CN101977170A - Td-lte系统中的随机接入检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TD-LTE系统中的随机接入检测装置及检测方法，该装置包括：抽取数据单元：对基带数据进行抽取；傅里叶变换单元：对抽取的数据进行离散傅里叶变换，得到频域信号；频谱搬移单元：对频域信号进行频谱搬移，得到频谱搬移后的频域信号；本地根序列生成单元：根据广播信息中广播的逻辑根号生成N1点本地频域根序列；相关检测单元：对频谱搬移后的频域信号与本地频域根序列实施频域相关检测，得到N1个时域相关值；门限检测单元：根据设定门限值对时域相关值进行门限检测判决，判定是否允许终端接入系统，计算定时提前量。本发明的装置及方法可实现快速的检测TD-LTE系统中的随机接入前导，大大降低了计算复杂度，提高了运算效率。

Description

TD-LTE系统中的随机接入检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及TD-LTE移动通信技术领域，尤其涉及一种TD-LTE系统中的随机接入检测装置及检测方法。

背景技术

在TD-SCDMA的长期演进(TD-SCDMA Long Term Evolution，TD-LTE)系统中，一个用户终端(User Equipment，UE)只有完成上行传输时间同步后，才能被调度进行上行传输，初始同步过程中UE通过在物理随机接入信道(Physical Random Access Channel，PRACH)上发送前导(preamble)实现上行同步，这个过程通常被称为随机接入过程。具体地，UE的随机接入过程可以分为以下步骤：首先，UE以下行同步过程中确定的系统帧号和子帧号为起点确认发送PRACH的系统帧号和子帧号，在确定的时间点上从可用的一系列preamble中随机地选择一个preamble进行发送；eNodeB检测到UE发出的preamble后在随机接入响应中将上行定时提前量、功率信息、UE标识、资源分配信息以及L1/L2控制信令等信息发送给UE；最后，UE在分配的上行资源上，根据eNodeB给出的定时提前量调整上行传输时间，完成随机接入过程。在以上描述中，eNodeB对preamble的快速检测是随机接入过程中的难点。

TD-LTE的系统采样率为30.72MHz，每个PRACH的带宽为1.08MHz，PRACH的子载波间隔为1.25KHz，即preamble占用864个子载波，其中839个子载波用于承载preamble序列，其余25个子载波作为保护带。在常规时隙中，UE选择的时域前导序列为839点，该时域序列通过做839点离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform，DFT)得到频域序列，将839点频域序列映射到相应的子载波上，其余25个子载波上填充0。为满足系统采样率及上行单载波频分多址(SC-FDMA)调制的要求，对频域序列需要补零至24576点后做反离散傅里叶变换((Inverse Discrete Fourier Transform，IDFT)，再插入循环前缀，得到时域SC-FDMA基带信号，上变频调制后通过天线发射。eNodeB通过天线接收及下变频后得到preamble基带信号，为实现preamble检测，通常执行如下步骤：首先除去循环前缀，将剩余的24576点时域信号通过DFT得到频域信号，再从相应的频域子载波上取出839点频域preamble序列；然后，将839点频域序列与本地的频域前导根序列实施相关检测获取定时提前量。

综上所述，在eNodeB检测preamble过程中，为获取839点频域序列，通常需要实现24576点DFT，该DFT长度过于庞大，相应的算法执行时间较长，且该DFT长度不是2的整数次幂，无法利用经典的长度为2的整数次幂的基2快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)实现，运算复杂度高，耗时长，不利于工程实现。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是：如何快速的检测TD-LTE系统中的随机接入前导，降低计算复杂度，提高运算效率。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种TD-LTE系统中的随机接入检测装置，该装置包括：抽取数据单元：用于以a倍抽取因子对接收的上行子帧的基带数据进行抽取；傅里叶变换单元：用于对抽取得到的数据进行N点离散傅里叶变换，得到频域信号；频谱搬移单元：用于对所述频域信号进行频谱搬移，得到N点频谱搬移后的频域信号；本地根序列生成单元：用于根据广播信息中广播的逻辑根号生成N1点本地频域根序列；相关检测单元：用于对所述频谱搬移后的频域信号与本地频域根序列实施频域相关检测，得到N1个时域相关值；门限检测单元：用于根据设定门限值对所述N1个时域相关值进行门限检测判决，判定是否允许终端接入系统，并计算定时提前量；其中，N是2的整数次幂的正整数，且a、N1均为小于N的正整数。

