CN101193436A - 一种基站Node B中的物理层随机接入信道前导检测门限获得装置 - Google Patents

Abstract

一种基站Node B中的物理层随机接入信道前导检测门限获得装置，由查找表创建单元根据不同小区需要设定不同的相干积分长度CA、非相干积分长度N_CA和天线数N_ant，在系统中实测，统计得到不同参数设置时对应的噪声估计系数C，建立查找表；然后最大值记录单元在系统运行时，根据不同小区设置好并记录CA、N_CA和天线数，对输入的信号进行解扰，解频偏等处理，记录16个签名中每一个签名的相关幅度值中最大的N个；噪声估计值计算单元取该N个相关幅度值中最小的n个，共n×16个幅度值求平均，查询查找表，得到噪声估计系数C，然后计算得到噪声估计值I₀；最后由前导检测门限计算单元，根据噪声估计值I₀和信噪比含义前导检测门限计算前导检测门限。

Description

一种基站Node B中的物理层随机接入信道前导检测门限获得装置

技术领域

本发明涉及码分多址(CDMA：Code-Division Multiple-Access)通信系统，尤其涉及一种码分多址系统随机接入前导检测门限获得装置。

背景技术

在宽带码分多址(WCDMA)移动通信系统中，物理层随机接入信道(PRACH)是系统一个非常重要的组成部分。UE(User Equipment，用户设备，WCDMA系统中的终端设备)在小区注册以及注册后呼叫时都需要通过PRACH发起随机接入过程。

在随机接入过程中，UE在通过广播得到的可用签名集和可用子信道集中随机的选取子信道和签名，在选中的子信道对应的时间发送由选中的签名序列组成的随机接入前导。在NodeB(基站)侧，设定一个前导检测门限，记录每个签名能量较大的多径，如果某个签名多径的最大的能量超过前导检测门限，则认为有UE在以此签名发送前导，并对此签名发送确认信息，UE在发送前导后如果收到允许接入的确认信息，将发送随机接入消息，否则如果没收到确认信息，将抬高功率在下一个可用的子信道继续发送前导。可见，在随机接入过程中，前导检测门限的计算和确定是影响随机接入性能的一个关键点，如果前导检测门限设定较高，会使接入较难，同时也使随机接入的UE发射功率较大，对其他用户引入了干扰，如果前导检测门限设定较低，就会检测到较多由噪声产生的前导，即虚警较高，这样大量由噪声产生的前导将占用解调资源，由于解调资源有限，就有可能导致UE发上来的前导没有解调资源可用而被拒绝，导致接入时间长，甚至接入失败。

通常的随机接入前导检测方法中，首先对输入的信号进行解扰，解频偏，解签名和相关积分等处理，得到每一个签名的不同时延位置的相关幅度值，然后用其中最大的幅度值与前导检测门限比较进行接入前导判决。前导检测门限定义为接收的前导功率与噪声的比率，这个是系统的参数，在系统配置时就设定，在设定好信噪比含义的前导检测门限后，可以计算得到对应积分后的总能量的幅度门限，推导如下：

$P_{N\_\mathrm{CA}}=\left({10}^{\frac{I_0}{10}}\right)*\mathrm{CA}$

$P_{S\_\mathrm{CA}}=\left({10}^{\frac{T+I_0}{10}}\right)*{\mathrm{CA}}^2$

$T_{\mathrm{Amp}}=\sqrt{P_{S\_\mathrm{CA}}+P_{N\_\mathrm{CA}}}=\sqrt{\left({10}^{\frac{I_0}{10}}\right)*\mathrm{CA}*({10}^{\frac{T}{10}}\mathrm{CA}+1)}$

其中：P_{S_CA}是信号积分后的能量，P_{N_CA}噪声积分后的能量，CA是相干积分长度，I₀是码片噪声的能量(dB值)，T是前导检测门限(dB值)，T_Amp是积分后的总能量幅度门限。因此，在获得实时的噪声估计值后就可以得到对应积分后总能量的幅度门限，即前导检测幅度门限，但如果噪声估计值不精确，就会导致获得的前导检测门限不准确而影响随机接入性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是是针对实时的噪声能量估计值不够准确或没有实时噪声估计模块的情况下，提供一种通过近似估计噪声获得随机接入前导检测门限的装置。

本发明提出一种基站Node B中的物理层随机接入信道前导检测门限获得装置，包含：

查找表创建单元，用于在系统设置阶段，根据不同小区需要设定不同的相干积分长度CA、非相干积分长度N_CA和天线数N_ant，在系统中实测，统计得到不同参数设置时对应的噪声估计系数C，建立查找表；

最大值记录单元，用于系统运行时，根据不同小区设置好并记录相干积分长度CA、非相干积分长度N_CA和天线数，对输入的信号进行解扰，解频偏，解签名和相关积分处理，记录16个签名中每一个签名的不同时延位置的相关幅度值中最大的N个；

