CN101488774B - 距离修正码字检测和时间偏移估计方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Ranging码字检测和时间偏移估计方法及系统，在上述方法中，将频域Ranging数据和带有时偏补偿的所有可能的本地码字对应相乘，将相乘的结果相加求和并取模，并保存每次计算的峰值；从保存的所有峰值中选择最大峰值，将最大峰值与第一门限相比较：如果该值小于等于第一门限，则结束本次检测；否则，将保存的所有峰值与第二门限相比较，将大于第二门限的峰值对应的本地码字作为当前用户发送的Ranging码字，并根据大于第二门限的峰值对应的补偿相位进行时间偏移估计。通过本发明，消除了对噪声功率的依赖，从而避免了因噪声功率估计不准确而导致的漏检或虚警现象，达到了多用户时仍能正确检测的目的，同时提高了时偏估计的精确度。

Description

距离修正码字检测和时间偏移估计方法及系统

技术领域

本发明涉及移动通信中的数据传输领域，具体地，涉及正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，简称为OFDM)系统中的距离修正(Ranging)处理技术，尤其涉及Ranging码字检测和时间偏移估计方法及系统。

背景技术

目前，移动通信已成为当代通信领域内发展潜力最大、市场前景最广的热点技术，而正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，简称为OFDM)技术是目前移动通信技术研究的热点技术之一。

正交频分复用(OFDM)是一种特殊的多载波传输方案，它既可以被看作一种调制技术，也可以被当作一种复用技术。其基本思想是在频域内将给定信道分成若干个正交子信道，在每个子信道上进行调制，并且各子载波并行传输。这样，尽管总的信道是非平坦的，但是每个子信道是相对平坦的，信号带宽小于信道的相干带宽。同时，在每个OFDM符号之前插入保护间隔，只要保护间隔大于信道的最大时延扩展，就可以对抗由多径引起的符号间干扰(Inter-Symbol Interference，简称为ISI)。因此，OFDM技术能够很好地对抗频率选择性衰落和符号间干扰。另外，OFDM系统可以通过在上下行链路中使用不同数量的子信道来实现上下行链路中不同的传输速率。

同时，OFDM技术还可以与其他多种接入方法结合使用，构成正交频分多址接入(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，简称为OFDMA)系统，其中包括多载波码分多址(Multicarrier-CodeDivision Multiple Access，简称为MC-CDMA)、跳频OFDM以及OFDM-TDMA(Time Division Multiple Access，时分多址)等等。因此，OFDM技术被认为是未来移动通信不可或缺的关键技术之一。

OFDM系统虽然有以上的众多优点，但是它对时间同步误差非常敏感。如果时间同步不准确，则不同的子载波上可能会引入不同的相位差，随着同步误差的增大，会降低系统的性能，严重时甚至可能会导致子载波之间不再正交，从而失去网络用户，严重地降低了系统的性能。另外，同步误差还会在一定程度上影响小数频率偏移估计的性能。因此，OFDM系统中的同步技术是非常重要的关键技术。

使用OFDM技术的802.16系列标准中规定了基站(BaseStation，简称为BS)和用户站(Subscriber Station，简称为SS)之间距离修正(Ranging)处理的具体过程。

Ranging主要分为两种：初始Ranging/handover Ranging、周期Ranging/带宽请求Ranging。通过初始Ranging，SS可以获得初始接入BS时对应的正确的时间偏移和功率调整。通过周期Ranging，SS可以跟踪上行时间偏移和功率变化，从而实现正确的时间偏移调整和功率调整。

在发送端，每个SS分配的Ranging的序列中随机选择一个序列作为自己的Ranging序列，接收端接收到的是所有用户Ranging码字序列叠加后的结果。BS通过对接收到的叠加Ranging码序列的检测，判断当前存在的用户，估计用户的功率和时间偏移，并进行广播。SS根据BS广播的信息，进行时间偏移的调整和功率的调整，从而实现和BS的成功通信。可见，BS端Ranging码字的检测和时间偏移的估计，对BS和SS能否实现成功通信至关重要。如果BS检测不出SS的Ranging码字，则SS不能和BS进行通信；如果BS检测出了SS的Ranging码字，但是时间偏移估计的不准确，也会导致解调的失败，因此，OFDM系统中Ranging的检测是OFDM系统中一个非常重要的技术。

