一種基于LTE系統(tǒng)的鄰區(qū)檢測算法

官銀瑩，王丹

（1.武漢虹信通信技術有限責任公司，湖北 武漢 430205；2.武漢郵電科學研究院，湖北 武漢 430074）

1 引言

在LTE時代，數(shù)據(jù)是主要業(yè)務，對于網(wǎng)絡來說，主要追求高速率和大容量。在頻譜資源稀缺的今天，為節(jié)省頻率資源，最大程度上提高LTE系統(tǒng)的頻譜利用率，LTE常采用頻譜復用系數(shù)為1的同頻組網(wǎng)方式。由此會帶來小區(qū)之間的同頻干擾，尤其是PCI（Physical Cell Identifier，物理小區(qū)標識）模3和模6相同時RS（Reference Signal，參考信號）的SINR較低，可能會影響終端信道估計的準確性，進而影響小區(qū)檢測的成功率。使用現(xiàn)有鄰區(qū)檢測技術很容易完成信號強鄰區(qū)的檢測，對于信號弱的鄰區(qū)，尤其是采用同頻組網(wǎng)模式的模3和模6相同的弱小區(qū)很容易出現(xiàn)虛檢和漏檢的情況。

本文提出一種基于LTE系統(tǒng)的鄰區(qū)檢測方法，解決現(xiàn)有技術鄰區(qū)檢測出現(xiàn)的虛檢和漏檢問題，尤其是對于模3和模6相同小區(qū)的漏檢情況。該方法同時適用于TD-LTE、LTE FDD系統(tǒng)。

2 LTE鄰區(qū)檢測算法原理

現(xiàn)有技術在執(zhí)行小區(qū)搜索的過程中，一般由PSS（Primary Synchronization Signal，主同步信號）檢測和SSS（Secondary Synchronization Signal，輔同步信號）檢測兩步組成，先通過PSS檢測獲得鄰區(qū)的小區(qū)組內ID和半幀起點位置，再通過SSS檢測獲得鄰區(qū)的小區(qū)組ID和無線幀頭位置，從而確定系統(tǒng)鄰區(qū)信息和幀起點位置。

針對現(xiàn)有鄰區(qū)檢測技術，對于同頻組網(wǎng)存在模3和模6干擾的信號弱鄰區(qū)出現(xiàn)的虛檢和漏檢的情況，本文提出了一種改進的基于LTE系統(tǒng)的鄰區(qū)檢測方法，在傳統(tǒng)的SSS檢測技術中增加了兩次虛檢檢測，并進一步利用LTE系統(tǒng)中CRS（Cell Reference Signal，小區(qū)參考信號）自相關性良好的特點，增加含虛檢檢測的CRS檢測、綜合SSS檢測和CRS檢測的結果，共同確定鄰區(qū)檢測結果，進一步降低虛檢和漏檢的概率。

3 LTE鄰區(qū)檢測算法流程

該LTE鄰區(qū)檢測算法主要由四個部分組成：幀數(shù)據(jù)獲取、PSS檢測、SSS檢測和CRS檢測，如圖1所示。

3.1 幀數(shù)據(jù)獲取

該單元主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取和預處理的功能。本算法的小區(qū)檢測過程，需要獲取1幀完整的時域數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)幀起點位置未知，需要通過主同步信號PSS和輔同步信號SSS共同盲搜確定，故初始數(shù)據(jù)至少是連續(xù)的2幀數(shù)據(jù)。獲取2幀連續(xù)時域數(shù)據(jù)后，為減少PSS檢測的運算量，需對數(shù)據(jù)做降采樣和CIC（Cascaded Integrator Comb，級聯(lián)積分梳狀）濾波。

3.2 PSS檢測

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取半幀經(jīng)16倍降采樣后共計有9 600點時域數(shù)據(jù)r(k)(k=0, 1, …, 9 600)，按照每段128個采樣點分成75段做256點DFT到頻域R(K)，并在頻域分別與本地生成的PSS序列PSSi(n)（i=0, 1, 2）做相關運算：

式(2)中，m為分段編號，Ci(m)表示組內ID N（ID2）=i時，第m段接收PSS數(shù)據(jù)與本地生成的PSS數(shù)據(jù)做相關運算的值。