其中，该装置还包括：数据缓存单元：用于缓存所述上行子帧的基带数据。

其中，所述本地根序列生成单元进一步包括：本地时域根序列生成子单元，用于根据广播信息中广播的逻辑根号生成N1点本地时域根序列；傅里叶变换子单元，用于对所述本地时域根序列进行傅里叶变换，得到N1点本地频域根序列。

其中，所述相关检测单元进一步包括：共轭相乘子单元，用于对频谱搬移后的频域信号与所述本地频域根序列进行复共轭相乘，得到N1个频域相乘结果；反傅里叶变换子单元，用于对所述频域相乘结果进行反傅里叶变换，生成N1个时域相关值。

其中，所述门限检测单元进一步包括：功率值计算子单元，用于计算所述N1个时域相关值的功率值；功率峰值查找子单元，用于从所述N1个时域相关值的功率值中寻找最大值并记录其对应位置；判决子单元，若所述最大值大于设定门限值，则判定检测到前导序列，允许终端接入系统，并根据所述最大值的位置确定循环移位搜索窗和循环移位值，用所述最大值减去所述循环移位值，得到定时提前量；若所述最大值小于设定门限值，则判定未检测到前导序列，不允许终端接入系统。

本发明还提供了一种基于上述检测装置的TD-LTE系统中的随机接入检测方法，该方法包括步骤：

S1.数据缓存单元缓存接收的上行子帧的基带数据并发送给抽取数据单元；

S2.抽取数据单元以a倍抽取因子对不包括循环前缀的上行子帧的基带数据进行抽取，并将抽取得到的数据发送给傅里叶变换单元；

S3.傅里叶变换单元对所述抽取得到数据进行N点傅里叶变换，得到频域信号，并将所述频域信号发送给频谱搬移单元；

S4.频谱搬移单元对所述频域信号进行频谱搬移，得到N点频谱搬移后的频域信号并发送给相关单元；

S5.本地根序列生成单元根据广播信息中广播的逻辑根号生成N1点本地频域根序列并发送给相关单元；

S6.相关检测单元对所述频谱搬移后的频域信号与本地频域根序列实施时域相关检测，得到N1个时域相关值并发送给门限检测单元；

S7.门限检测单元计算所述N1个时域相关值的功率值，找出功率值中的最大值，并记录其位置，若所述最大值大于设定门限值，则判定检测到前导序列，允许终端接入系统，并根据所述最大值的位置确定循环移位搜索窗和循环移位值，用所述最大值减去所述循环移位值，得到定时提前量；若所述最大值小于设定门限值，则判定未检测到前导序列，不允许终端接入系统；

其中，其中，N是2的整数次幂的正整数，且a、N1均为小于N的正整数。

其中，所述以a倍抽取因子抽取为：每隔a个采样点抽取一个数据符号。

其中，所述进行抽取的上行子帧的基带数据不包括循环前缀。

其中，若所述最大值的位置位于所述N1个时域相关值的前半段，则所述设定门限值为所述N1个时域相关值后半段的平均功率值；若所述最大值的位置位于所述N1个时域相关值的中间或前半段，则所述设定门限值为所述N1个时域相关值前半段的平均功率值。

其中，N＝1024，N1＝839，a＝24。

(三)有益效果

本发明的装置及方法通过对接收的UE发送的信号进行降采样处理，且分别以FFT和IFFT处理代替DFT和IDFT处理，大大提高了检测速度，降低了相关运算量和数据处理难度。

