CN101594691B - Lte系统的随机接入前导序列的生成方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种LTE系统的随机接入前导序列的生成方法和装置，方法包括以下步骤：设置LTE系统的随机接入前导序列为x_u，v(n)＝x_u((n+C_v)mod N_ZC)；生成长度为N_zc的序列

作为索引表保存到存储器中；将ZC序列x_u(n)映射到序列

以利用映射关系通过查找存储器中的索引表获得x_u(n)，并进而获得随机接入前导序列x_u，v(n)。本发明减少了存储空间的占用，而且提高了ZC序列计算速度。

Description

LTE系统的随机接入前导序列的生成方法和装置

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种LTE(Long-TermEvolution，长期演进)系统的随机接入前导序列的生成方法和装置。

背景技术

基于正交频分复用(OFDM)的LTE系统相对于目前的通信技术，能够提供更高的数据传输速率，获得更高的频谱利用率、用户吞吐量、更优化的信令流程、更短的时延、基于IP承载的更简单的网络结构，更完善的QoS管理机制等。

随机接入是用户和eNodeB(演进的基站，以下简称为基站)进行通信的一种接入方式。用户在指定的时间，指定的信道上，以竞争的方式向基站发送一些控制信息来要求与基站进行通信。根据用户和基站在时间是否同步，可将上行随机接入信道分为同步随机接入和非同步随机接入。非同步随机接入是在终端还未获得与基站上行时间同步或丧失同步时，用于基站请求资源分配的一种接入方式。在非同步随机接入中，物理层首先要从高层获取物理随机接入信道(PRACH，Physical Random Access CHannel)参数配置，频率位置和前导码格式以及决定小区前导码的根序列和根序列循环移位的参数(根序列表的索引，循环移位(N_CS)，集的类型(受限/非受限))等信息，前导码由Zadoff-Chu(ZC)序列产生。对于物理层来讲，随机接入包含两个过程：前导码的传送以及来自eNodeB的随机接入响应。

物理随机接入过程分为以下几步：首先，高层发起随机接入过程请求，并指定前导索引、前导传输功率、随机接入无线网络临时标识号(RA-RNTI)，物理随机接入信道(PRACH)资源，然后终端从Zadoff-Chu(ZC)序列产生的64个可用前导码序列中随机选择一个前导码，按一定的功率发送并等待eNodeB的响应；如果终端没检测到具有RA-RNTI的相关物理下行控制信道(PDCCH)，则退出物理随机接入过程，否则将对应的下行链路共享信道(DL-SCH)传输块提交给高层，并退出物理随机接入过程。

随机接入前导序列x_u，v(n)定义为x_u，v(n)＝x_u((n+C_v)mod N_ZC)，0≤n≤N_ZC-1；

x_u(n)为ZC序列，定义为 $x_u\left(n\right)=e^{-j\frac{\mathrm{\πun}(n+1)}{N_{\mathrm{ZC}}}},$ 0≤n≤N_ZC-1；

C_v为序列的循环移位，定义为 

d_u为对应多普勒移位1/T_SEQ(T_SEQ为序列周期)的循环移位，定义为

当N_CS≤d_u＜N_ZC/3时，

$d_{\mathrm{start}}={2d}_u+n_{\mathrm{shift}}^{\mathrm{RA}}{N}_{\mathrm{CS}}$

当N_ZC/3≤d_u≤(N_ZC-N_CS)/2时，

$d_{\mathrm{start}}=N_{\mathrm{ZC}}-{2d}_u+n_{\mathrm{shift}}^{\mathrm{RA}}{N}_{\mathrm{CS}}$

重要参数说明：

N_ZC：ZC序列长度；当前导码格式为0～3时，N_ZC＝839；当前导码格式为4时，N_ZC＝139。

u：根序列索引，与小区的逻辑索引号存在一一对应的关系，但是前导码格式0～3与前导码格式4的对应关系不同，协议《3GPP TS 36.211：Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)；Physical channels and modulation》中给出了对应关系。

