CN101527921A

CN101527921A - 样式检测电路和方法及使用该电路的基站和移动通信系统

Info

Publication number: CN101527921A
Application number: CN200910126366A
Authority: CN
Inventors: 增田恭一郎; 岩崎玄弥
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2008-03-05
Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2029-03-05
Also published as: US8422602B2; EP2099188A3; KR101022724B1; CN101527921B; JP5109724B2; JP2009212872A; EP2099188A2; KR20090095502A; US20090225908A1

Abstract

本发明公开了样式检测电路和方法及使用该电路的基站和移动通信系统。用于对来自通信终端的输入信号执行样式检测的样式检测电路包括将输入信号变换成频域信号的频域变换器；提取频域信号的频率分量的频率提取器；以及基于所提取的频率分量和预定样式之间在频域中的交叉相关值来对输入信号执行样式检测的样式检测器。

Description

样式检测电路和方法及使用该电路的基站和移动通信系统

技术领域

本发明涉及样式检测电路、使用样式检测电路的基站和移动通信系统以及样式检测方法。更具体而言，本发明涉及用于前导信号的样式检测方法，在移动通信系统中，移动终端在随机访问操作的开始时将前导信号发送到基站。

背景技术

作为移动通信系统，已知3GPP(第三代合作伙伴计划)LTE(长期演进)移动通信系统。图9示出了已知的LTE移动通信系统的一般系统配置。参考图9，移动终端101位于作为基站100的服务区的小区(未示出)中。

如图10所示，一旦呼叫(在随机访问通信的开始时)，移动终端101就在发送消息之前通过上行链路102向基站100发送PRACH(物理随机访问信道)前导，该PRACH前导通知对启动随机访问通信的希望。移动终端101从各种前导样式中选择一种，并根据所选择的前导样式来生成前导。

基站100接收前导，并检测接收到的前导的信号样式以获得接收到的前导和预定前导样式之间的相关。然后，基站100响应于检测到的前导样式来确定基站100是否应当发送消息。当基站100同意消息发送时，基站100通过PDSCH(物理下行链路共享信道)向移动终端101发送ACK(确认)。当基站100不同意消息发送时，基站100什么也不发送。当基站100搜索了所有种类的前导样式并检测到没有什么与接收到的前导样式相关时，基站100也什么也不发送。

当移动终端101在发送前导之后的某个时段中接收到ACK时，移动终端101通过上行链路102向基站100发送消息。如果移动终端101检测到未从基站100接收到响应，则终端101重复上述操作。

图11示出了在这种移动通信系统中的基站处的前导样式检测电路的示例。参考图11，前导样式检测电路具有频率转换器1、FIR(有限脉冲响应)数字滤波器2、2048点FFT(快速傅立叶变换器)3、相关检测器4和峰值检测器5。

频率转换器1用于对作为输入信号而通过上行链路从移动终端发送的信号执行频移。FIR滤波器2用于通过对经频率转换的输出执行低通滤波来限制带宽并降低采样频率。2048点FFT 3用于通过对带宽受限的信号执行2048点FFT处理来将时域信号变换成频域信号。

相关检测器4用于获得频率信号和多个预定前导样式之间的交叉相关值，并将结果变换成时域信号。为此，相关检测器4具有用于将频域输入信号和多个预定前导样式中的每一个相乘的乘法器41；以及用于将每个相乘后的输出变换成时域信号的2048点IFFT(逆FFT)42。

峰值检测器5用于检测从相关检测器4输出的交叉相关值的峰值，并得出与检测到的峰值相对应的前导样式号和检测到峰值的定时作为前导检测输出。日本专利公开2007-259326公开了这种电路的一个示例。

在LTE移动通信系统中为上行链路信号定义了四种上行链路信号：PUSCH(物理上行链路共享信道)、PUCCH(物理上行链路控制信道)、探测RF(基准信号)和以上描述的PRACH。这些信号分别被分配给不同的资源元素。资源元素是由称为子载波的窄带载波的索引和时间符号的索引这两个索引所唯一定义的信息元素。