附图说明

图1为依照本发明一种实施方式的TD-LTE系统中的随机接入检测装置框图；

图2为依照本发明一种实施方式的TD-LTE系统中的随机接入检测方法流程图。

具体实施方式

对于本发明所提出的TD-LTE系统中的随机接入检测装置及检测方法，结合附图和实施例详细说明。

如图1所示，依照本发明一种实施方式的TD-LTE系统中的随机接入检测装置，包括：

数据缓存单元：用于缓存接收的某一上行子帧的基带数据；

抽取数据单元：用于对不包括其循环前缀的上行子帧的基带数据进行抽取；

傅里叶变换单元：用于以a倍抽取因子对抽取得到的数据进行N点DFT，得到频域信号，其中，以a倍因子抽取的意思是每隔a个采样点抽取一个数据符号；

频谱搬移单元：用于对该频域信号进行频谱搬移，完成子载波解映射功能，得到N点频谱搬移后的频域信号；

本地根序列生成单元：用于根据广播信息中广播的逻辑根号生成本地的频域根序列；

相关监测单元：用于对频谱搬移后的频域信号与本地频域根序列实施时域相关检测，得到N1个时域相关值；

门限检测单元：用于根据设定门限值对N1个时域相关值进行门限检测判决，判定是否允许终端接入系统，计算定时提前量；

其中，N是2的整数次幂的正整数，且a、N1均为小于N的正整数，优选的，N＝1024，N1＝839，a＝24。

其中，本地根序列生成单元进一步包括：

本地时域根序列生成子单元，用于根据广播信息中广播的逻辑根号确定相应的物理根号，产生N1点本地时域根序列；

傅里叶变换子单元，用于对本地时域根序列进行傅里叶变换，得到N1点本地频域跟序列。

相关检测单元进一步包括：

共轭相乘子单元，用于对解映射后的频域信号与本地频域根序列进行共轭点乘，得到共轭相乘结果；

反傅里叶变换子单元，用于对共轭相乘结果进行反傅里叶变换，得到N1个时域相关值。

门限检测单元进一步包括：

相关值功率计算子单元，用于计算N1个时域相关值的功率值，即计算每个时域相关值的模平方；

功率峰值查找子单元，用于从N1个时域相关值的功率值中寻找最大值P_max并记录其对应位置P1；

判决子单元，用于若P_max大于设定门限值，则判定检测到前导序列，允许终端接入系统，并根据P_max的位置P1和TD-LTE协议36.211中给出的每个根序列使用的搜索窗长值值确定循环移位搜索窗和循环移位值，用最大值P_max减去循环移位值，得到定时提前量；若P_max小于设定门限值，则判定未检测到前导序列，不允许终端接入系统

其中，若最大值的位置位于N1个时域相关值的前半段，即P1≥N1/2，则设定门限值为N1个时域相关值后半段的平均功率值；若最大值的位置位于N1个时域相关值的中间或前半段，即P1＜N1/2，则设定门限值为所述N1个时域相关值前半段的平均功率值。

本发明的随机接入检测方法，在获得终端基带数据后，主要经过数据抽取、傅里叶变换、频谱搬移、本地频域根序列生成、相关检测、门限判决六个步骤。

如图2所示，依照本发明一种实施方式的基于上述装置的随机接入检测方法，该方法包括以下步骤：

S1.数据缓存单元缓存某一上行子帧的基带数据并发送给抽取数据单元；

S2.抽取数据单元以a倍抽取因子对输入数据(不包括循环前缀)进行抽取并将抽取后的数据发送给傅里叶变换单元；

S3.傅里叶变换单元对输入数据实施N点DFT，得到频域信号，并将频域信号发送给频谱搬移单元；

S4.频谱搬移单元对输入数据进行频谱搬移，得到N点频谱搬移后的频域信号并发送给相关单元；

S5.本地根序列产生单元根据广播信息中广播的逻辑根号确定相应的物理根号，产生N1点本地时域根序列，经过傅里叶变换单元产生N1点本地频域根序列并发送给相关单元；

S6.相关检测单元对所述频域信号与本地频域根序列进行时域相关检测，得到时域相关值并发送给门限检测单元；

S7.门限检测单元先对N1个时域相关值计算功率值，找出功率值中的最大值P_max，当P_max大于一个设定门限值时，前导序列被检测到，记录P_max的位置P1，根据P_max的位置计算循环移位值，确定循环移位搜索窗，P_max与循环移位值之间的差值就是时延值，即定时提前量TA1；若P_max小于设定门限值，则判定未检测到前导序列，不允许终端接入系统