N_CS：为随机接入序列的零相关域长度，根据N_CS配置值，前导码格式以及集的类型(受限/非受限)，在协议《3GPP TS 36.211：Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)；Physicalchannels and modulation》中也给出了对应关系。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中的随机接入前导码序列的生成方法 $x_u\left(n\right)=e^{-j\frac{\mathrm{\πun}(n+1)}{N_{\mathrm{ZC}}}},$ 中间运算需要进行多次乘法，导 致运算量较大，而且中间值是n多次幂，所以值可能较大，占用较多的存储空间。

发明内容

本发明旨在提供一种LTE系统的随机接入前导序列的生成方法和装置，以解决现有技术的ZC序列生成方法运算量较大的问题；

在本发明的实施例中，提供了一种LTE系统的随机接入前导序列的生成方法，包括以下步骤：设置LTE系统的随机接入前导序列为x_u，v(n)＝x_u((n+C_v)mod N_ZC)，其中， $x_u\left(n\right)=e^{-j\frac{\mathrm{\πun}(n+1)}{N_{\mathrm{ZC}}}}$ 为ZC序列，0≤n≤N_zc-1，N_zc是ZC序列的长度，u是与小区的逻辑索引号存在一一对应关系的根序列索引，n是ZC序列x_u(n)中元素的索引，C_v为ZC序列x_u(n)的循环移位；生成长度为N_zc的序列 

作为索引表保存到存储器中，其中，i是索引，0≤i≤N_zc-1；将ZC序列x_u(n)映射到序列 

以利用映射关系通过查找存储器中的索引表获得x_u(n)，并进而获得随机接入前导序列x_u，v(n)。

优选的，将ZC序列x_u(n)映射到序列 

具体包括：将u和n映射到i；利用i和N_zc在序列 

构成的表中检索得到ZC序列x_u(n)。

优选的，将u和n映射到i具体包括：设置 $i=\frac{\mathrm{un}(n+1)}{2}.$

优选的，将u和n映射到i具体包括：设置

$i=(\left(\frac{n(n+1)}{2}\mathrm{mod}{N}_{\mathrm{ZC}}\right)\×u)\mathrm{mod}{N}_{\mathrm{ZC}}.$

优选的，将u和n映射到i具体包括：设置i＝(((0+1+2+...+n)modN_ZC)×u)modN_ZC。

在本发明的实施例中，还提供了一种LTE系统的随机接入前导序列的生成装置，包括：N_ZC生成模块，用于根据来自高层的参数生成LTE系统的随机接入前导序列x_u，v(n)＝x_u((n+C_v)mod N_ZC)的长度N_ZC，其中， 为ZC序列，0≤n≤N_zc-1，N_zc是ZC序列的长度，u是与小区的逻辑索引号存在一一对应关系的根序列索引，n是ZC序列x_u(n)中元素的索引，C_v为ZC序列x_u(n)的循环移位；N_CS生成模块，用于根据来自高层的参数生成ZC序列x_u(n)的零相关域长度N_CS；u和C_v生成模块，用于根据来自高层的逻辑索引号、长度N_ZC和零相关域长度N_CS，生成根序列索引u和循环移位C_v；序列生成模块，用于根据根序列索引u、循环移位C_v和长度N_ZC计算索引i，利用i查存储器中的索引表获得序列值x_u(n)，并进而获得随机接入前导序列x_u，v(n)，其中，索引表由长度为N_zc的序列 

0≤i≤N_zc-1构成。

优选的，序列生成模块计算 

以得到i。

优选的，序列生成模块计算i＝(((0+1+2+...+n)modN_ZC)×u)modN_ZC以得到i。

优选的，序列生成模块具体包括：累加器，用于计算a＝0+1+2+...+n；第一求模器，用于计算b＝a mod N_zc；乘法器，用于计算c＝b×u；第二求模器，用于计算i＝c mod N_ZC；存储器包括：ROM， 用于保存索引表，利用i查索引表获得x_u(n)；RAM，用于写入x_u(n)，起始地址为N_ZC-C_v，依次递增，当地址达到N_ZC-1时，再从地址0开始写入，从而得到随机接入前导序列x_u，v(n)。