对Ranging码字的检测和时间偏移估计，既可以在时域进行，也可以在频域进行。在时域进行时，计算复杂，运算量大，实现困难，在本文中不再进行论述。2007年3月15日公布的美国专利US2007058524中给出了一种在频域实现Ranging码字的检测和时间偏移估计的方法。该方法首先将接收到的两个符号的Ranging数据与本地码字相匹配，保存两个符号中较大的功率；再将此功率和门限1比较，得到可能存在的码字；然后用码字相关矩阵调整可能码字对应的功率；最后将调整后的功率和门限2比较，得到最终存在的码字；通过接收到的Ranging数据相邻子载波的相位差得到符号偏移估计。该方法中，门限1和噪声功率有关，而噪声功率的估计通常不够准确，因此可能会造成漏检或者虚警；在造成虚警或漏检的情况下，再采用码字相关矩阵调整可能码字对应的功率时，由于虚警或漏检的存在，导致码字相关矩阵也不够准确，从而导致调整失败。另外，该方法根据tile内相邻子载波的相位差得到符号偏移的估计，当大于1个用户时，接收端由于存在着相位模糊的现象，所以造成了估计出的时间偏移不准确。

通过仿真，发现该算法的虚警概率比较高，而且时间偏移估计的精确度也不高，并且当用户数增多时，该算法的性能迅速下降。因此，需要一种新的方法来实现多用户下Ranging码的检测和时间偏移估计。

发明内容

考虑到相关技术的Ranging码的检测和时间偏移估计方法中存在的虚警概率较高、时间偏移估计的精确度不高，以及算法性能随用户数增多而下降等问题中的至少一个问题而提出本发明，为此，本发明旨在提供一种Ranging码字检测和时间偏移估计方法及系统。

根据本发明的一个方面，提供了一种Ranging码字检测和时间偏移估计方法。

根据本发明实施例的该方法包括以下处理：将频域Ranging数据和带有时偏补偿的所有可能的本地码字对应相乘，将相乘的结果相加求和并取模，并保存每次计算的峰值；从保存的所有峰值中选择最大峰值，将最大峰值与第一门限相比较：在最大峰值小于等于第一门限的情况下，结束本次检测；在最大峰值大于第一门限的情况下，将保存的所有峰值与第二门限相比较，将大于第二门限的峰值对应的本地码字作为当前用户发送的Ranging码字，并根据大于第二门限的峰值对应的补偿相位进行时间偏移估计。

优选地，根据本发明的上述方法进一步包括以下处理：将接收到的数据变换到频域，并提取天线Ranging子信道上对应的频域Ranging数据；在涉及多天线的情况下，进一步将将提取的各个天线Ranging子信道上对应的频域Ranging数据合并。

其中，第一门限是Ranging码字长度与Ranging码字功率乘积的0.5倍至0.9倍；第二门限是最大峰值的0.5倍至0.9倍。优选地，Ranging码字功率为1。

根据本发明的另一方面，提供了一种Ranging码字检测和时间偏移估计系统。

该系统包括：频域Ranging数据获取模块，用于将接收到的数据变换到频域，并提取天线Ranging子信道上对应的频域Ranging数据；带时偏补偿的码字匹配模块，连接至频域Ranging数据获取模块，用于将来自频域Ranging数据获取模块的频域Ranging数据和带有时偏补偿的所有可能的本地码字对应相乘，将相乘的结果相加求和并取模，并保存每次计算的峰值；比较模块，用于将带时偏补偿的码字匹配模块保存的所有峰值中的最大峰值与第一门限进行比较，并且在最大峰值大于第一门限的情况下，将保存的所有峰值与第二门限相比较；处理模块，用于根据比较模块的比较结果进行相关处理，其中，在最大峰值小于等于第一门限的情况下，结束本次检测；对于大于第二门限的峰值，将其对应的本地码字作为当前用户发送的Ranging码字，并根据其对应的补偿相位进行时间偏移估计。

