5GNR系统中SSB频率位置和载波频偏的联合估计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种5G NR系统中SSB频率位置和载波频偏的联合估计方法。本方法基于最大似然准则，在不对接收信号进行频谱搬移的情况下，对一定范围内的SSB频率位置和载波频偏进行联合估计，能够显著减少频率搜索的次数，简化和加速小区搜索过程。本方法不依赖于准确的下行定时位置，一定范围内的定时误差不会对频率估计的性能产生影响。同时本方法可以通过设置相应参数的取值，调整频率估计的理论精度和计算复杂度。计算复杂度。计算复杂度。

【技术实现步骤摘要】
5G NR系统中SSB频率位置和载波频偏的联合估计方法


[0001]本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种5G NR系统中SSB频率位置和载波频偏的联合估计方法。

技术介绍

[0002]第五代移动通信(5th generation mobile communication，5G)新空口(New Radio，NR)系统使用正交频分复用(orthogonal frequency
‑
division multiplexing，OFDM)作为下行传输的基本波形，需要在小区搜索阶段实现终端与基站之间的频率同步，包括载波中心频率的确定，以及载波频偏的估计和补偿。
[0003]5G NR引入同步信号块(synchronization signal block，SSB)的设计，主同步信号(primary synchronization signal，PSS)、辅同步信号(secondary synchronization signal，SSS)和物理广播信道(physical broadcast channel，PBCH)构成SSB一同发送，用于传输下行同步和广播信息。在频域上，SSB位于同步栅格所指定的频率位置，而通常不位于载波频率的中心位置。在独立组网(standalone，SA)架构中，终端搜索SSB的频率位置，并结合SSB在系统传输带宽内的相对位置，确定载波中心频率，然后估计载波频偏并补偿。
[0004]OFDM系统对载波频率偏差敏感，只能容忍一定范围内的载波频偏，否则接收信号会发生失真和受到干扰，系统性能会下降。一般将相对于子载波间隔(subcarrier spacing，SCS)归一化的载波频偏分为两部分，整数倍频偏(integral part of frequency offset，IFO)和小数倍频偏(fractional part of frequency offset，FFO)。整数倍频偏使得接收信号在频域上产生移位，会导致子载波解映射出现偏差，造成解调错误。小数倍频偏使得接收解调信号的幅度和相位发生改变，并且破坏子载波间的正交性，带来子载波间干扰(intercarrier interference，ICI)。因此，频率同步是5G小区搜索和OFDM系统的重要组成部分和研究内容。
[0005]在独立组网架构的初始接入阶段，终端需要在同步栅格的各个频点上搜索SSB，复杂度较高。在系统实现中，对频率搜索进行优化，常用的方法是向终端配置查找表用于信道分配，或者在频率搜索之前进行频谱分析，以降低小区搜索的复杂度。
[0006]目前，关于OFDM系统中的载波频偏估计方法已有大量研究。常用的方法是利用预设补偿的一组值和训练序列的时域相关性，或者利用训练序列的频域移位和相关性估计整数倍频偏；利用循环前缀和对应信号段之间的相位关系，或者利用重复传输的训练序列之间的相位关系，或者利用训练序列前后分段之间的相位关系估计小数倍载波频偏。不同的频偏估计方法根据所使用的信道条件和系统类型，有着相应的改进。
[0007]常用的载波频偏估计方法需要在较为准确的下行定时同步的基础上进行，在复杂的信道条件下难以获得准确的下行定时同步，载波频偏估计效果会随着定时误差的增大而变差，而且小数倍频偏估计方法的估计范围有限。在5G NR尤其是毫米波传输场景，载波频率高和终端移动速度快会带来更大的载波频偏，使得载波频偏估计的复杂度上升，而且会严重影响下行定时同步的准确性，小数倍频偏估计所使用的循环前缀或者训练序列需要进
行截取以容纳定时误差，估计性能进而下降。