上述实施例的ZC序列生成方法和装置因为采用查表的方法获取ZC序列，所以克服了现有技术ZC序列计算复杂的问题，提高了ZC序列的计算速度，并进而提高了LTE系统物理随机接入的效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定；在附图中：

图1示出了根据本发明实施例的ZC序列生成方法的流程图；

图2示出了根据本发明实施例的ZC序列生成装置的方框图；

图3示出了根据本发明优选实施例的序列生成模块的流水线结构图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明；

图1示出了根据本发明实施例的ZC序列生成方法的流程图，包括以下步骤：

步骤S10，设置LTE系统的随机接入前导序列为x_u，v(n)＝x_u((n+C_v)modN_ZC)，其中， $x_u\left(n\right)=e^{-j\frac{\mathrm{\πun}(n+1)}{N_{\mathrm{ZC}}}}$ 为ZC序列，0≤n≤N_zc-1， N_zc是ZC序列的长度，u是与小区的逻辑索引号存在一一对应关系的根序列索引，n是ZC序列x_u(n)中元素的索引，C_v为ZC序列x_u(n)的循环移位；

步骤S20，生成长度为N_zc的序列 

作为索引表保存到存储器中，其中，i是索引，0≤i≤N_zc-1；

步骤S30，将ZC序列x_u(n)映射到序列 以利用映射关系通过查找存储器中的索引表获得x_u(n)，并进而获得随机接入前导序列x_u，v(n)。

该ZC序列生成方法因为采用查表的方法获取ZC序列，所以克服了现有技术ZC序列计算复杂的问题，提高了ZC序列的计算速度，并进而提高了LTE系统物理随机接入的效率。

通过分析，可以发现不同的根序列索引u对应不同的根序列，而序列都由根序列经过循环移位得到。为了实现方便，采用查表技术，先计算根序列的值，这样可以避免在计算过程中进行正弦和余弦计算。下面对序列 

构成的索引表可以用于获取ZC序列x_u(n)进行详细地数学分析。

对根序列公式进行变形：

$x_u\left(n\right)=e^{-j\frac{\mathrm{\πun}(n+1)}{N_{\mathrm{ZC}}}}$

$=e^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{N_{\mathrm{zc}}}\×\left(\frac{\mathrm{un}(n+1)}{2}\right)}---\left(1\right)$

$=e^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{N_{\mathrm{zc}}}\×\left(\frac{\mathrm{un}(n+1)}{2}\mathrm{mod}{N}_{\mathrm{zc}}\right)}$

$=e^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{N_{\mathrm{zc}}}\×\left[(\left(\frac{n(n+1)}{2}\mathrm{mod}{N}_{\mathrm{zc}}\right)\×u)\mathrm{mod}{N}_{\mathrm{zc}}\right]}---\left(2\right)$

$=e^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{N_{\mathrm{zc}}}\×\left[(\left((0+1+2...+n)\mathrm{mod}{N}_{\mathrm{zc}}\right)\×u)\mathrm{mod}{N}_{\mathrm{zc}}\right]}---\left(3\right)$

由上面的公式可见，如果将2π等分为N_zc个角 

0≤i≤N_zc-1，构成一个长度为N_zc的序列 

0≤i≤N_zc-1，那么无论x_u(n)的u和n取何值，序列值都会映射到序列 

0≤i≤N_zc-1中。因此可以将序列 0≤i≤N_zc-1保存在一个ROM表中(表的大小为N_zc×2)，则计算x_u(n)时只需计算出相应的索引查表即可，不需要进行复数乘法运算，大大减少了运算量，而且还可以采用流水处理方式，进一步提高运算效率。

优选的，将ZC序列x_u(n)映射到序列 具体包括：将u和n映射到i；利用i和N_zc在序列 构成的表中检索得到ZC序列x_u(n)。

优选的，根据(1)式，将u和n映射到i具体包括：设置 $i=\frac{\mathrm{un}(n+1)}{2}.$

优选的，根据(2)式，将u和n映射到i具体包括：设置  $i=(\left(\frac{n(n+1)}{2}\mathrm{mod}{N}_{\mathrm{ZC}}\right)\×u)\mathrm{mod}{N}_{\mathrm{ZC}}.$ 该式利用两次求模，减小了是n多次幂的中间值，从而计算过程中可以占用较少的存储空间。