优选地，在涉及多天线的情况下，频域Ranging数据获取模块进一步将将提取的各个天线Ranging子信道上对应的频域Ranging数据合并，并将合并的频域Ranging数据发送到带时偏补偿的码字匹配模块。

其中，第一门限是Ranging码字长度与Ranging码字功率乘积的0.5倍至0.9倍；第二门限是最大峰值的0.5倍至0.9倍。优选地，Ranging码字功率为1。

通过本发明，消除了对噪声功率的依赖，从而避免了因噪声功率估计不准确而导致的漏检或虚警现象，达到了多用户时仍能正确检测的目的；同时，本发明还降低了接收端相位模糊对时间偏移估计的影响，达到了多用户时仍能精确进行时间偏移估计的目的。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明实施例的Ranging码字检测和时间偏移估计方法的流程图；

图2是图1所示的方法中带时偏补偿的码字匹配步骤的流程图；

图3是根据本发明实施例的Ranging码字检测和时间偏移估计系统的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

方法实施例

根据本发明实施例，首先提供了一种Ranging码字检测和时间偏移估计方法。图1示出了该方法的简要处理流程图。

如图1所示，该方法可以包括以下处理：

步骤S102(带时偏补偿的码字匹配)，将频域Ranging数据和带有时偏补偿的所有可能的本地码字对应相乘，将相乘的结果相加求和并取模，并保存每次计算的峰值；

步骤S104，从保存的所有峰值中选择最大峰值，将最大峰值与第一门限相比较：在最大峰值小于等于第一门限的情况下，结束本次检测；在最大峰值大于第一门限的情况下，进行到步骤S106，

步骤S106，将保存的所有峰值与第二门限相比较，将大于第二门限的峰值对应的本地码字作为当前用户发送的Ranging码字(当前用户的码字索引)，并根据大于第二门限的峰值对应的补偿相位进行时间偏移估计(当前用户的时间偏移)。

在步骤S102之前，还需要进行如下操作：将接收到的数据FFT(Fast Fourier Transform，快速傅立叶变换)变换到频域，并提取天线Ranging子信道上对应的频域Ranging数据；在涉及多天线的情况下，进一步将将提取的各个天线Ranging子信道上对应的频域Ranging数据合并(如图1中的虚线框所示)。

在本实施例中，设频域子载波k上合并后的ranging数据为Yk(Yk的模值为1)，k∈Index，Index为Ranging对应的载波序号集，则根据802.16e标准，Index的长度为144。

基于以上内容，以下将进一步描述上述各个步骤中的细节。

(1)步骤S102

该步骤中的操作可以理解为采用带时间偏移补偿的本地产生的分配给初始化Ranging的码字，对接收到的Ranging数据进行匹配。即，为了消除时间偏移带来的频域相位的影响，采用带时间偏移补偿的本地码字与接收到的Ranging数据相乘，对相乘的结果求和取模，保存每次结果的峰值，得到与第一门限和第二门限进行比较的最大峰值。

此处设分配给ranging的码字总数为M，码字集合为

C＝{C₁，C₂，...，C_M}    (1)

根据802.16e标准，每个码字长144比特，设总共有L个用户，每个用户对应的时间偏移为n_l，

nl∈{-CP_LEN，-CP_LEN+1，...0，1，...T_max}    (2)

其中，CP_LEN是保护间隔的长度，T_max＝信号的往返时延round-trip delay/采样周期。

假设第1个用户的时间偏移为n_l，则通过信道后，接收到的时域信号可以表示为： $y\left(n\right)=\frac{1}{\sqrt{N}}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_k{H}_k{e}^{j\frac{2\mathrm{\π}}{N}(n+n_l)k}+w\left(n\right)---\left(3\right)$