其中，步骤S1中的上行子帧为常规子帧，且UE发送的preamble格式为0。步骤S6中的时域相关检测具体为：将频域基带信号与本地频域根序列复共轭相乘，对相乘的结果执行IDFT，从而得到时域相关值。

下面以具体实施例来说明本发明方法：

(1)数据抽取：

终端发送的随机接入信道(Random Access Channel，RACH)信号长度为24756Ts，循环前缀长度为3168Ts。TD-LTE系统中一个子帧的长度为30720Ts。本发明中从3169Ts开始到24576Ts结束，做为待处理的数据。

定义符号如下：

待处理的数据为：{x(m)，0≤m≤24575}；

抽取后的数据为：{y(n)，0≤n≤1023}；

抽取是将x(m)每24(即a)个采样点中抽取1个，即：

y(n)＝x(24n)，n＝0，1，...，1023。

(2)DFT：

定义符号如下：

抽取数据y(n)执行DFT后的数据为：{Y(k)，0≤k≤1023}；

对y(n)进行1024点DFT，得到Y(k)，Y(k)就是y(n)的频率响应。

(3)频谱搬移：

定义符号如下：

搬移长度为：L；

频谱搬移后的数据为：{S(k)，0≤k≤1023}。

TD-LTE协议36.211中给出了不同PRACH配置和不同上下行配置下RACH时频域资源位置。在竞争随机接入机制中，终端根据系统信息中的PRACH配置和上下行配置从可用的资源中随机地选择一个频域位置用于发送RACH信号。eNodeB首先根据协议规定计算搬移的长度。L的计算方法不属于本发明范围内。

对Y(k)进行频谱搬移，得到S(k)，即

$\left\{\begin{array}{cc}S\left(k\right)=Y(k+L)& (k=\mathrm{0,1},...,1023-L-1)\\ S\left(k\right)=Y(k-N+L)& (k=1023-L,...,1023)\end{array}\right..$

(4)产生本地的频域根序列：

定义符号如下：

根序号为：u；

本地时域根序列为：{x_u(n)，0≤n≤N1-1}；

本地频域根序列为：{X_u(k)，0≤k≤N1-1}；

TD-LTE协议36.211中给出：

x_u(n)＝e^{-jπun(n+1)/N1}

根序号u是由广播信息中的逻辑根号根据36.211协议中给出的对应关系确认的。

对x_u(n)序列补零至N点后，进行N点DFT，得到频域根序列X_u(k)。这里DFT采用FFT实现。

(5)相关检测：

本实施例中的序列相关过程采用FFT实现。

首先对本地频域根序列X_u(k)取共轭，然后提取频谱搬移后的数据S(k)中的前N1点与X_u(k)点乘，得到频域相乘结果后，进行N1点IDFT，得到时域相关值。

(6)门限判决：

经过前面步骤得到N1个时域相关值，计算每个相关值的功率值，即计算每个相关值的模平方值。找出N1个功率值中的最大值P_max及其对应的位置P1。根据最大值位置和高层配置的循环移位索引值确定循环移位搜索窗和循环移位值。

判决门限计算，本发明中用部分时域相关值计算平均功率值作为判决门限。若P1≥N1/2，则使用前一半时域相关值的平均功率值作为判决门限，若P1＜N1/2，则使用后一半时域相关值的平均功率值做为判决门限。

若P_max大于判决门限，则认为检测到前导序列，允许终端接入系统。循环移位值和P1之间的差值就是定时提前量。若P_max小于判决门限，则认为未检测到前导序列。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种TD-LTE系统中的随机接入检测装置，其特征在于，该装置包括：