噪声估计值计算单元，用于取最大值记录单元记录的每一个签名的该N个相关幅度值中最小的n个幅度值，共n×16个幅度值求平均，根据最大值记录单元中记录的CA，N_CA和天线数查询查找表创建单元创建的查找表，得到噪声估计系数C，然后计算得到噪声估计值I₀；

前导检测门限计算单元，用于根据噪声估计值计算单元计算的噪声估计值I₀和信噪比含义前导检测门限计算前导检测门限。

所述最大值记录单元中N值为16或24。

所述查找表创建单元中噪声估计系数C由下式可得到：

$C=\frac{{N_{\mathrm{ant}}}^2*{N_{\mathrm{CA}}}^2*\mathrm{CA}*I_0}{{\mathrm{Amp}}^2}$

其中，N_CA是非相干积分长度，CA是相干积分长度，I₀是实测的码片噪声的能量值，N_ant是天线数，Amp是16个签名每个签名最小2个幅度值的平均值。

所述前导检测门限计算单元中前导检测门限为前导检测幅度门限T_Amp， $T_{\mathrm{Amp}}=\sqrt{\left({10}^{\frac{I_0}{10}}\right)*\mathrm{CA}*({10}^{\frac{T}{10}}*\mathrm{CA}+1)}.$

所述前导检测门限计算单元中前导检测门限为前导检测能量门限T_P， $T_P=\left({10}^{\frac{I_0}{10}}\right)*\mathrm{CA}*({10}^{\frac{T}{10}}*\mathrm{CA}+1).$

本发明通过查找表创建单元建立相干积分长度CA、非相干积分长度N_CA和天线数这三个参数和噪声估计系数C的查找表，由最大值记录单元记录16个签名中每一个签名的不同时延位置的幅度最大的N个相关幅度值，再由噪声估计值计算单元取其中最小的n个幅度值平均，查找前面建立的查找表获得噪声估计系数C，计算动态估计噪声I₀，前导检测门限计算单元根据I₀计算前导检测门限。由实例可知，本发明的上述前导检测门限获得装置，能准确的估计噪声，因此能获得准确的前导检测门限。

附图说明

图1是本发明一实例中系统实测噪声和动态估计噪声的概率分布图；

图2是本发明随机接入前导检测门限计算方法流程图。

具体实施方式

本发明主要提出了一种WCDMA系统中物理层随机接入信道前导检测门限获得装置，在得不到精确的实时噪声估计值的情况下，利用本发明中的动态噪声估计方法，可以获得较为精确的前导检测幅度或能量门限。

在随机接入前导检测中，首先对输入的信号进行解扰，解频偏，解签名和相关积分等处理，得到16个签名中每一个签名的不同时延位置的相关幅度值，其中每个签名n个最低的相关幅度值已经接近噪声的平均水平，因此可以利用每个签名最低n个幅度值取平均来动态估计噪声I₀，同时根据随机接入多径搜索需要和实现简化可以仅记录每一个签名多径相关幅度值中最大的N个(N＝16或24等，取值越大消耗的资源越多，当然N取其他值也是可以的，只是实现复杂，消耗资源会多)，取其中每个签名最小n个(n＝2或4，1-4之间均可，当然n大于4，比如取5也是可以的，只是实现复杂，消耗资源会多)幅度值的平均值进行动态噪声估计。

估计噪声前，需要建立一个噪声估计系数表，此系数可以事先在系统中实测或通过理论计算得到，并做好查找表供系统运行动态估计噪声时查找使用。实测时，在系统中设定相应的相干积分长度CA和非相干积分长度N_CA，由下式可得到对应的噪声估计系数C：

$C=\frac{{C_{\mathrm{ant}}}^2*{N_{\mathrm{CA}}}^2*\mathrm{CA}*I_0}{{\mathrm{Amp}}^2}$

其中，N_CA是非相干积分长度，CA是相干积分长度，I₀是实测的码片噪声的能量值，N_ant是天线数，Amp是每个签名最小两个幅度值的平均值。式中参数：C，N_CA，N_ant，CA，I₀，Amp，其中N_CA，N_ant，CA这三个参数在系统运行不同情况时取不同值，但都是我们事先知道并设定好的，在系统运行前我们就可以通过实测得到I₀和Amp，从而通过统计得到N_CA，N_ant，CA这三个参数和C的关系，这样在系统运行时，知道了每个签名最小的2个幅度值即Amp，可根据系统运行时参数N_CA，N_ant，CA和对应的C，得到I₀，得到实时的I₀后，就可以利用 $T_{\mathrm{Amp}}=\sqrt{P_{S\_\mathrm{CA}}+P_{N\_\mathrm{CA}}}=\sqrt{\left({10}^{\frac{I_0}{10}}\right)*\mathrm{CA}*({10}^{\frac{T}{10}}*\mathrm{CA}+1)}$ 这个公式得到前导检测幅度门限或前导检测能量门限，用于接入前导判决。