其中，w(n)是白噪声。

则接收端第k个子载波上的信号可以表示为

$Y_k=\frac{1}{\sqrt{N}}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}y\left(n\right)e^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{N}\mathrm{kn}}+W_k$

$=\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_m{H}_m{e}^{j\frac{2\mathrm{\π}}{N}(n+n_l)m}{e}^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{N}\mathrm{kn}}+W_k$

$=\frac{1}{N}\underset{m=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_m{H}_m{e}^{j\frac{2\mathrm{\π}}{N}m{n}_l}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{j\frac{2\mathrm{\π}}{N}(m-k)n}+W_k$

$=X_k{H}_k{e}^{j\frac{2\mathrm{\π}}{N}k{n}_l}---\left(4\right)$

其中，W_k是白噪声频域表示。

由式(4)可以得出，接收端第k个子载波上，由第1个用户的时间偏移n_l而引起的相位旋转为

对应的步骤S104中需要补偿的相位为

这里，将采用带时间偏移补偿的第m个本地码字对接收数据匹配的结果峰值记为Q_m。

(2)步骤S104

将步骤S102中匹配所得到的最大峰值和第一门限进行比较，以判断当前是否有用户存在。如果最大峰值小于第一门限，则认为没有用户存在，直接结束本次检测，否则进行到步骤S106。

将步骤S102中匹配所得到的最大峰值记为Q，则

$Q=\underset{m}{\max }{Q}_m---\left(5\right)$

理想情况下，1个用户时，Q＝144。非理想情况下，当有多个用户时，由于码字之间相关性和信道的影响，Q的值在144左右波动，所以第一门限可以设为144的0.5～0.9倍。一般地，第一门限是可以是Ranging码字长度与Ranging码字功率乘积的0.5倍至0.9倍；第二门限是最大峰值的0.5倍至0.9倍。优选地，Ranging码字功率为1(即，归一化)，此时，第一门限是是Ranging码字长度的0.5倍至0.9倍。

(3)步骤S106

将步骤S102中匹配所得到的所有峰值与第二门限进行比较，以得到当前用户对应的码字索引和相位偏移。对于大于第二门限的峰值，则其对应的本地码字索引即为当前用户发送的码字索引，其对应的补偿相位即为当前用户的时间偏移在频域引起的相位偏移。这里，通常将第二门限设为最大峰值的0.5～0.9倍。

具体地，在该步骤中，大于第二门限的峰值对应的本地码字是当前存在的用户发送的码字，保存该码字索引。也就是说，当Q_m大于第二门限时，m即为当前存在的一个用户的码字索引；另一方面，大于第二门限的峰值对应的补偿相位即为当前用户的时间偏移在频域引起的相位偏移，根据该相位可以计算出当前用户的时间偏移。也就是说，当Q_m大于第二门限时，得到Q_m的n_l即为码字索引为m的当前用户的时间偏移。

另一方面，在该步骤中，小于门限2的峰值对应的本地码字不是当前存在的用户，丢弃。

接下来，将参照图2对上述的步骤S102进行进一步描述。如图2所示，步骤S102可以具体为如下的操作(201至206)：

201(所有的本地码字)：指当前小区分配的所有可用的Ranging码字C_i，i＝1：M；

202(频域Ranging数据)：指频域Ranging数据Y，可以是一根天线上的Ranging数据，也可以是多根天线上Ranging数据合并的结果；

203(可能的时偏对应的相位)：指可能存在的时间偏移在频域Ranging数据所占的子载波上所引起的相偏，即，每个用户对应的时间偏移n_l在频域引起的相位偏移；

204(相乘)：指将所有的本地Ranging码字、频域Ranging数据和所有可能的时偏对应的相偏分别相乘；

设第k个子载波上，没有符号偏移的频域信号为X_k，则时间偏移为n_l的第1个用户对应的接收信号为： $Y_k=X_k\·\exp \left(j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}{n}_l\right)---\left(6\right)$