將相關運算后的數(shù)據(jù)做256點IDFT變換到時域，總共做75次，得到3組時域峰值和峰值所在的位置。選取峰值最大組對應的峰值位置和i作為一次PSS檢測的結果，即：

峰值最大組對應的峰值位置D即為PSS的起始位置，由PSS信號時域映射特點可推出半幀起點位置，峰值最大組對應的i即為N（ID2）。PSS檢測確定了半幀起點位置和小區(qū)組內ID。

3.3 SSS檢測

FDD中PSS映射位置固定在子幀0和子幀5最后一個OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復用）符號上，SSS映射位置固定在子幀0和子幀5倒數(shù)第二個OFDM符號上。TDD中PSS映射位置固定在子幀1和子幀6第3個OFDM符號上，SSS映射位置固定在子幀0和子幀5最后一個OFDM符號上。

根據(jù)PSS檢測所得的半幀起點位置，以及LTE系統(tǒng)中PSS和SSS信號映射相對位置關系，獲取連續(xù)兩個半幀SSS數(shù)據(jù)，分別記為SSS1、SSS2。本地生成504×2組SSS數(shù)據(jù)，分別為子幀0上的504組和子幀5上的504組。獲取的半幀SSS數(shù)據(jù)檢測具體流程如圖2所示。

根據(jù)性能和實際情形復雜度選取迭代次數(shù)M，建議M＜10。以SSS1為例說明，獲取的SSS1數(shù)據(jù)r(n)和本地生成的504×2組SSS數(shù)據(jù)S(n)(0≤n≤61)，即對子幀 j上的第i組數(shù)據(jù)做相關運算：

式(4)中，i為PCI，取值范圍為[0, 503]；j表明子幀號0或5；(n)表示子幀j上的PCI為i對應的SSS數(shù)據(jù)的共軛；n為SSS共62個點的數(shù)據(jù)編號。

圖2 SSS檢測流程

根據(jù)SSS序列良好的自相關性，完成SSS1和本地生成的子幀0和子幀5上的SSS數(shù)據(jù)做相關檢測后，對兩個半幀結果作比較，找出相關PMR（Peak-to-Mean Ratio，峰均比）大的一組，和所設定門限th-SSS進行比較，若PMR＞th-SSS，則保存本次SSS迭代檢測得到的小區(qū)并可獲得幀起點位置。對檢測得到的小區(qū)做SSS信道估計和干擾消除，得到干擾消除后的SSS信號，并保存本次SSS檢測的信道權重系數(shù)。

令迭代次數(shù)r=r+1，繼續(xù)執(zhí)行下一次SSS相關峰值檢測過程，直到迭代次數(shù)大于M，再對SSS迭代檢測得到的小區(qū)集合做虛報檢測，通過相關檢測過程中對應的小區(qū)信道權重系數(shù)，選取最大的信道權重系數(shù)與預設門限計算一個參照基準，對于信道權重系數(shù)滿足該參照基準的小區(qū)認為是有效小區(qū)，作為該半幀時域數(shù)據(jù)SSS檢測所得小區(qū)集合A1。

根據(jù)SSS1檢測獲得幀起點，可獲得SSS2所在子幀號，做SSS2檢測時，只需將SSS2與本地生成的對應子幀上的504組SSS數(shù)據(jù)做與SSS1類似的SSS檢測，得到本次SSS檢測的小區(qū)集合A2。

分別完成兩個半幀SSS相關檢測后，對兩個半幀SSS檢測結果做比較，選取所在半幀對應信道權重之和大的一組作為SSS檢測結果，將結果保存在集合A中。

3.4 CRS檢測

圖3 CRS檢測流程

◆將最佳小區(qū)存入集合B1中，做CRS信道估計和干擾消除，用干擾消除后的CRS數(shù)據(jù)更新符號0上收到的CRS數(shù)據(jù)。

◆令迭代次數(shù)k=k+1，返回第一步，繼續(xù)下一次CRS相關峰值檢測過程，直到迭代次數(shù)k＞M，結束CRS迭代檢測過程。

（2）將CRS檢測得到的集合B1在子幀0、子幀2、子幀4、子幀6、子幀8的第4個和第11個OFDM符號共10個符號上做頻域相關驗證。通過門限判斷集合B1中的小區(qū)ID在該符號上是否有效，并統(tǒng)計有效次數(shù)。滿足門限的小區(qū)號如果出現(xiàn)2次以上就認為該小區(qū)號是有效小區(qū)，將對應PCI存入集合B。