图1为本发明的一个具体实施例中，系统实测的噪声和采用本发明的前导检测门限装置动态估计的噪声的概率分布图。由图可见，上述前导检测门限装置能准确的估计噪声。

图2是本发明随机接入前导检测门限计算方法流程图，这里假设N＝16，n＝2，即仅记录16个签名中每一个签名多径相关幅度值中最大的16个，利用其中最小的2个幅度值进行噪声估计，由一前导检测门限获得装置实现，结合图2本发明的具体实施步骤如下：

步骤210：由查找表创建单元在系统设置阶段，根据不同的小区需要设定不同的相干积分长度CA、非相干积分长度N_CA和天线数，在系统中实测，统计得到不同参数设置时对应的噪声估计系数C，建立查找表；

查找表中确定的就是相干积分长度CA、非相干积分长度N_CA和天线数这三个参数和系数C的关系，用查找表可以方便地通过相干积分长度CA、非相干积分长度N_CA、天线数这三个参数索引到系数C，不用查找表用其他别的表述方法也可以。

步骤220：最大值记录单元根据小区不同设置好并记录信噪比含义的前导检测门限，相关积分长度，非相关积分长度和天线数，对输入的信号进行解扰，解频偏，解签名和相关积分等处理，对16个签名，记录每一个签名多径相关幅度值中最大的N＝16个；

步骤230：噪声估计值计算单元取每个签名上述N＝16个相关幅度值中最小的n＝2个幅度值共32个幅度值求平均，得到一个代表噪声的幅度均值，然后根据步骤220中设置的相关积分长度，非相关积分长度和天线数查表得到噪声估计系数C，就可由下式计算得到估计的噪声I₀；

$I_0=\frac{C\×{\mathrm{Amp}}^2}{{N_{\mathrm{ant}}}^2*{N_{\mathrm{CA}}}^2*\mathrm{CA}}$

获得Amp和C的值没有严格的前后顺序，也可在步骤220中就查表获得噪声估计系数C值，但系统实现时一般是先计算得到Amp再查表得到C，再进行后续计算。

步骤240：前导检测门限计算单元根据信噪比含义前导检测门限和步骤230中计算的动态估计噪声I₀就可得到前导检测幅度门限，进行后续的前导检测处理了。

上面结合实施例详细描述了本发明的具体实施过程，同一领域的技术人员根据描述可以很容易实现本发明，同时在不脱离本发明的精神和实质的情况下，通过改变相应的参数或将计算的幅度门限改为能量门限(幅度的平方即为能量)等，可使本发明有许多变形，本发明的保护范围由所附的权利要求来限定。

Claims (5)

1.一种基站Node B中的物理层随机接入信道前导检测门限获得装置，包含：

查找表创建单元，用于在系统设置阶段，根据不同小区需要设定不同的相干积分长度CA、非相干积分长度N_CA和天线数N_ant，在系统中实测，统计得到不同参数设置时对应的噪声估计系数C，建立查找表；

最大值记录单元，用于系统运行时，根据不同小区设置好并记录相干积分长度CA、非相干积分长度N_CA和天线数，对输入的信号进行解扰，解频偏，解签名和相关积分处理，记录16个签名中每一个签名的不同时延位置的相关幅度值中最大的N个；

噪声估计值计算单元，用于取最大值记录单元记录的每一个签名的该N个相关幅度值中最小的n个幅度值，共n×16个幅度值求平均，根据最大值记录单元中记录的CA，N_CA和天线数查询查找表创建单元创建的查找表，得到噪声估计系数C，然后计算得到噪声估计值I₀；

前导检测门限计算单元，用于根据噪声估计值计算单元计算的噪声估计值I₀和信噪比含义前导检测门限计算前导检测门限。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述最大值记录单元中N值为16或24。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述查找表创建单元中噪声估计系数C由下式可得到：

$C=\frac{{N_{\mathrm{ant}}}^2*{N_{\mathrm{CA}}}^2*\mathrm{CA}*I_0}{{\mathrm{Amp}}^2}$

其中，N_CA是非相干积分长度，CA是相干积分长度，I₀是实测的码片噪声的能量值，N_ant是天线数，Amp是16个签名每个签名最小2个幅度值的平均值。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述前导检测门限计算单元中前导检测门限为前导检测幅度门限T_Amp， $T_{\mathrm{Amp}}=\sqrt{\left({10}^{\frac{I_0}{10}}\right)*\mathrm{CA}*({10}^{\frac{T}{10}}*\mathrm{CA}+1)}.$

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述前导检测门限计算单元中前导检测门限为前导检测能量门限T_P， $T_P=\left({10}^{\frac{I_0}{10}}\right)*\mathrm{CA}*({10}^{\frac{T}{10}}*\mathrm{CA}+1).$

Images