抽取数据单元：用于以a倍抽取因子对接收的上行子帧的基带数据进行抽取；

傅里叶变换单元：用于对抽取得到的数据进行N点离散傅里叶变换，得到频域信号；

频谱搬移单元：用于对所述频域信号进行频谱搬移，得到N点频谱搬移后的频域信号；

本地根序列生成单元：用于根据广播信息中广播的逻辑根号生成N1点本地频域根序列；

相关检测单元：用于对所述频谱搬移后的频域信号与本地频域根序列实施频域相关检测，得到N1个时域相关值；

门限检测单元：用于根据设定门限值对所述N1个时域相关值进行门限检测判决，判定是否允许终端接入系统，并计算定时提前量；

其中，N是2的整数次幂的正整数，且a、N1均为小于N的正整数。

2.如权利要求1所述的TD-LTE系统中的随机接入检测装置，其特征在于，该装置还包括：

数据缓存单元：用于缓存所述上行子帧的基带数据。

3.如权利要求1所述的TD-LTE系统中的随机接入检测装置，其特征在于，所述本地根序列生成单元进一步包括：

本地时域根序列生成子单元，用于根据广播信息中广播的逻辑根号生成N1点本地时域根序列；

傅里叶变换子单元，用于对所述本地时域根序列进行傅里叶变换，得到N1点本地频域根序列。

4.如权利要求3所述的TD-LTE系统中的随机接入检测装置，其特征在于，所述相关检测单元进一步包括：

共轭相乘子单元，用于对频谱搬移后的频域信号与所述本地频域根序列进行复共轭相乘，得到N1个频域相乘结果；

反傅里叶变换子单元，用于对所述频域相乘结果进行反傅里叶变换，生成N1个时域相关值。

5.如权利要求4所述的TD-LTE系统中的随机接入检测装置，其特征在于，所述门限检测单元进一步包括：

功率值计算子单元，用于计算所述N1个时域相关值的功率值；

功率峰值查找子单元，用于从所述N1个时域相关值的功率值中寻找最大值并记录其对应位置；

判决子单元，若所述最大值大于设定门限值，则判定检测到前导序列，允许终端接入系统，并根据所述最大值的位置确定循环移位搜索窗和循环移位值，用所述最大值减去所述循环移位值，得到定时提前量；若所述最大值小于设定门限值，则判定未检测到前导序列，不允许终端接入系统。

6.一种基于权利要求1-5任一项所述的检测装置的TD-LTE系统中的随机接入检测方法，其特征在于，该方法包括步骤：

S1.数据缓存单元缓存接收的上行子帧的基带数据并发送给抽取数据单元；

S2.抽取数据单元以a倍抽取因子对不包括循环前缀的上行子帧的基带数据进行抽取，并将抽取得到的数据发送给傅里叶变换单元；

S3.傅里叶变换单元对所述抽取得到数据进行N点傅里叶变换，得到频域信号，并将所述频域信号发送给频谱搬移单元；

S4.频谱搬移单元对所述频域信号进行频谱搬移，得到N点频谱搬移后的频域信号并发送给相关单元；

S5.本地根序列生成单元根据广播信息中广播的逻辑根号生成N1点本地频域根序列并发送给相关单元；

S6.相关检测单元对所述频谱搬移后的频域信号与本地频域根序列实施时域相关检测，得到N1个时域相关值并发送给门限检测单元；

S7.门限检测单元计算所述N1个时域相关值的功率值，找出功率值中的最大值，并记录其位置，若所述最大值大于设定门限值，则判定检测到前导序列，允许终端接入系统，并根据所述最大值的位置确定循环移位搜索窗和循环移位值，用所述最大值减去所述循环移位值，得到定时提前量；若所述最大值小于设定门限值，则判定未检测到前导序列，不允许终端接入系统；

其中，其中，N是2的整数次幂的正整数，且a、N1均为小于N的正整数。

7.如权利要求6所述的TD-LTE系统中的随机接入检测方法，其特征在于，所述以a倍抽取因子抽取为：每隔a个采样点抽取一个数据符号。

8.如权利要求6所述的TD-LTE系统中的随机接入检测方法，其特征在于，所述进行抽取的上行子帧的基带数据不包括循环前缀。

9.如权利要求6所述的TD-LTE系统中的随机接入检测方法，其特征在于，若所述最大值的位置位于所述N1个时域相关值的前半段，则所述设定门限值为所述N1个时域相关值后半段的平均功率值；若所述最大值的位置位于所述N1个时域相关值的中间或前半段，则所述设定门限值为所述N1个时域相关值前半段的平均功率值。

10.如权利要求6所述的TD-LTE系统中的随机接入检测方法，其特征在于，N＝1024，N1＝839，a＝24。