示信道)。其中本专利技术涉及的是物理层中物理广播(PBCH)信道快速解MIB消息的过程。eNodeB侧将PBCH传输块进行信道编码、速率匹配之后进行加扰和QPSK调制，经过层映射和预编码操后进行RE映射和IFFT变换过程，再进行数字上变频操作后由多天线分集传输进行信号广播。PBCH传输的MIB消息包含24bit数据，前14bit为信息比特，后10bit为空白比特。MIB信息比特包含的内容依次为：3bit的带宽指示比特，用来指示dl-Bandwidth(n6,n15,n25,n50,n100)；3bit的PHICHconfig指示比特，其中1比特指示PHICH持续时间(normal/extend)，2比特指示PHICHresource数目(1/6,1/2,1,2)；后8bit用来指示SFN(SystemFrameNumber，系统帧号)高8位，SFN低2位通过PBCH盲检测得到。LTE系统中，传统小区搜索和下行同步过程主要依赖主同步PSS序列良好的恒模零自相关特性，通过在本地生成完整的PSS序列与接收到的PSS序列进行相关，根据相关峰的位置来判断主同步码所在位置，从而进一步求得帧起始位置。一组PSS序列由63个取值的ZC序列组成，且本地PSS序列共168组，传统滑动相关算法的计算量大时延高。另外，信号发送端可以通过端口号为0、1、2、3的四个天线对PBCH消息进行发送，天线端口数信息隐含于物理广播信道MIB消息中的循环冗余校验码(CyclicRedundancyCheck,CRC)中。传统的盲检测算法需要对所有可能用于传输的天线端口数情况进行完整的PBCH解码操作，然后通过判断CRC校验是否通过来进行端口数校验。其可能经历3次完整的译码过程，需要很大的计算量，对系统的时延有很大的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述的不足之处，提供一种物理广播信道系统消息的快速解码方法，该方法能够实现主同步码的快速相关，有效减少了下行同步过程消耗的时间；并且通过卡尔曼滤波算法对信道估计值的相位进行平滑滤波，将滤波结果与实际接收值相位作差，所得差值记为ε，设定门限γ，将天线端口0,1,2,3分别计算出的ε与γ比较，无需进行盲检测即可得到发送端使用的天线端口数目。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种LTE系统物理广播信道系统消息的快速解码方法，包括以下步骤：S1：eNodeB侧发送下行PBCH数据后，UE侧首先进行小区搜索和下行同步。下行同步过程利用PSS码ZC序列的强自相关性，取半帧长接收序列进行分段叠加操作，再将叠加后的序列与本地PSS码进行滑动相关，相关峰出现的位置即为PSS码位置。通过PSS码位置推算出可能的SSS码位置，将所有可能的位置与本地SSS码组进行相关，得到帧起始位置。S2：提取PBCH信道消息所在的子帧0的信息，进行OFDM解调、去子载波映射、天线端口数检测操作，对天线端口为0、1、2、3的情况分别提取小区特定参考信号(CRS)消息，根据接收CRS与本地CRS的比值得到信道信息，并通过线性插值法得到完整的信道信息H。S3：根据信道信息H得到传送数据时频资源图资源粒子的相位离散点图，并使用卡尔曼滤波算法进行平滑滤波得到拟合曲线，将拟合曲线与离散点图作差后取绝对值得到平均误差将与门限值γ进行比较从而得到天线端口数。S4：根据判别出的天线端口数提取出对应的PBCH消息，从而对PBCH信道进行解预编码、解层映射、QPSK解调、解扰、解速率匹配、解信道编码操作，然后进行天线端口校验，若此时CRC校验通过，则代表天线端口数检测成功，PBCH信道解码成功。进一步，在步骤S1中，所述的快速小区搜索和下行同步具体方法为：首先，UE侧在接收到下行数据后需要进行小区搜索和下行同步。取半帧长基带数据记长度为M，基带序列记为s，根据LTE帧结构可知，任意半帧数据中必定存在PSS(主同步)码以及SSS(辅同步)码，将这半帧数据等长分为b段后直接叠加，最后一段长度可与其他分段长度不同。叠加后的序列依然具备ZC序列的强自相关特性，可通过与本地的PSS码序列相关得到相关峰。公式(1)表示第i段分段序列，公式(2)表示叠加后的分段序列。将叠加后的序列与本地生成的PSS码序列进行滑动相关得到的结果记为r(n)，记r(n)中最大值的位置rmax(n)＝r(k)，则PSS码可能存在于每个分段的位置k上，取每个分段的位置k做相关计算得到相关值序列：r1(k),r2(k),r3(k),...,rb(k)。记最大值所在序列为bmax，则可以得到PSS码的位置p为：从而完成半帧检测。根据PSS码位置推测出所有可能的SSS码位置，并与本地序列相关完成整帧检测；再参照LTE时频资源图中同步码映射位置，从而求得帧起始位置。进一步，在步骤S2中，所述的通过可能的天线端口数来确定对应的CRS位置，从而提取信道信息H的具体方法为：提取PBCH信道消息所在的子帧0的信息，进行OFDM解调、去子载波映射、天线端口数检测操作，发送端使用1/2/4个天线端口发送数据，分别对应使用端口0/端口0、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.LTE通信系统中一种物理广播信道系统消息的快速解码方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1：eNodeB侧发送下行物理广播信道(PBCH)数据后，UE侧首先进行小区搜索和下行同步；下行同步利用主同步码(PSS)ZC序列的强自相关性，取半帧长接收序列进行分段叠加操作，再将叠加后的序列与本地PSS码进行滑动相关，相关峰出现的位置即为PSS码位置；通过PSS码位置推算出可能的辅同步码(SSS)位置，将所有可能的位置与本地SSS码组进行相关，得到帧起始位置；S2：提取PBCH信道消息所在的子帧0的信息，进行OFDM解调、去子载波映射、天线端口数检测操作，对天线端口为0、1、2、3的情况分别提取CRS消息，根据接收CRS与本地CRS的比值得到信道信息，并通过线性插值法得到完整的信道信息H；S3：根据信道信息H得到传送数据时频资源图中各个资源粒子的相位离散点图，并使用卡尔曼滤波算法进行平滑滤波得到拟合曲线，将拟合曲线对应位置的相位点与离散点图作差后取绝对值以及平均数得到平均误差

【技术特征摘要】
1.LTE通信系统中一种物理广播信道系统消息的快速解码方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1：eNodeB侧发送下行物理广播信道(PBCH)数据后，UE侧首先进行小区搜索和下行同步；下行同步利用主同步码(PSS)ZC序列的强自相关性，取半帧长接收序列进行分段叠加操作，再将叠加后的序列与本地PSS码进行滑动相关，相关峰出现的位置即为PSS码位置；通过PSS码位置推算出可能的辅同步码(SSS)位置，将所有可能的位置与本地SSS码组进行相关，得到帧起始位置；S2：提取PBCH信道消息所在的子帧0的信息，进行OFDM解调、去子载波映射、天线端口数检测操作，对天线端口为0、1、2、3的情况分别提取CRS消息，根据接收CRS与本地CRS的比值得到信道信息，并通过线性插值法得到完整的信道信息H；S3：根据信道信息H得到传送数据时频资源图中各个资源粒子的相位离散点图，并使用卡尔曼滤波算法进行平滑滤波得到拟合曲线，将拟合曲线对应位置的相位点与离散点图作差后取绝对值以及平均数得到平均误差将与自设门限值γ进行比较从...

【专利技术属性】
技术研发人员：田增山，蒋朋纯，周牧，杨小龙，李志濠，李玲霞，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50