CN101888360A - 一种随机接入信号的发射方法和装置及相关系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种随机接入信号的发射方法，利用对发射端随机接入信号发射格式的改进，从随机接入前导序列中，提取数据长度为N₃的数据作为循环后缀，将此循环后缀加入在随机接入信号发射格式的随机接入前导序列与保护间隔之间，形成依次为：循环前缀、随机接入前导序列、循环后缀和保护间隔的发射格式进行发射，使其在UE的时间超前基站(Node B)时，保证Node B对随机接入信号的接收也是完整的；同时，本发明公开了一种随机接入信号的发射装置及相关系统，提高Node B对随机接入信号的检测性能。

Description

一种随机接入信号的发射方法和装置及相关系统

技术领域

本发明涉及无线通信中的信号处理技术，特别涉及一种正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)系统中用户终端(UE)随机接入信号的发射方法和装置及相关系统。

背景技术

OFDM实际上是多载波调制(MCM，Multi-CarrierModulation)的一种。其主要思想是：将原信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输，由此形成的正交信号可以在接收端通过采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰(ICI)。每个子信道上的信号带宽小于其子信道带宽，因此每个子信道上的信号波形可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道上的信号带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。因而，无线通信系统在向B3G/4G演进的过程中，OFDM是关键的技术之一，可以结合分集、时空编码、干扰和信道间干扰抑制以及智能天线技术，最大限度的提高系统性能。

随着第三代、后三代和未来无线通信系统的不断演进，无线通信系统将会提供越来越多的数据和更加可靠的通信服务质量(QOS)保障。同时，UE所处的环境随着现代科技的进步也将会越来越复杂，高速移动和各种多径反射条件决定了无线通信系统必须能够适应这些恶劣的传输环境。OFDM系统能够将带宽多径频率选择性信道变成一组卷积的并行窄带频率平坦性衰落信道，具有能够有效消除多径干扰、自适应数据速率调整方便、均衡过程简单和频谱效率高的特点，已经成为未来无线通信系统的物理层中的核心传输技术之一。

现有的OFDM系统中，UE发射的随机接入信号的发射格式如图1所示，由三部分组成，包括循环前缀(CP)、随机接入前导序列(RACH preamble)和保护间隔(GI)。这种发射格式对于接收端基站(Node B)来讲，UE发射随机接入信号时，首先是在UE认为与Node B同步的条件下进行的，而这个同步却存在不准确的可能，有可能是UE的时间滞后于Node B的时间，也有可能是UE的时间超前Node B的时间，在UE的时间滞后Node B的时间前提下，这种发射格式能保证对随机接入信号的检测性能，但是，当UE的时间超前Node B时，会造成UE发射信号超前，因此，Node B接收的随机接入信号会缺失一部分数据，从而导致Node B对随机接入信号的检测性能会因发射端UE提前发射信号而受到严重影响。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种随机接入信号的发射方法和装置以及相关系统，增强随机接入信号检测的性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种随机接入信号的发射方法，该方法包括以下步骤：

用户终端UE根据随机接入前导序列生成随机接入信号的循环后缀；

UE将此循环后缀加入在随机接入前导序列与保护间隔之间，发送发射格式依次为循环前缀、随机接入前导序列、循环后缀、保护间隔的随机接入信号。

所述根据随机接入前导序列生成循环后缀，具体为：提取随机接入前导序列中连续N₃个数据作为循环后缀，N₃为正整数。

所述提取随机接入前导序列中数据长度为N₃的数据作为循环后缀，具体为：提取随机接入前导序列的前N₃个数据、或后N₃个数据、或其中任意连续N₃个数据作为循环后缀。

所述根据随机接入前导序列生成循环后缀之前，进一步包括：UE提取随机接入前导序列的后N₁个数据作为随机接入信号的循环前缀，N₁为正整数。

所述发送包含循环前缀、随机接入前导序列、循环后缀和保护间隔的随机接入信号之后，进一步包括：基站Node B根据接收到的循环后缀数据与随机接入前导序列中用于产生循环后缀的数据的相位差，进行频率偏移估计。