优选的，根据(3)式，将u和n映射到i具体包括：设置i＝(((0+1+2+...+n)mod N_ZC)×u)mod N_ZC。该式利用求和运算代替乘法运算，能进一步提高硬件的计算速度。

图2示出了根据本发明实施例的ZC序列生成装置的方框图，包括：

N_ZC生成模块10，用于根据来自高层的参数(例如，前导码格式)生成LTE系统的随机接入前导序列x_u，v(n)＝x_u((n+C_v)mod N_ZC)的长度N_ZC，其中， $x_u\left(n\right)=e^{-j\frac{\mathrm{\πun}(n+1)}{N_{\mathrm{ZC}}}}$ 为ZC序列，0≤n≤N_zc-1，N_zc是ZC序列的长度，u是与小区的逻辑索引号存在一一对应关系的根序列索引，n是ZC序列x_u(n)中元素的索引，C_v为ZC序列x_u(n)的循环移位；

N_CS生成模块20，用于根据来自高层的参数生成述ZC序列x_u(n)的零相关域长度N_CS，例如，根据来自高层的N_CS配置值，前导码格式以及集的类型(受限/非受限)来查表获得N_CS的值；

u和C_v生成模块30，用于根据来自高层的逻辑索引号、长度N_ZC 和零相关域长度N_CS，生成根序列索引u和循环移位C_v，例如，终端从64个可用前导序列中随机选择一个前导(其对应的逻辑索引号和v)，根据逻辑索引号查表获得其对应的物理根序列索引u，并计算出对应的C_v；

序列生成模块40，用于根据根序列索引u、循环移位C_v和长度N_ZC计算索引i，利用i查存储器(例如ROM)中的索引表获得序列值x_u(n)，并进而获得随机接入前导序列x_u，v(n)，其中，索引表由长度为N_zc的序列 

0≤i≤N_zc-1构成。

当终端还未获得上行时间同步或丧失同步时，物理层从高层获取随机接入信道参数以及决定前导码的根序列参数信息，然后启动该装置，最后将生成的序列保存在RAM中，供高层发送使用。

该ZC序列生成装置因为采用查表的方法获取ZC序列，所以克服了现有技术ZC序列计算复杂的问题，提高了ZC序列的计算速度，并进而提高了LTE系统物理随机接入的效率。

优选的，序列生成模块计算 $i=\frac{\mathrm{un}(n+1)}{2}$ 以得到i。

为了能够实现流水，并减少运算周期，将对N_ZC的求余运算转化为乘法和减法运算。若n＝m×N+k，0≤k≤N-1，则 

k＝n-m×N。

序列生成模块可计算i＝(((0+1+2+...+n)mod N_ZC)×u)mod N_ZC以得到i。更优选的，序列生成模块计算k＝(((0+1+2+...+n)mod N_ZC)×u)mod N_ZC 以得到i。对应两次乘法和一次减法，与求余运算的复杂度相比，上述的转换还是值得的。为了减少运算数据的位数，索引值的计算分两次完成。当得到序列x_u(n)的索引以后，利用公式x_u，v(n)＝x_u((n+C_v)mod N_ZC)计算x_u，v(n)的索引时，可以将该公式中的求余运算转换为减法运算。

图3示出了根据本发明优选实施例的序列生成模块的流水线结构图，具体包括：

累加器，用于计算a＝0+1+2+...+n；这里将 

的计算转化为0+1+2+...+n，用累加器实现。

第一求模器，用于计算b＝a mod N_zc；这里将上一步的结果对N_ZC 求模。

乘法器，用于计算c＝b×u；这里将上一步的结果与u作乘法。

第二求模器，用于计算i＝c mod N_ZC；这里将上一步的结果对N_ZC 求模。

存储器包括：

ROM，用于保存索引表，利用i查索引表获得x_u(n)；

RAM，用于写入x_u(n)，起始地址为N_ZC-C_v(以实现C_v移位)，依次递增，当地址达到N_ZC-1时，再从地址0开始写入，从而得到随机接入前导序列x_u，v(n)。