基站适用于通过对信号执行FFT处理而将通过上行链路从移动终端接收到的信号变换成频域信号，并且为频域中的每个子载波检测数据样式(以上描述的四种信号信息)。

图12示出了一子帧PRACH前导的信号格式。图13示出了不包括PRACH前导的一子帧上行链路信号的信号格式的示例。PRACH前导由以下部分构成：称为CP(Cyclic Prefix，周期前缀)的部分；包括24576个采样的前导部分；以及称为保护区间的部分。不包括前导信号的上行链路信号由#0至#6符号构成，每个符号由CP和2048个采样数据构成。

因此，基站中执行的FFT处理的点数通常是2048个采样。因此，图11所示的前导样式检测电路也使用2048点FFT 3。由于在随机访问时发送的上述PRACH前导具有24576个采样的符号长度(这长于另一上行链路的2048个采样信号的符号长度)，因此由2048点FFT 3所执行的处理被重复24576/2048＝12次。这增大了前导样式检测电路中FFT处理的点数，并且增大了吞吐量。

减少FFT的点数可以是用于减小吞吐量的解决方案。一种方法是为了在执行FFT处理之前对信号执行低通滤波以限制带宽并降低采样频率，在第一级处在FFT 3之前布置FIR滤波器2。该方法是时域中的下采样方法。

然而，该方法需要FIR滤波器的陡频率特性以正确地提取前导的子载波。为了实现陡的频率特性，FIR滤波器需要具有更多的抽头，这不利地使得FIR滤波处理中的计算复杂性大得多。

以上描述可被总结如下：LTE移动通信系统适用于将系统的频率带宽分成窄带子载波并发送各个信号。由于样式检测处理是在频域中在基站处对接收到的信号执行的，因此处理基于具有大计算复杂性的FFT和IFFT处理。另外，随着待处理的移动终端数的增大，在基站处执行的样式检测处理也增加。这不利地导致了处理延迟并减慢了通信速度。

发明内容

本发明的一个示例性目的是提供一种样式检测电路、使用该样式检测电路的基站和移动通信系统以及样式检测方法，其可以通过使对接收到的信号进行的样式检测流线化来减小吞吐量。

本发明的第一示例性方面是一种用于对来自通信终端的输入信号执行样式检测的样式检测电路，该样式检测电路包括：用于将输入信号变换成频域信号的频域变换器；用于提取频域信号的频率分量的频率提取器；以及用于基于所提取的频率分量和预定样式之间在频域中的交叉相关值来执行样式检测的样式检测器。

本发明的第二示例性方面是具有上述样式检测电路的基站。本发明的第三示例性方面包括该基站的移动通信系统。

本发明的第四示例性方面是一种用于对来自通信终端的输入信号执行样式检测的样式检测方法，该样式检测方法包括：将输入信号变换成频域信号的频域变换步骤；提取频域信号的频率分量的频率提取步骤；以及基于所提取的频率分量和预定样式之间在频域中的交叉相关值来执行样式检测的样式检测步骤。

附图说明

图1是示出本发明第一示例性实施例的配置的框图；

图2是由图1所示的配置执行的频域下采样处理的概念图；

图3是示出本发明第二示例性实施例的配置的框图；

图4是由图3所示的配置执行的FFT处理和IFFT处理的概念图；

图5是示出本发明第三示例性实施例的配置的框图；

图6是由图5所示的配置执行的FFT处理和IFFT处理的概念图；

图7是示出本发明第四示例性实施例的配置的框图；

图8是用于说明由图7所示的配置执行的操作的图；

图9是应用本发明的实施例的LTE移动通信系统的示意系统图；

图10是在图9所示的LTE移动通信系统中，在随机访问的开始时PRACH和PDSCH(ACK)之间的关系图；

图11是示出与本发明有关的PRACH前导样式检测电路的示例的图；

图12是LTE移动通信系统中PRACH前导信号格式的图；以及

图13是LTE移动通信系统中不包括PRACH前导信号的另一上行链路信号的图。

具体实施方式

以下将描述本发明的示例性实施例。图1是示出本发明第一示例性实施例示意功能框图。图2是由图1所示的配置执行的频域下采样处理的概念图。在图2中，a至c分别对应于图1所示的信号a至c。