其中，k∈Index，n_l∈{-CP_LEN，-CP_LEN+1，...0，1，...T_max}

用带相位补偿的本地第m个Ranging码与Y_k相乘，得到

$Z_{m,k}=Y_k\·{\hat{X}}_{m,p}\·\exp (-j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}{\hat{n}}_l)---\left(7\right)$

其中，

为本地第m个Ranging码的第p个数据，p＝1...144

即， $C_m=\{{\hat{X}}_{m,1},{\hat{X}}_{m,2},...,{\hat{X}}_{m,144}\},m=1:M$

k∈Index， ${\hat{n}}_l\∈\{-\mathrm{CP}\_\mathrm{LEN},-\mathrm{CP}\_\mathrm{LEN}+1,...\mathrm{0,1},...T_{\max }\}.$

205(和的模值得峰值检测)：指将204中相乘的结果分码字求和，输出和的模值的峰值。详细地说，对一个本地码字、一个可能的时偏对应的相偏和频域Ranging数据相乘的结果求和取模；对一个本地码字、所有可能的时偏对应的相偏和频域Ranging数据相乘的结果求和取模的结果中输出一个模值的峰值。这样，有多少个本地码字，就输出多少个峰值。

和的模的峰值可用下式得到： $Q_m=\underset{{\hat{n}}_l}{\max }\left|\underset{k\∈\mathrm{Index}}{\mathrm{\Σ}}{Z}_{m,k}\right|---\left(8\right)$

将式(7)代入式(8)得到：

$Q_m=\underset{{\hat{n}}_l}{\max }|\underset{k\∈\mathrm{Index}}{\mathrm{\Σ}}{Y}_k\·{\hat{X}}_{m,p}\·\exp (-j\frac{2\mathrm{\πk}}{n}{\hat{n}}_l)|---\left(9\right)$

再将将式(6)代入式(9)，得到

$Q_m=\underset{{\hat{n}}_l}{\max }|\underset{k\∈\mathrm{Index}}{\mathrm{\Σ}}{X}_k\·\exp \left(j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}{n}_l\right)\·{\hat{X}}_{m,p}\·\exp (-j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}{\hat{n}}_l)|---\left(10\right)$

将式(10)展开得到

$Q_m=\max \left\{\right|\underset{k\∈\mathrm{Index}}{\mathrm{\Σ}}{X}_k\·\exp \left(j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}{n}_l\right)\·{\hat{X}}_{m,p}\·\exp (-j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}(-\mathrm{CP}\_\mathrm{LEN}))|,$

$|\underset{k\∈\mathrm{Index}}{\mathrm{\Σ}}{X}_k\·\exp \left(j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}{n}_l\right)\·{\hat{X}}_{m,p}\·\exp (-j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}(-\mathrm{CP}\_\mathrm{LEN}+1))|,---\left(11\right)$

$...,|\underset{k\∈\mathrm{Index}}{\mathrm{\Σ}}{X}_k\·\exp \left(j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}{n}_l\right)\·{\hat{X}}_{m,p}\·\exp (-j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}\left(T_{\max }\right))|\}$

下面对Q_m的结果进行分析。为了推导方便，此处仅用一个用户的情况进行推导，多个用户时，推倒类似。

如果当前仅有一个用户，用户码字索引为v1，v1∈{1：M)，时间偏移为门n_v1＝5，那么Q_m有两种结果：

第一种结果，当匹配的本地码字索引m＝＝v1时，即 ${\hat{X}}_m=C_{v1}$ 时，可以得到：

$Q_{v1}=\max \left\{\right|\underset{k\∈\mathrm{Index}}{\mathrm{\Σ}}{C}_{v1,k}\·\exp (j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}\·5)\·C_{v1,p}\·\exp (-j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}(-\mathrm{CP}\_\mathrm{LEN}))|,$

$|\underset{k\∈\mathrm{Index}}{\mathrm{\Σ}}{C}_{v1,k}\·\exp (j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}\·5)\·C_{v1,p}\·\exp (-j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}(-\mathrm{CP}\_\mathrm{LEN}+1))|,$