3.5 小區(qū)確定

對SSS檢測單元所得小區(qū)集合A同CRS檢測單元所得小區(qū)集合B采用取并集的方式進行合并，得到最終的小區(qū)集合。

4 性能測試和分析

為了驗證所提算法的可行性和有效性，將所提算法與傳統(tǒng)的鄰小區(qū)檢測算法在Matlab平臺下進行仿真，測試鄰小區(qū)檢測的成功率。系統(tǒng)仿真參數(shù)如表2所示，在仿真開始前，利用表2的信道仿真參數(shù)生成含有主輔同步信號和參考信號的基帶信號，鄰小區(qū)的配置信息如表3所示。

表2 系統(tǒng)仿真參數(shù)

表3 鄰小區(qū)信息表

由鄰小區(qū)信息表可知，PIC為0、3、6、9、12的小區(qū)模3相同，PCI為0、6、12的小區(qū)為模6相同，PCI為1、2為普通鄰小區(qū)。本次仿真信號源包括了不同功率的模3相同的小區(qū)、不同功率模6相同的小區(qū)以及不同功率的普通鄰小區(qū)。

利用傳統(tǒng)的和本文提出的鄰小區(qū)檢測算法進行基帶信號解調，并進行鄰小區(qū)檢測，將檢測得到的結果記錄下來。對連續(xù)發(fā)送的5 000幀數(shù)據(jù)進行檢測，表4表示傳統(tǒng)算法和本文提出算法虛檢PCI的概率，圖4表示傳統(tǒng)算法和本文提出算法針對信號中不同發(fā)射功率的每個鄰區(qū)PCI在連續(xù)發(fā)送的5 000幀數(shù)據(jù)中被檢測出來的成功率。

表4 虛檢率

圖4 不同功率的PCI檢測成功率

由仿真結果可知，本文提出的基于LTE系統(tǒng)結合SSS和CRS的鄰區(qū)檢測算法具有可行性，且對于同頻弱信號鄰小區(qū)檢測的有效性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)鄰區(qū)檢測算法。該算法首先改進了現(xiàn)有SSS檢測技術，增加了兩次虛檢檢測，在一定程度上消除了虛檢和漏檢。另外，因CRS映射位置和小區(qū)號密切相關，若小區(qū)號是模6，映射的位置相同，若是模3，對于符號0上的CRS時頻位置也相同。采用CRS干擾消除的方式易于檢測功率相差大的有模3和模6干擾的小區(qū)，以彌補SSS檢測對于功率弱的模3和模6小區(qū)漏檢的情況。由此可見，該算法對于信號弱的鄰區(qū)，尤其是對模3和模6相同的弱小區(qū)出現(xiàn)的虛檢和漏檢情況有極大改善。

5 結束語

隨著無線通信系統(tǒng)的發(fā)展，頻譜資源越來越稀缺，因此在LTE系統(tǒng)中同頻組網(wǎng)方式具有極大的優(yōu)勢。然而LTE系統(tǒng)中同頻組網(wǎng)方式帶來的各種小區(qū)間的同頻干擾對整個LTE系統(tǒng)性能的影響是非常大的。同頻鄰區(qū)檢測對于降低同頻干擾和對LTE網(wǎng)絡優(yōu)化，提升LTE系統(tǒng)性能有著重要意義。本文針對LTE系統(tǒng)中PSS、SSS、CRS信號的特征及其信號映射關系，在傳統(tǒng)檢測技術上提出優(yōu)化算法，合并SSS檢測結果和CRS檢測結果，并增加虛報檢測，極大地改善同頻PCI模3和模6相同的弱小區(qū)出現(xiàn)的虛檢和漏檢情況，并通過仿真驗證其能夠有效提高鄰區(qū)檢測的成功率。