所述进行频率偏移估计之后，进一步包括：将所述的频率偏移估计的值反馈到随机接入信号，修正随机接入前导序列的相位。

所述N₃根据小区半径和无线信道环境进行选取。

一种随机接入信号的发射装置，该装置包括：

循环后缀生成模块，用于提取随机接入前导序列中连续N₃个数据生成随机接入信号的循环后缀；

组装发射模块，用于依次将循环前缀、随机接入前导序列、循环后缀和保护间隔组装成随机接入信号进行发射。

该装置进一步包括：

随机接入序列生成模块，用于产生随机接入信号的随机接入前导序列；

循环前缀生成模块，用于提取随机接入前导序列中后N₁个数据生成随机接入信号的循环前缀；

保护间隔生成模块，用于生成随机接入信号的保护间隔。

一种实现频率偏移估计的系统，该系统包括：

UE，用于根据随机接入前导序列生成随机接入信号的循环后缀，将此循环后缀加入在随机接入前导序列与保护间隔之间，发送发射格式依次为循环前缀、随机接入前导序列、循环后缀、保护间隔的随机接入信号；

Node B，用于根据接收到的循环后缀数据与随机接入前导序列中用于产生循环后缀的数据的相位差，进行频率偏移估计。

本发明利用对UE发射端随机接入信号发射格式的改进，可以提供更多的信息给Node B，使得Node B在进行随机接入信号检测时，对时间的依赖有了一定程度的降低，使得随机接入信号的检测性能不会因为信号发射超前一定时间段而影响随机接入检测系统的检测性能，增强了随机接入信号检测的可靠性。在UE的时间超前Node B时，保证Node B对随机接入信号的接收也是完整的，从而减小对随机接入信号检测性能的影响。

另外，在高速条件下，本发明提出的方案有助于进行频率估计，利于提高随机接入信号的检测性能。

附图说明

图1为现有36.211协议中的随机接入信号发射格式示意图；

图2为本发明的随机接入信号的发射流程示意图；

图3为本发明提出的随机接入信号发射格式示意图；

图4为本发明用于OFDM系统随机接入信号发射的装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

如图2所示，本发明实现正交频分复用系统中随机接入信号的发射方法，包括以下步骤：

步骤201：生成随机接入前导序列，序列长度为N₂；

设生成随机接入前导序列的序列为x_u(n)，其表达式如下

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

这里N_ZC是序列x_u(n)的长度，u＝1，..，N_ZC-1，n为正整数。

则长度为N₂的随机接入前导序列x(m)为

$x\left(m\right)=\frac{1}{N_2}\underset{k=0}{\overset{N_{\mathrm{ZC}}-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=0}{\overset{N_{\mathrm{ZC}}-1}{\mathrm{\Σ}}}{x}_u\left(n\right)\·e^{-j\frac{2\mathrm{\πnk}}{N_{\mathrm{ZC}}}}\·e^{j\frac{2\mathrm{\πkm}}{N_2}},0\≤m\≤N_2-1---\left(2\right)$

随机接入前导序列的相应时域离散信号S(t)的生成过程如下：

这里，0≤t＜N₂*Ts，这里的Ts是时域采样频率的倒数；β_PRACH是幅度标称因子；

Δf_RA是随机接入前导序列的子载波间隔；

是随机接入前导序列的频率偏移。

步骤202：根据随机接入前导序列生成循环前缀；

取步骤201中得到的随机接入前导序列的后N₁个数据作为循环前缀CP，即：

$C{P}_i=S_{N_2-N_1+1+i},i=0,\·\·\·,N_1-1---\left(4\right)$

步骤203：根据随机接入前导序列生成循环后缀；

具体的可以取步骤201中得到的随机接入前导序列的连续N₃个数据作为循环后缀CP1，有以下三种方法：

1)取随机接入前导序列的前N₃个数据，即：

CP1_i＝S_i，i＝0，...，N₃-1       (5)

