官銀瑩，王丹

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

1 引言

在LTE時(shí)代，數(shù)據(jù)是主要業(yè)務(wù)，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，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(fù)用系數(shù)為1的同頻組網(wǎng)方式。由此會(huì)帶來(lái)小區(qū)之間的同頻干擾，尤其是PCI（Physical Cell Identifier，物理小區(qū)標(biāo)識(shí)）模3和模6相同時(shí)RS（Reference Signal，參考信號(hào)）的SINR較低，可能會(huì)影響終端信道估計(jì)的準(zhǔn)確性，進(jìn)而影響小區(qū)檢測(cè)的成功率。使用現(xiàn)有鄰區(qū)檢測(cè)技術(shù)很容易完成信號(hào)強(qiáng)鄰區(qū)的檢測(cè)，對(duì)于信號(hào)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(cè)方法，解決現(xiàn)有技術(shù)鄰區(qū)檢測(cè)出現(xiàn)的虛檢和漏檢問(wèn)題，尤其是對(duì)于模3和模6相同小區(qū)的漏檢情況。該方法同時(shí)適用于TD-LTE、LTE FDD系統(tǒng)。

2 LTE鄰區(qū)檢測(cè)算法原理

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

針對(duì)現(xiàn)有鄰區(qū)檢測(cè)技術(shù)，對(duì)于同頻組網(wǎng)存在模3和模6干擾的信號(hào)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(jìn)的基于LTE系統(tǒng)的鄰區(qū)檢測(cè)方法，在傳統(tǒng)的SSS檢測(cè)技術(shù)中增加了兩次虛檢檢測(cè)，并進(jìn)一步利用LTE系統(tǒng)中CRS（Cell Reference Signal，小區(qū)參考信號(hào)）自相關(guān)性良好的特點(diǎn)，增加含虛檢檢測(cè)的CRS檢測(cè)、綜合SSS檢測(cè)和CRS檢測(cè)的結(jié)果，共同確定鄰區(qū)檢測(cè)結(jié)果，進(jìn)一步降低虛檢和漏檢的概率。

3 LTE鄰區(qū)檢測(cè)算法流程

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

3.1 幀數(shù)據(jù)獲取

該單元主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取和預(yù)處理的功能。本算法的小區(qū)檢測(cè)過(guò)程，需要獲取1幀完整的時(shí)域數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)幀起點(diǎn)位置未知，需要通過(guò)主同步信號(hào)PSS和輔同步信號(hào)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(shí)域數(shù)據(jù)后，為減少PSS檢測(cè)的運(yùn)算量，需對(duì)數(shù)據(jù)做降采樣和CIC（Cascaded Integrator Comb，級(jí)聯(lián)積分梳狀）濾波。

3.2 PSS檢測(cè)

?

取半幀經(jīng)16倍降采樣后共計(jì)有9 600點(diǎn)時(shí)域數(shù)據(jù)r(k)(k=0, 1, …, 9 600)，按照每段128個(gè)采樣點(diǎn)分成75段做256點(diǎn)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(guān)運(yùn)算：

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

將相關(guān)運(yùn)算后的數(shù)據(jù)做256點(diǎn)IDFT變換到時(shí)域，總共做75次，得到3組時(shí)域峰值和峰值所在的位置。選取峰值最大組對(duì)應(yīng)的峰值位置和i作為一次PSS檢測(cè)的結(jié)果，即：

峰值最大組對(duì)應(yīng)的峰值位置D即為PSS的起始位置，由PSS信號(hào)時(shí)域映射特點(diǎn)可推出半幀起點(diǎn)位置，峰值最大組對(duì)應(yīng)的i即為N（ID2）。PSS檢測(cè)確定了半幀起點(diǎn)位置和小區(qū)組內(nèi)ID。

3.3 SSS檢測(cè)

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

根據(jù)PSS檢測(cè)所得的半幀起點(diǎn)位置，以及LTE系統(tǒng)中PSS和SSS信號(hào)映射相對(duì)位置關(guān)系，獲取連續(xù)兩個(gè)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(cè)具體流程如圖2所示。

根據(jù)性能和實(shí)際情形復(fù)雜度選取迭代次數(shù)M，建議M＜10。以SSS1為例說(shuō)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(duì)子幀 j上的第i組數(shù)據(jù)做相關(guān)運(yùn)算：

式(4)中，i為PCI，取值范圍為[0, 503]；j表明子幀號(hào)0或5；(n)表示子幀j上的PCI為i對(duì)應(yīng)的SSS數(shù)據(jù)的共軛；n為SSS共62個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)編號(hào)。

圖2 SSS檢測(cè)流程

根據(jù)SSS序列良好的自相關(guān)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(guān)檢測(cè)后，對(duì)兩個(gè)半幀結(jié)果作比較，找出相關(guān)PMR（Peak-to-Mean Ratio，峰均比）大的一組，和所設(shè)定門限th-SSS進(jìn)行比較，若PMR＞th-SSS，則保存本次SSS迭代檢測(cè)得到的小區(qū)并可獲得幀起點(diǎn)位置。對(duì)檢測(cè)得到的小區(qū)做SSS信道估計(jì)和干擾消除，得到干擾消除后的SSS信號(hào)，并保存本次SSS檢測(cè)的信道權(quán)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(guān)峰值檢測(cè)過(guò)程，直到迭代次數(shù)大于M，再對(duì)SSS迭代檢測(cè)得到的小區(qū)集合做虛報(bào)檢測(cè)，通過(guò)相關(guān)檢測(cè)過(guò)程中對(duì)應(yīng)的小區(qū)信道權(quán)重系數(shù)，選取最大的信道權(quán)重系數(shù)與預(yù)設(shè)門限計(jì)算一個(gè)參照基準(zhǔn)，對(duì)于信道權(quán)重系數(shù)滿足該參照基準(zhǔn)的小區(qū)認(rèn)為是有效小區(qū)，作為該半幀時(shí)域數(shù)據(jù)SSS檢測(cè)所得小區(qū)集合A1。