参考图1，根据本实施例的样式检测电路包括频域变换器(FFT)10、频率提取器(BPF)11和样式检测器20。

频率变换器10通过执行快速傅立叶变换(见图2中的a、b)，将从通信终端接收到的输入信号a从时域信号变换成频率信号b。这里，假定输入信号a的采样数是预定频率F被分配给的N(2的幂的整数)。也就是说，频域变换器10是N点FFT。之所以N是2的幂的整数是因为快速傅立叶变换FFT处理需要点数为2的幂的整数。

频率提取器11是用于选择性地提取来自频域变换器10的输出b的频率分量c的带通滤波器(BPF)。该提取处理可以减少频域信号b的点数N。一般而言，BPF处理之前的点数可被减少到1/M(M是等于或大于2的整数)(见图2中的c)。

当使得频域中的下采样处理可以该方式执行时，下一级处的样式检测器20可以利用更少的点数在频域中执行样式检测。样式检测器20与图11所示的相关检测器4和峰值检测器5具有相同的配置。

如上所述，作为频域中执行的用于减少待处理的采样数的BPF处理的结果，对信号的样式检测所需的吞吐量可被减小。

图3是示出本发明第二示例性实施例的示意功能框图。图4是由图3所示的配置执行频域下采样的概念图。在图4中，a至d分别对应于图3所示的信号a至d。在图3中，相似的部分由图1中的相似符号表示。

本实施例应用于输入信号a的采样数N较大的情况。本实施例适用于将输入信号a分成多个部分，例如m个部分(m是等于或大于2的整数)，并对各N/m个采样重复地执行m次FFT处理。这里，N/m的值需要是2的幂的值以执行如上所述的快速傅立叶变换(FFT)。

参考图3，本实施例包括第一频域变换器(FFT)10、频率提取器(BPF)11、时域变换器(IFFT)12、第二频域变换器(FFT)13和样式检测器20。

第一频域变换器10通过执行快速傅立叶变换处理(见图4中的a、b)，将从通信终端接收到的输入信号a从时域信号变换成频域信号b。在这种情况下，第一频域变换器10将输入信号a的N个采样分成m个部分，并通过利用N/m点FFT来串行地且重复地执行m次FFT处理。然后，每N/m点FFT输出经受BPF处理并被减少到(N/m)/M的点数(见图4中的c)。

因为这m组经过下采样的信号需要在时序上是串行的，所以这m组经过下采样的信号在时域变换器12中经受IFFT处理，并被变换成N/M个采样的经过下采样的时域信号(见图4中的d)。时域信号然后在第二频域变换器13处被变换成频域信号，输入到样式检测器20，并经受频域中的样式检测。

第二频域变换器13可以是DFT(离散傅立叶变换器)，而非FFT。这是因为当待变换的信号的采样数不是2的幂的值时，FFT处理是不可行的，并且DFT处理需要被执行，这与待变换的信号的采样数是2的幂的值的情况是不同的，在该情况下FFT处理是可行的。当第二频域变换器13是DFT时，样式检测器20中的相关检测之后的IFFT处理(见图11中的IFFT 42)也是IDFT处理。因此，如果选择M以使得采样数N/M是2的幂，则可以执行快速IFFT处理。

图5是示出本发明第三示例性实施例的配置的框图。图6是由图5所示的配置执行的频域下采样的概念图。图6中的a至d对应于图5所示的a至d。在图5中，相似的部分由图1和图3中的相似符号表示。

图5是示出在对图12所示的PRACH前导信号执行样式检测的情况下基站处的电路的图。因为前导信号具有大量采样，例如图12所示的24576个采样，所以这24576个采样一般被除以12，并且在基站处通过利用2048点FFT来重复地执行12次FFT处理。