$...,|\underset{k\∈\mathrm{Index}}{\mathrm{\Σ}}{C}_{v1,k}\·\exp (j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}\·5)\·C_{v1,p}\·\exp (-j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}\·5)|,$

$...,|\underset{k\∈\mathrm{Index}}{\mathrm{\Σ}}{C}_{v1,k}\·\exp (j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}\·5)\·C_{v1,p}\·\exp (-j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}\left(T_{\max }\right))|\}$

$=\max \left\{\right|\underset{k\∈\mathrm{Index}}{\mathrm{\Σ}}{\left|C_{v1,k}\right|}^2\·\exp (j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}\·5)\·\exp (-j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}(-\mathrm{CP}\_\mathrm{LEN}))|,$

$|\underset{k\∈\mathrm{Index}}{\mathrm{\Σ}}{\left|C_{v1,k}\right|}^2\·\exp (j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}\·5)\·\exp (-j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}(-\mathrm{CP}\_\mathrm{LEN}+1))|,$

$...,|\underset{k\∈\mathrm{Index}}{\mathrm{\Σ}}{\left|C_{v1,k}\right|}^2\·\exp (j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}\·5)\·\exp (-j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}\·5)|,$

$...,|\underset{k\∈\mathrm{Index}}{\mathrm{\Σ}}{\left|C_{v1,k}\right|}^2\·\exp (j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}\·5)\·\exp (-j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}\left(T_{\max }\right))|\}---\left(12\right)$

Ranging码字BPSK调制之后为±1，所以上式中|C_v1，k|²＝1，所以，上式可以表示为：

$Q_{v1}=\max \left\{\right|\underset{k\∈\mathrm{Index}}{\mathrm{\Σ}}\exp \left(j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}(\mathrm{CP}\_\mathrm{LEN}+5)\right)|,$

$\left|\underset{k\∈\mathrm{Index}}{\mathrm{\Σ}}\exp \left(j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}(\mathrm{CP}\_\mathrm{LEN}+6)\right)\right|,$

$...,\left|\underset{k\∈\mathrm{Index}}{\mathrm{\Σ}}\exp (-j\frac{2\mathrm{\πk}}{N})\right|,144,\left|\underset{k\∈\mathrm{Index}}{\mathrm{\Σ}}\exp \left(j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}\right)\right|,---\left(13\right)$

$...,\left|\underset{k\∈\mathrm{Index}}{\mathrm{\Σ}}\exp \left(j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}(5-T_{\max })\right)\right|\}=144$

其中，当Q_v1取最大值144时，对应的 ${\hat{n}}_{v1}=n_{v1}=5.$

第二种结果，当匹配的本地码字索引m≠v1时，即 ${\hat{X}}_m\≠C_{v1}$ 时，可以得到：

$\underset{m\≠v1}{Q_m}=\max \left\{\right|\underset{k\∈\mathrm{Index}}{\mathrm{\Σ}}{C}_{v1,k}\·\exp (j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}\·5)\·C_{m,p}\·\exp (-j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}(-\mathrm{CP}\_\mathrm{LEN}))|,$

$|\underset{k\∈\mathrm{Index}}{\mathrm{\Σ}}{C}_{v1,k}\·\exp (j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}\·5)\·C_{m,p}\·\exp (-j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}(-\mathrm{CP}\_\mathrm{LEN}+1))|,$

$...,|\underset{k\∈\mathrm{Index}}{\mathrm{\Σ}}{C}_{v1,k}\·\exp (j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}\·5)\·C_{m,p}\·\exp (-j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}\·5)|,$

$...,|\underset{k\∈\mathrm{Index}}{\mathrm{\Σ}}{C}_{v1,k}\·\exp (j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}\·5)\·C_{m,p}\·\exp (-j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}\left(T_{\max }\right))|\}$

$=\max \left\{\right|\underset{k\∈\mathrm{Index}}{\mathrm{\Σ}}{C}_{v1,k}{C}_{m,p}\·\exp \left(j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}(\mathrm{CP}\_\mathrm{LEN}+5)\right)|,$