以上的序列生成模块采用计数器来控制流水线的结束，用寄存器来进行节拍划分。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现；这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合；

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 (9)

1.一种LTE系统的随机接入前导序列的生成方法，其特征在于，

包括以下步骤：

设置LTE系统的随机接入前导序列为x_u，v(n)＝x_u((n+C_v)mod N_ZC)，其中，

为ZC序列，0≤n≤N_zc-1，N_zc是ZC序列的长度，u是与小区的逻辑索引号存在一一对应关系的根序列索引，n是ZC序列x_u(n)中元素的索引，C_v为ZC序列x_u(n)的循环移位；

生成长度为N_zc的序列

作为索引表保存到存储器中，其中，i是索引，0≤i≤N_zc-1；

将ZC序列x_u(n)映射到序列

以利用映射关系通过查找存储器中的所述索引表获得x_u(n)，并进而获得随机接入前导序列x_u，v(n)。

2.根据权利要求1所述的生成方法，其特征在于，将ZC序列x_u(n)映射到序列具体包括：

将u和n映射到i；

利用i和N_zc在序列

构成的表中检索得到ZC序列x_u(n)。

3.根据权利要求2所述的生成方法，其特征在于，将u和n映射到i具体包括：

设置 $i=\frac{\mathrm{un}(n+1)}{2}.$

4.根据权利要求2所述的生成方法，其特征在于，将u和n映射到i具体包括：

设置 $i=(\left(\frac{n(n+1)}{2}\mathrm{mod}{N}_{\mathrm{ZC}}\right)\×u)\mathrm{mod}{N}_{\mathrm{ZC}}.$

5.根据权利要求2所述的生成方法，其特征在于，将u和n映射到i具体包括：

设置i＝(((0+1+2+...+n)modN_ZC)×u)modN_ZC。

6.一种LTE系统的随机接入前导序列的生成装置，其特征在于，包括：

N_ZC生成模块，用于根据来自高层的参数生成LTE系统的随机接入前导序列x_u，v(n)＝x_u((n+C_v)modN_ZC)的长度N_ZC，其中，

为ZC序列，0≤n≤N_zc-1，N_zc是ZC序列的长度，u是与小区的逻辑索引号存在一一对应关系的根序列索引，n是ZC序列x_u(n)中元素的索引，C_v为ZC序列x_u(n)的循环移位；

N_CS生成模块，用于根据来自高层的参数生成所述ZC序列x_u(n)的零相关域长度N_CS；

u和C_v生成模块，用于根据来自高层的逻辑索引号、长度N_ZC和零相关域长度N_CS，生成根序列索引u和循环移位C_v；

序列生成模块，用于根据根序列索引u、循环移位C_v和长度N_ZC计算索引i，利用i查存储器中的索引表获得序列值x_u(n)，并进而获得随机接入前导序列x_u，v(n)，其中，所述索引表由长度为N_zc的序列

0≤i≤N_zc-1构成。

7.根据权利要求6所述的生成装置，其特征在于，所述序列生成模块计算

以得到i。

8.根据权利要求6所述的生成装置，其特征在于，所述序列生成模块计算i＝(((0+1+2+...+n)modN_ZC)×u)modN_ZC以得到i。

9.根据权利要求8所述的生成装置，其特征在于，

所述序列生成模块具体包括：

累加器，用于计算a＝0+1+2+...+n；

第一求模器，用于计算b＝a mod N_zc；

乘法器，用于计算c＝b×u；

第二求模器，用于计算i＝c mod N_ZC；

所述存储器包括：

ROM，用于保存所述索引表，利用i查所述索引表获得x_u(n)；

RAM，用于写入x_u(n)，起始地址为N_ZC-C_v，依次递增，当地址达到N_ZC-1时，再从地址0开始写入，从而得到随机接入前导序列x_u，v(n)。

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