于是，本实施例具有2048点FFT 10、BPF 11、IFFT 12、DFT 13和样式检测器20。FFT 10将输入信号a的24576个采样除以12，并串行地且重复地对各2048个采样执行12次FFT处理(见图6中的a、b)。然后，每2048点FFT输出经受BPF处理。在BPF处理中，通过在频域中将点数减少到1/16(128个点)而在频域中执行下采样(见图6中的c)。

因为12组经过下采样的信号需要在时序上是串行的，所以这m组经过下采样的信号在IFFT 12中经受IFFT处理，并被变换成128个采样×12(＝1536个采样)的经过下采样的时域信号(见图6中的d)。1536个采样的时域信号在1536点DFT 13处被变换成频域信号，输入到样式检测器20，并经受频域中的样式检测。

在样式检测器20的相关检测器14中，频域信号在乘法器141中与多个前导样式相乘。相乘的结果被1536点IDFT 142变换成时域信号，并且在峰值检测器15中，峰值和峰值出现的定时被检测。

图7是示出本发明第四示例性实施例的配置的框图。图7是基站处的PRACH前导样式检测电路的示意图。在图7中，与图5中相似的部分由图5中的相似符号表示。本实施例适用于通过在FFT处理中利用与诸如PUSCH、PUCCH、探测RS等的其他上行链路信号处理电路中相同的FFT来按比例缩小基站处的电路，以检测PRACH前导样式。

将描述图7中与图5所示的部分不同的部分。频率转换器9被布置在图5所示的FFT 10之前的级处。频率转换器9用于对通过上行链路从移动终端发送的PRACH前导和上述其他信号执行频移，例如7.5KHz的频移。

对来自频率转换器9的输出执行512点FFT处理的FFT 100、对FFT输出执行BPF处理的BPF 110和对BFP处理执行32点IFFT处理的IFFT120与图5所示的FFT 10、BPF 11和IFFT 12并行布置。来自IFFT 12和IFFT 120两者的输出被输入到DFT 13。除了上述部分之外的部分与图5所示的部分相同。在本实施例中提供控制器16，用于控制FFT 10、100、IFFT 12、120等的操作。

如上所述，由于不包括PRACH前导的各个上行链路信号(例如PUSCH、PUCCH和探测RS)具有用于一个符号数据的2048个采样，因此频率转换器9和2048点FFT 10可以与处理电路(未示出)一起用于不包括PRACH前导的上行链路信号。那些部分在图7中被示出为公共电路90。

作为图5所示的实施例，作为在FFT 10中针对前导长度而重复的2048点FFT处理(12次)的结果，获得用于整个前导的频域信号。如图13所示，由于不包括PRACH前导的平常上行链路信号具有用于各符号的CP，因此如图8中的第二行所示，在FFT 10中，在具有用于CP部分的区间的情况下对平常的上行链路信号执行2048点FFT处理。由于前导具有串行的24576个采样，因此用于CP部分的区间需要被补偿。

出于补偿的目的，前导检测电路具有512点FFT 100。前导检测电路适用于通过利用512点FFT 100(与2048点FFT 10并行设置)而对未经受2048点FFT处理的信号重复FFT处理11次(与CP的数目相对应)，如图8中的第三行所示。

前导检测电路通过利用BPF 11对作为2048点FFT 10的FFT处理的结果而被变换成频域信号的前导信号应用带通滤波处理，并从子载波部分中仅提取前导所分配给的频率分量。作为上述实施例，前导检测电路通过利用128点IFFT 12对提取输出执行IFFT处理，并获得经过1/16下采样的时域信号。

此外，前导检测电路通过利用BPF 110对作为512点FFT 100的FFT处理的结果而被变换成频域信号的前导信号应用带通滤波处理，并从子载波部分中仅提取前导所分配给的频率分量。然后，前导检测电路通过利用32点IFFT 120对提取输出执行IFFT处理，并同样获得经过1/16下采样的时域信号。