$|\underset{k\∈\mathrm{Index}}{\mathrm{\Σ}}{C}_{v1,k}{C}_{m,p}\·\exp \left(j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}(\mathrm{CP}\_\mathrm{LEN}+6)\right)|,$

$...,\left|\underset{k\∈\mathrm{Index}}{\mathrm{\Σ}}{C}_{v1,k}{C}_{m,p}\right|,$

$...,|\underset{k\∈\mathrm{Index}}{\mathrm{\Σ}}{C}_{v1,k}{C}_{m,p}\exp \left(j\frac{2\mathrm{\πk}}{N}(5-T_{\max })\right)|\}---\left(14\right)$

已知相关系数的定义如下： $\mathrm{\&rho;}=\frac{<x_1,x_2>}{\sqrt{<x_1,x_1>\&CenterDot;<x_2,x_2>}}---\left(15\right)$

其中，x₁，x₂为两个向量，用式(15)可以得到C_v1和C_m的相关系数为：

${\mathrm{\&rho;}}_{v1,m}=\frac{<C_{v1},C_m>}{\sqrt{<C_{v1},C_{v1}>\&CenterDot;<C_m,C_m>}}$

$=\frac{\underset{n=1}{\overset{144}{\mathrm{\&Sigma;}}}{C}_{v1,n}{C}_{m,n}}{144}---\left(16\right)$

带入式(14)得到

$\underset{m\&NotEqual;v1}{Q_m}=\max \left\{\right|\underset{k\&Element;\mathrm{Index}}{\mathrm{\&Sigma;}}{C}_{v1,k}{C}_{m,p}\&CenterDot;\exp \left(j\frac{2\mathrm{\&pi;k}}{N}(\mathrm{CP}\_\mathrm{LEN}+5)\right)|,$

$|\underset{k\&Element;\mathrm{Index}}{\mathrm{\&Sigma;}}{C}_{v1,k}{C}_{m,p}\&CenterDot;\exp (j-\frac{2\mathrm{\&pi;k}}{N}(\mathrm{CP}\_\mathrm{LEN}+6))|,---\left(17\right)$

$...,|144,{\mathrm{\&rho;}}_{v1,m}|,$

$...,\left|\underset{k\&Element;\mathrm{Index}}{\mathrm{\&Sigma;}}{C}_{v1,k}{C}_{m,p}\exp \left(j\frac{2\mathrm{\&pi;k}}{N}(5-T_{\max })\right)\right|\}$

比较式(13)和式(17)可以得出，当m是本地当前用户的码字索引时，此处输出的匹配后和的模的峰值要远大于本地当前没有使用的其它码字输出的匹配后和的模的峰值。这也是下面门限判断检测当前码字的依据。

206(与门限比较的值)，205中输出的峰值即为与第一门限和第二门限比较的值。

借助于本发明实施例提供的方案，不仅可以实现Ranging单用户和多用户的检测，同时可以实现对各用户时间偏移的精确估计，并且无论是多用户下Ranging码的检测性能，还是时偏估计的精确度都是现有算法所无法达到的。

系统实施例

根据本发明实施例，提供了一种Ranging码字检测和时间偏移估计系统。

如图3所示，该系统包括：频域Ranging数据获取模块302、带时偏补偿的码字匹配模块304、比较模块306、处理模块308。以下将进一步描述上述各个模块。

频域Ranging数据获取模块302用于将接收到的数据变换到频域，并提取天线Ranging子信道上对应的频域Ranging数据。

带时偏补偿的码字匹配模块304连接至频域Ranging数据获取模块302，用于将来自频域Ranging数据获取模块302的频域Ranging数据和带有时偏补偿的所有可能的本地码字对应相乘，将相乘的结果相加求和并取模，并保存每次计算的峰值。

比较模块306，连接至带时偏补偿的码字匹配模块304，用于将带时偏补偿的码字匹配模块304保存的所有峰值中的最大峰值与第一门限进行比较，并且在最大峰值大于第一门限的情况下，将保存的所有峰值与第二门限相比较。