2)取随机接入前导序列的后N₃个数据，即：

$\mathrm{CP}{1}_i=S_{N_2-N_3+1+i},i=0,\·\·\·,N_3-1---\left(6\right)$

3)取随机接入前导序列中任意连续N₃个数据，即：

CP1_i＝S_m+i，i＝0，...，N₃-1     (7)

其中m取值为0～N₂-N₃+1间的任意整数，N₃为大于0的正整数，且N₃的取值与小区半径和无线信道环境有关。

步骤204：生成保护间隔；

采用哑元填充保护间隔GI，填充哑元的长度为N₄。

以上为随机接入信号各部分的产生过程，为描述方便，采用了步骤的形式，实际上步骤202、203和204的信息处理步骤没有明显的时间顺序。

步骤205：将步骤201～204生成的各部分数据组装成新的随机接入信号的发射格式，并进行发射；

在UE端，将步骤201～204生成的各部分数据组装成如图3所示的发射格式进行发射，随机接入信号的组成依次为：CP、随机接入前导序列、循环后缀CP1和GI。

这样当UE的时间超前Node B的时间时，发射的随机接入信号会由于循环后缀的存在，增加了一定的冗余数据，使Node B在接收随机接入信号不完全时，对随机接入前导序列丢失的部分，可以利用冗余数据进行补充，实现有效的检测到完整的随机接入信号。

此外，由于循环后缀CP1取的是随机接入前导序列中的一段数据，发射格式确定下来后，循环后缀取的随机接入前导序列中的这段数据也就确定下来了，而且UE和Node B都知道循环后缀的长度。当Node B接收到此格式的随机接入信号后，比较循环后缀数据与随机接入前导序列中循环后缀所取的数据之间的相位差θ，根据两者的相位差θ及这两段数据之间的时间差t，就可计算出频率偏差，从而实现频率偏移估计，将频率偏移估计的值反馈到随机接入信号，就可修正随机接入前导序列的相位，从而提高随机接入信号检测的性能。

通过上述方法，本发明提供一种实现正交频分复用系统中随机接入信号的发射装置，具体在OFDM系统中应用的实施例如图4所示，该装置包括随机接入序列生成模块41、循环前缀生成模块42、循环后缀生成模块43、保护间隔生成模块44和组装发射模块45，其中，

随机接入序列生成模块41用于生成随机接入前导序列，具体的：利用表达式

$x\left(m\right)=\frac{1}{N_2}\underset{k=0}{\overset{N_{\mathrm{ZC}}-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=0}{\overset{N_{\mathrm{ZC}}-1}{\mathrm{\Σ}}}{x}_u\left(n\right)\·e^{-j\frac{2\mathrm{\πnk}}{N_{\mathrm{ZC}}}}\·e^{j\frac{2\mathrm{\πkm}}{N_2}},0\≤m\≤N_2-1---\left(2\right)$

产生数据长度为N₂的随机接入前导序列x(m)。

同时产生相应的时域离散信号S(t)，生成过程如下：

这里，0≤t＜N₂*Ts，这里的Ts是时域采样频率的倒数；β_PRACH是幅度标称因子；Δf_RA是随机接入前导序列的子载波间隔；

是随机接入前导序列的频率偏移。循环前缀生成模块42利用随机接入序列生成模块41中产生的随机接入前导序列中的后N₁个数据产生循环前缀；循环后缀生成模块43利用随机接入序列生成模块41中产生的随机接入前导序列中的连续N₃个数据产生循环后缀；保护间隔生成模块44是以数据长度为N₄的哑元填充保护间隔，将以上各模块生成的数据发送给组装发射模块45，组装发射模块45将其组装成如图3所示的随机接入信号的发射格式进行发射，即随机接入信号包含的各数据依次为：循环前缀、随机接入前导序列、循环后缀和保护间隔。