然后，前导检测电路增加中心位于来自128点IFFT 12的IFFT处理输出的116个采样和中心位于来自32点IFFT 120的IFFT处理输出的21个采样，并生成在时序上串行的1536(＝24576/16)个采样的信号，如图8中的第四行所示。

前导检测电路仅使用IFFT结果的中心值，这是因为IFFT处理结果的两端在BPF 11和110的滤波处理中劣化。前导检测电路适用于通过仅使用中心值来避免使用两端劣化的信息。

控制器16控制上述FFT 10、100、IFFT 12、120等的操作定时。

前导检测电路通过利用1536点DFT 13对图8中的第四行所示的信号执行DFT处理，并将信号变换成频域信号。然后，前导检测电路通过利用相关检测器14，将经变换的信号乘以预定频域中的多个前导样式。这种相乘等价于获得时域中的交叉相关。前导检测电路分别利用预定前导样式对相乘结果执行1536点IDFT处理，并通过利用峰值检测器来识别哪个前导在什么定时被从移动终端发送。

由于第一级处的FFT 10可被共享用于对其他上行链路信号的FFT处理，因此本实施例除了具有上述实施例的优点之外，还具有减小电路尺寸的优点。

然而，上述实施例中的数字示例(例如，频率、点数、采样数等)仅仅是示例，本发明显然不限于这些数字示例，各种修改是可能的。

例如，尽管在下采样中采用1/16的间拔率，但是可以使用1/8。当间拔率是1/8时，在图5和图7所示的电路中第一级处的FFT的点数可被剩下为2048和512，将后一级处的IFFT点数改变为256和64，并且将随后的级处的DFT和IDFT的点数改变为3072。一般而言，1/M的下采样是可用的。

由于图3、图5和图7所示的电路被认识为是PRACH前导样式检测电路，因此FFT 10的处理点数是2048，这是前导的采样数24576的十二分之一；但是，本发明不限于这些数值，可经受FFT处理的任何2的幂的数字可被使用并且输入信号可被分成与2的幂的数字相匹配的采样数。

本发明可广泛地用于检测输入信号的样式。本发明不限于PRACH前导样式检测的情况，而是可广泛地用于检测从通信终端发送的输入信号的样式。

作为频域中的BPF(带通滤波)的结果，本发明通过应用频域中的下采样而减少了待处理的采样数，因此本发明的益处在于减小了在频域中检测接收到的信号(例如前导)的样式所需的吞吐量。

尽管参考本发明的示例性实施例具体示出并描述了本发明，但是本发明不限于这些实施例。本领域普通技术人员将会了解，可以在其中作出形式和细节的各种改变而不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围。