根據(jù)SSS1檢測(cè)獲得幀起點(diǎn)，可獲得SSS2所在子幀號(hào)，做SSS2檢測(cè)時(shí)，只需將SSS2與本地生成的對(duì)應(yīng)子幀上的504組SSS數(shù)據(jù)做與SSS1類似的SSS檢測(cè)，得到本次SSS檢測(cè)的小區(qū)集合A2。

分別完成兩個(gè)半幀SSS相關(guān)檢測(cè)后，對(duì)兩個(gè)半幀SSS檢測(cè)結(jié)果做比較，選取所在半幀對(duì)應(yīng)信道權(quán)重之和大的一組作為SSS檢測(cè)結(jié)果，將結(jié)果保存在集合A中。

3.4 CRS檢測(cè)

圖3 CRS檢測(cè)流程

◆將最佳小區(qū)存入集合B1中，做CRS信道估計(jì)和干擾消除，用干擾消除后的CRS數(shù)據(jù)更新符號(hào)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(guān)峰值檢測(cè)過(guò)程，直到迭代次數(shù)k＞M，結(jié)束CRS迭代檢測(cè)過(guò)程。

（2）將CRS檢測(cè)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(gè)和第11個(gè)OFDM符號(hào)共10個(gè)符號(hào)上做頻域相關(guān)驗(yàn)證。通過(guò)門限判斷集合B1中的小區(qū)ID在該符號(hào)上是否有效，并統(tǒng)計(jì)有效次數(shù)。滿足門限的小區(qū)號(hào)如果出現(xiàn)2次以上就認(rèn)為該小區(qū)號(hào)是有效小區(qū)，將對(duì)應(yīng)PCI存入集合B。

3.5 小區(qū)確定

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

4 性能測(cè)試和分析

為了驗(yàn)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(cè)算法在Matlab平臺(tái)下進(jìn)行仿真，測(cè)試鄰小區(qū)檢測(cè)的成功率。系統(tǒng)仿真參數(shù)如表2所示，在仿真開(kāi)始前，利用表2的信道仿真參數(shù)生成含有主輔同步信號(hào)和參考信號(hào)的基帶信號(hào)，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(hào)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(cè)算法進(jìn)行基帶信號(hào)解調(diào)，并進(jìn)行鄰小區(qū)檢測(cè)，將檢測(cè)得到的結(jié)果記錄下來(lái)。對(duì)連續(xù)發(fā)送的5 000幀數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，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(duì)信號(hào)中不同發(fā)射功率的每個(gè)鄰區(qū)PCI在連續(xù)發(fā)送的5 000幀數(shù)據(jù)中被檢測(cè)出來(lái)的成功率。

表4 虛檢率

圖4 不同功率的PCI檢測(cè)成功率

由仿真結(jié)果可知，本文提出的基于LTE系統(tǒng)結(jié)合SSS和CRS的鄰區(qū)檢測(cè)算法具有可行性，且對(duì)于同頻弱信號(hào)鄰小區(qū)檢測(cè)的有效性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)鄰區(qū)檢測(cè)算法。該算法首先改進(jìn)了現(xiàn)有SSS檢測(cè)技術(shù)，增加了兩次虛檢檢測(cè)，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(hào)密切相關(guān)，若小區(qū)號(hào)是模6，映射的位置相同，若是模3，對(duì)于符號(hào)0上的CRS時(shí)頻位置也相同。采用CRS干擾消除的方式易于檢測(cè)功率相差大的有模3和模6干擾的小區(qū)，以彌補(bǔ)SSS檢測(cè)對(duì)于功率弱的模3和模6小區(qū)漏檢的情況。由此可見(jiàn)，該算法對(duì)于信號(hào)弱的鄰區(qū)，尤其是對(duì)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(jié)束語(yǔ)

隨著無(wú)線通信系統(tǒng)的發(fā)展，頻譜資源越來(lái)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(shì)。然而LTE系統(tǒng)中同頻組網(wǎng)方式帶來(lái)的各種小區(qū)間的同頻干擾對(duì)整個(gè)LTE系統(tǒng)性能的影響是非常大的。同頻鄰區(qū)檢測(cè)對(duì)于降低同頻干擾和對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，提升LTE系統(tǒng)性能有著重要意義。本文針對(duì)LTE系統(tǒng)中PSS、SSS、CRS信號(hào)的特征及其信號(hào)映射關(guān)系，在傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)上提出優(yōu)化算法，合并SSS檢測(cè)結(jié)果和CRS檢測(cè)結(jié)果，并增加虛報(bào)檢測(cè)，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(guò)仿真驗(yàn)證其能夠有效提高鄰區(qū)檢測(cè)的成功率。