TDD-LTE 系统小区搜索的研究

TDD-LTE系统小区搜索的研究

王慧颖

北京邮电大学信息与通信工程学院，北京（100876）

E-mail: why_cedar@

摘要：LTE(Long Term Evolution,长期演进)项目是3G的演进，作为3G到4G之间的技术过渡受到全球的关注。小区搜索是指移动台在初次接入小区或在进行小区切换时找到小区识别码以及获得时间和频率上的同步。作为移动台读取基站信息的基础，小区搜索的性能对于整个通信系统的性能有着极其重要的影响。只有正确的小区搜索结果，才能保证移动台与基站之间实现正常的通信。LTE小区搜索是分步进行的，首先通过检测主同步信道（P-SCH）,获得系统的小区组识别码、5ms同步、频偏估计和补偿；进而检测辅同步信道（S-SCH），相比于传统的检测方法，本文提出了一种在复杂度和计算量上都有所改善的TDD-LTE系统小区搜索方法,基于此方法获得小区识别码、10ms同步以及循环前缀的模式，完成小区搜索过程。仿真结果表明,改进的搜索方法有效的降低了复杂度和计算量，同时保证检测的可靠性。

关键词：LTE；ZC序列；M序列；频偏估计

中图分类号：TN92

1.引言

LTE是3.9G的全球标准,它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO 作为其无线网络演进的唯一标准。它的主要性能目标包括：在20MHz频谱带宽能够提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率；改善小区边缘用户的性能；提高小区容量；降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延低于5ms，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms；支持100Km半径的小区覆盖；能够为350Km/h高速移动用户提供>100kbps的接入服务；支持成对（FDD-LTE双工方式）或非成对（TDD-LTE双工方式）频谱，并可灵活配置1.25 MHz到20MHz多种带宽。

TDD-LTE系统无需成对的频率,具有一定的频谱灵活性，能有效提高频谱利用率，因而拥有相对多的支持者。

小区搜索是移动通信中实现终端和基站之间同步的重要物理层过程，一直是备受研究的一个课题。本文对WCDMA 系统的小区搜索算法进行研究，并且进行了相应性能仿真。

2.TDD-LTE系统帧结构

LTE系统中信息以资源粒为单位在时频二维域进行分配，如下图1[1]：

图1 LTE 基本时频结构

在TDD-LTE 中上、下行子帧有多种灵活配置方式。在各种配置方式中，主同步信号位于1号子帧和6号子帧的第三个符号中间的72个子载波上；辅同步信号位于0号子帧和五号子帧的最后一个符号72个子载波上。如图2[2]所示:

图2 TDD-LTE 模式下帧结构图 3. 同步信号的产生及应用

LTE 系统中共有504个小区识别码，每三个一组，形成168个物理层小区识别组，对

应LTE 的eNodeB ，即(1)ID N ，

其中每组中的码分别对应着同一个eNodeB 下三个扇区，即(2)ID N 。(2)ID N 的范围为0~2，(1)ID N 的范围为0~167，可以唯一的确定小区识别码(2)ID (1)ID cell ID

3N N N +=。在LTE 的小区搜索过程中，采用和WCDMA 相近的分层式结构，利用特别设计的两个同步信号，主同步信号和辅同步信号分别取得(2)ID N 值和(1)ID N 值，从而得到目前终端所要接入的小区识别

码cell ID N 。这里主同步信号由(2)ID N 确定，辅同步信号由(2)ID N 和(1)

ID N 确定。 3.1 主同步信号的产生及应用

在10ms 的时间范围中，每5ms 上放置一个主同步信号，前后两个5ms 中的主同步信号是相同的。 它由长度为62的ZC 序列在前后各加5个0后形成。ZC 序列，具有恒包络自相关序列（CAZAC ）的特性，是q j e

α形式的复信号，其表达式为[3]：

(1)/2()e x p 2q j q Z C n n l n a n e j q N απ⎡⎤++==−⎢⎥⎣⎦

(1) 在LTE 中l =0，ZC N = 62，q 对应着(2)ID N 。在-7.5KHz 到7.5KHz 频偏范围内，ZC 序列具

有近似于冲击响应的理想自相关特性[3]，同时在互相关特性方面也存在明显的主峰、次峰。 在小区搜索的第一步中，通过接收端数据与本地的三组主同步信号进行相关，可以得到

(2)ID N 。由于主同步信号也存在于CP ，如下图3:

可以利用图中两部分主同步信号（黄色）进行频偏估计，进而进行频偏补偿。在频偏估计中，首先将位于两个部分的序列按位进行相关；之后对求得的相关值进行逐一的幅度归一化；最后将归一化的31个结果相加，根据相加结果的相位得到估计出的频偏值。

3.2辅同步信号的产生及应用

在10ms的时间范围中，每5ms上放置一个辅同步信号。辅同步信号由长度为31的两个M序列交织后在前后各加5个0后形成，见图4[3],两个M序列来自相同的生成多项式，进行了不同的偏移而得[4中表格]，位于前个5ms半帧的M序列的偏移量小于位于后个5ms 半帧M序列的偏移量。M序列具有理想的相关特性，可以近似为单位冲激响应。

图4 辅同步信号的生成---两个M序列的交织过程

在小区搜索的第二步中，传统的辅同步过程一般是将接收到的数据与168中可能的辅同

N，运步信号序列，接收到的数据和本地序列长度为62，进行相关找到相关值最大的确定(2)ID

算量比较大；本论文中结合辅同步信号的生成特点，选取前后各半帧上接收到的数据的奇数或者偶数位置上的数据分别与本地M序列，挑选后的接收数据和本地序列长度为31，先进行相关然后进行FFT，得到两组相应的偏移量，根据前半帧偏移量小于后半帧偏移量[4]，可N。相比于传统的做法，在复杂度较低的同事，降低了计算量。

以得到(2)ID

4.仿真相关内容

4.1仿真流程