本申请基于2008年3月5日递交的日本专利申请2008-054237并要求其优先权，该申请的公开内容通过引用全部结合于此。

Claims

1.一种用于对来自通信终端的第一输入信号执行样式检测的样式检测电路，包括：

第一频域变换器，用于将所述第一输入信号变换成频域信号；

频率提取器，用于提取所述频域信号的频率分量；以及

样式检测器，用于基于所提取的频率分量和预定样式之间在频域中的交叉相关值来执行样式检测。

2.如权利要求1所述的样式检测电路，在所述频率提取器和所述样式检测器之间还包括：

第一时域变换器，用于通过作为所述第一频域变换器中待处理的点数的1/M的点数，将所提取的频率分量变换成时域信号，其中M是等于或大于2的整数；以及

第二频域变换器，用于将所述时域信号变换成所述频域信号；其中

所述样式检测器基于来自所述第二频域变换器的输出和所述预定样式之间在频域中的交叉相关值，对所述第一输入信号执行所述样式检测，

所述第一频域变换器中待处理的点数被设置为所述第一输入信号中的采样数的1/m，其中m是等于或大于2的整数，并且

由所述第一频域变换器执行的变换处理被重复执行m次。

3.如权利要求2所述的样式检测电路，其中，所述第一频域变换器被共享用于对第二输入信号的频率变换，该频率变换使用所述第一频域变换器中待处理的相同点数。

4.如权利要求3所述的样式检测电路，其中

所述第二输入信号在预定周期中具有预定时间区间；

所述样式检测电路还包括：

第三频域变换器，该第三频域变换器的输入连接到所述第一频域变换器的输入并且具有与所述时间区间中的采样数相对应的待处理的点数，

第二频率提取器，用于通过将来自所述第三频域变换器的输出作为输入来提取所述第一输入信号的频率分量；以及

第二时域变换器，用于通过作为所述第三频域变换器中待处理的点数的1/M的点数，将所述第二频率提取器所提取的频率分量变换成所述时域信号，其中M是等于或大于2的整数；其中

所述第二频域变换器将来自所述第一时域变换器的输出和来自所述第二时域变换器的输出变换成所述频域信号。

5.如权利要求1所述的样式检测电路，其中

所述样式检测器包括：

计算器，用于计算所述样式检测器的输入和所述预定样式之间在频域中的交叉相关值；以及

变换器，用于将所述交叉相关值变换成时域中的交叉相关值，并基于经变换的交叉相关值的峰值来对所述输入信号执行所述样式检测。

6.如权利要求2所述的样式检测电路，其中，所述第一输入信号是在随机访问的开始时通过随机访问信道而来自所述通信终端的前导。

7.一种使用如权利要求1所述的样式检测电路的基站。

8.一种包括如权利要求7所述的基站的移动通信系统。

9.一种用于对来自通信终端的第一输入信号执行样式检测的样式检测方法，包括：

第一频域变换步骤，将所述第一输入信号变换成频域信号；

频率提取步骤，提取所述频域信号的频率分量；以及

样式检测步骤，基于所提取的频率分量和预定样式之间在频域中的交叉相关值来执行样式检测。

10.如权利要求9所述的样式检测方法，在所述频率提取步骤和所述样式检测步骤之间还包括：

第一时域变换步骤，通过作为所述第一频域变换步骤中待处理的点数的1/M的点数，将所提取的频率分量变换成时域信号，其中M是等于或大于2的整数；以及

第二频域变换步骤，将所述时域信号变换成所述频域信号；其中

所述样式检测步骤基于所述第二频域变换步骤的输出和所述预定样式之间在频域中的交叉相关值，对所述第一输入信号执行所述样式检测，

所述第一频域变换步骤中待处理的点数被设置为所述第一输入信号中的采样数的1/m，其中m是等于或大于2的整数，并且

所述第一频域变换步骤处的变换处理被重复执行m次。

11.如权利要求10所述的样式检测方法，其中，所述第一频域变换步骤被共享用于对第二输入信号的频率变换步骤，该频率变换步骤使用所述第一频域变换步骤中待处理的相同点数。

12.如权利要求11所述的样式检测方法，其中

所述第二输入信号在预定周期中具有预定时间区间；

所述样式检测方法还包括：

第三频域变换步骤，该第三频域变换步骤与所述第一频域变换步骤并行操作并且具有与所述时间区间中的采样数相对应的待处理的点数，

第二频率提取步骤，通过将所述第三频域变换步骤的输出作为输入来提取所述第一输入信号的频率分量；以及

第二时域变换步骤，通过作为所述第三频域变换步骤中待处理的点数的1/M的点数，将通过所述第二频率提取步骤所提取的频率分量变换成所述时域信号，其中M是等于或大于2的整数；其中

所述第二频域变换步骤将所述第一时域变换步骤的输出和所述第二时域变换步骤的输出变换成所述频域信号。

13.如权利要求9所述的样式检测方法，其中

所述样式检测步骤包括：

计算所述第二频域变换步骤的输出和所述预定样式之间在频域中的交叉相关值的步骤；以及

将所述交叉相关值变换成时域中的交叉相关值并基于经变换的交叉相关值的峰值来对所述输入信号执行所述样式检测的步骤。

14.如权利要求9所述的样式检测方法，其中，所述第一输入信号是在随机访问的开始时通过随机访问信道而来自所述通信终端的前导。