处理模块308，连接至比较模块306，用于根据比较模块306的比较结果进行相关处理，其中，在最大峰值小于等于第一门限的情况下，结束本次检测；对于大于第二门限的峰值，将其对应的本地码字作为当前用户发送的Ranging码字，并根据其对应的补偿相位进行时间偏移估计。

优选地，在涉及多天线的情况下，频域Ranging数据获取模块302进一步将将提取的各个天线Ranging子信道上对应的频域Ranging数据合并，并将合并的频域Ranging数据发送到带时偏补偿的码字匹配模块。

其中，一般地，第一门限是可以是Ranging码字长度与Ranging码字功率乘积的0.5倍至0.9倍；第二门限是最大峰值的0.5倍至0.9倍。优选地，Ranging码字功率为1(归一化)，此时，第一门限是是Ranging码字长度的0.5倍至0.9倍。

需要说明的是，上述方法实施例中描述的多个细节同样适用于系统实施例，因此省略了对相同或相似部分的重复描述。

综上所述，借助于本发明，消除了对噪声功率的依赖，从而避免了因噪声功率估计不准确而导致的漏检或虚警现象，达到了多用户时仍能正确检测的目的；同时，本发明还降低了接收端相位模糊对时间偏移估计的影响，达到了多用户时仍能精确进行时间偏移估计的目的。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种Ranging码字检测和时间偏移估计方法，其特征在于，包括以下处理：

将接收到的数据变换到频域，并提取天线Ranging子信道上对应的频域Ranging数据；

将所述频域Ranging数据和带有时偏补偿的所有可能的本地码字对应相乘，将相乘的结果相加求和并取模，并保存每次计算的峰值；

从保存的所有峰值中选择最大峰值，将最大峰值与第一门限相比较：

在所述最大峰值小于等于所述第一门限的情况下，结束本次检测；

在所述最大峰值大于所述第一门限的情况下，将保存的所述所有峰值与第二门限相比较，将大于所述第二门限的峰值对应的本地码字作为当前用户发送的Ranging码字，并根据大于所述第二门限的峰值对应的补偿相位进行时间偏移估计。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括以下处理：

在涉及多天线的情况下，进一步将提取的各个天线Ranging子信道上对应的频域Ranging数据合并。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一门限是Ranging码字长度与Ranging码字功率乘积的0.5倍至0.9倍；所述第二门限是所述最大峰值的0.5倍至0.9倍。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述Ranging码字功率为1。

5.一种Ranging码字检测和时间偏移估计系统，其特征在于，包括：

频域Ranging数据获取模块，用于将接收到的数据变换到频域，并提取天线Ranging子信道上对应的频域Ranging数据；带时偏补偿的码字匹配模块，连接至频域Ranging数据获取模块，用于将来自所述频域Ranging数据获取模块的所述频域Ranging数据和带有时偏补偿的所有可能的本地码字对应相乘，将相乘的结果相加求和并取模，并保存每次计算的峰值；

比较模块，用于将所述带时偏补偿的码字匹配模块保存的所有峰值中的最大峰值与第一门限进行比较，并且在所述最大峰值大于所述第一门限的情况下，将保存的所述所有峰值与第二门限相比较；

处理模块，用于根据所述比较模块的比较结果进行相关处理，其中，在所述最大峰值小于等于所述第一门限的情况下，结束本次检测；对于大于所述第二门限的峰值，将其对应的本地码字作为当前用户发送的Ranging码字，并根据其对应的补偿相位进行时间偏移估计。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，在涉及多天线的情况下，所述频域Ranging数据获取模块进一步将将提取的各个天线Ranging子信道上对应的频域Ranging数据合并，并将合并的所述频域Ranging数据发送到所述带时偏补偿的码字匹配模块。

7.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于，所述第一门限是Ranging码字长度与Ranging码字功率乘积的0.5倍至0.9倍；所述第二门限是所述最大峰值的0.5倍至0.9倍。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述Ranging码字功率为1。

Images