技术实现思路

[0008]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种5G NR系统中SSB频率位置和载波频偏的联合估计方法，该方法可以联合估计出载波频偏和一定范围内的SSB频率位置，降低初始接入中频率搜索的复杂度，并且在一定的定时估计误差范围内，估计性能不受下行定时误差的影响。
[0009]技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0010]本专利技术所述的5G NR系统中SSB频率位置和载波频偏的联合估计方法，包括以下步骤：
[0011]步骤S1：终端将接收中心频率调谐到工作频段内信道栅格的某个频点上，根据下行定时位置，在接收信号中截取主同步信号所在OFDM符号的时域数据，并去除循环前缀(cyclic prefix，CP)，得到接收信号段；
[0012]步骤S2：把主同步信号映射到OFDM符号有效子载波的频率中心位置，进行离散傅里叶逆变换(inverse discrete Fourier transform，IDFT)，生成主同步信号位于系统传输带宽中心位置的时域参考信号，并由时域参考信号构成参考信号矩阵；
[0013]步骤S3：根据步骤S1截取得到的接收信号段，由时域参考信号、频偏、信道和噪声表示接收信号的模型，并基于接收信号模型得到频偏和信道估计的似然函数，进而得到最大似然估计的目标函数；
[0014]步骤S4：根据步骤S3得到的似然函数，假设信道是未知但是确定的，对信道单独进行最大似然估计，进而得到频偏最大似然估计的表达式；
[0015]步骤S5：根据步骤S1截取得到的接收信号段和步骤S4得到的频偏最大似然估计的表达式，对接收信号进行加权相关，并对加权相关得到的序列进行离散傅里叶变换(discrete Fourier transform，DFT)，根据DFT结果中数据实部最大值所在的位置得到频偏的估计值；
[0016]步骤S6：根据步骤S5得到的归一化频偏估计值，结合同步栅格指定的一系列频率位置和当前终端调谐频率之间的频率差，估计出SSB的频率偏移，即确定SSB的频率位置，进而估计出载波频偏；
[0017]步骤S7：根据步骤S6得到的SSB频率位置的估计值，检测相应频率位置是否存在SSB，如果检测到SSB，则步骤S6得到的SSB频率位置估计值和载波频偏估计值即为估计结果，如果没有检测到SSB，则说明SSB在当前终端调谐频率所覆盖带宽的范围之外，终端将接收中心频率以接近系统传输带宽大小的频率步长调谐到相应工作频段内信道栅格的新频点上，返回到步骤S1再次进行频率估计。
[0018]进一步，所述步骤S1中，截取得到的接收信号段构成N
×
1维复数向量：
[0019]y＝[y(0),y(1),
…
,y(N
‑
1)]T
[0020]其中，N是OFDM符号的长度。截取的接收信号段不完全对应主同步信号所在的OFDM符号，可能包含一定的定时误差。信号截取不依赖于准确的下行定时位置，当定时估计落在循环前缀范围内时，定时误差几乎不会对估计性能产生影响。
[0021]进一步，所述步骤S2中，由时域参考信号s(n),n＝0,1,
…
,N
‑
1构成N
×
N
CP
维参考信
号矩阵：
[0022][0023]其中，N
CP<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.5G NR系统中SSB频率位置和载波频偏的联合估计方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：终端将接收中心频率调谐到工作频段内信道栅格的某个频点上，根据下行定时位置，在接收信号中截取主同步信号所在OFDM符号的时域数据，并去除循环前缀，得到接收信号段；步骤S2：把主同步信号映射到OFDM符号有效子载波的频率中心位置，进行IDFT，生成主同步信号位于系统传输带宽中心位置的时域参考信号，并由时域参考信号构成参考信号矩阵；步骤S3：根据步骤S1截取得到的接收信号段，由时域参考信号、频偏、信道和噪声表示接收信号的模型，并基于接收信号模型得到频偏和信道估计的似然函数，进而得到最大似然估计的目标函数；步骤S4：根据步骤S3得到的似然函数，假设信道是未知但是确定的，对信道单独进行最大似然估计，进而得到频偏最大似然估计的表达式；步骤S5：根据步骤S1截取得到的接收信号段和步骤S4得到的频偏最大似然估计的表达式，对接收信号进行加权相关，并对加权相关得到的序列进行DFT，根据DFT结果得到频偏的估计值；步骤S6：根据步骤S5得到的归一化频偏估计值，结合同步栅格指定的一系列频率位置和当前终端调谐频率之间的频率差，估计出SSB的频率偏移，即确定SSB的频率位置，进而估计出载波频偏；步骤S7：根据步骤S6得到的SSB频率位置的估计值，检测相应频率位置是否存在SSB，如果检测到SSB，则步骤S6得到的SSB频率位置估计值和载波频偏估计值即为估计结果，如果没有检测到SSB，则说明SSB在当前终端调谐频率所覆盖带宽的范围之外，终端将接收中心频率调谐到新的频点上，返回到步骤S1再次进行频率估计。2.根据权利要求1所述的5G ...

【专利技术属性】
技术研发人员：高西奇，何思然，高洋杨，仲文，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：