另外，该装置在Node B接收端加入频率偏移估计模块46，该频率偏移估计模块46利用Node B接收到的随机接入信号，比较循环后缀数据与随机接入前导序列中循环后缀所取的数据之间的相位差θ，根据两者的相位差θ及这两段数据之间的时间差t，计算出频率偏差，并将估计的频率偏移反馈到随机接入信号，来修正随机接入前导序列的相位。

利用本发明的随机接入信号的发射方法和装置，本发明提供一种实现频率偏移估计的系统，该系统包括：UE和Node B；

具体的，UE根据随机接入前导序列生成随机接入信号的循环后缀，将此循环后缀加入在随机接入前导序列与保护间隔之间，发送发射格式依次为循环前缀、随机接入前导序列、循环后缀、保护间隔的随机接入信号至Node B；NodeB接收到的循环后缀数据与随机接入前导序列中用于产生循环后缀的数据的相位差，计算频率偏差，得到频率偏移估计的值；该系统进一步用于，将频率偏移估计的值反馈到随机接入信号，修正随机接入前导序列的相位。

可见，通过上述方案的随机接入信号的发射方法和装置，由于循环后缀的存在，增加了一定的冗余数据，就可以实现Node B在进行随机接入信号检测时，利用冗余数据对不完整的随机接入信号进行补充，从而，使Node B对时间的依赖有一定程度的降低，使得随机接入信号的检测性能不会因为信号发射超前一个时间段而影响随机接入信号检测系统的检测性能，增强了Node B对随机接入信号检测的可靠性。另外，在高速条件下，本发明提出的一种随机接入信号的相关系统有助于进行频率估计，将频率偏移估计的值反馈到随机接入信号，利于提高Node B对随机接入信号的检测性能。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种随机接入信号的发射方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

用户终端UE根据随机接入前导序列生成随机接入信号的循环后缀；

UE将此循环后缀加入在随机接入前导序列与保护间隔之间，发送发射格式依次为循环前缀、随机接入前导序列、循环后缀、保护间隔的随机接入信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据随机接入前导序列生成循环后缀，具体为：提取随机接入前导序列中连续N₃个数据作为循环后缀，N₃为正整数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述提取随机接入前导序列中数据长度为N₃的数据作为循环后缀，具体为：

提取随机接入前导序列的前N₃个数据、或后N₃个数据、或其中任意连续N₃个数据作为循环后缀。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据随机接入前导序列生成循环后缀之前，进一步包括：UE提取随机接入前导序列的后N₁个数据作为随机接入信号的循环前缀，N₁为正整数。

5.根据权利要求1至4任一所述的方法，其特征在于，所述发送包含循环前缀、随机接入前导序列、循环后缀和保护间隔的随机接入信号之后，进一步包括：基站Node B根据接收到的循环后缀数据与随机接入前导序列中用于产生循环后缀的数据的相位差，进行频率偏移估计。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述进行频率偏移估计之后，进一步包括：将所述的频率偏移估计的值反馈到随机接入信号，修正随机接入前导序列的相位。

7.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述N₃根据小区半径和无线信道环境进行选取。

8.一种随机接入信号的发射装置，其特征在于，该装置包括：

循环后缀生成模块，用于提取随机接入前导序列中连续N₃个数据生成随机接入信号的循环后缀；

组装发射模块，用于依次将循环前缀、随机接入前导序列、循环后缀和保护间隔组装成随机接入信号进行发射。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，该装置进一步包括：

随机接入序列生成模块，用于产生随机接入信号的随机接入前导序列；

循环前缀生成模块，用于提取随机接入前导序列中后N₁个数据生成随机接入信号的循环前缀；

保护间隔生成模块，用于生成随机接入信号的保护间隔。

10.一种实现频率偏移估计的系统，其特征在于，该系统包括：

UE，用于根据随机接入前导序列生成随机接入信号的循环后缀，将此循环后缀加入在随机接入前导序列与保护间隔之间，发送发射格式依次为循环前缀、随机接入前导序列、循环后缀、保护间隔的随机接入信号；

Node B，用于根据接收到的循环后缀数据与随机接入前导序列中用于产生循环后缀的数据的相位差，进行频率偏移估计。

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