CN102185685A - 移动终端发射随机接入信号方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种移动终端发射随机接入信号方法，包括：S1、选择一个时域原始签名序列；S2、将时域原始签名序列进行频带补零，得到点数与共享信道的子载波数N相同的时域基本签名序列；S3、对时域基本签名序列进行序列重复，然后再进行循环前缀插入得到时域重复签名序列；S4、对时域重复签名序列进行序列扩展，得到时域扩展签名序列；S5、对所述时域扩展签名序列执行频率移位，得到时域发送签名序列。本发明还公开一种移动终端发射随机接入信号系统，通过本发明的技术，避免了在获取发送签名序列过程中大点数傅里叶变换处理过程导致的运算时间长、空闲时间长和实现复杂度高等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种移动终端发射随机接入信号方法及系统，属于移动通信技术领域。
背景技术
在移动通信技术领域，OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用)系统以其简单的结构及良好的传输效果逐渐被推广应用。OFDM系统频谱利用效率高 ,抗多径衰落能力强 ,有利于无线多媒体传输的实现 ,并且能够集中发送功率,扩大覆盖范围 ,使功率放大器变得简单和便宜 ,因此在第四代移动通信中具有良好的发展前景。
LTE(long term evolution，长期演进)是3G通信系统的演进，它发展并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其主要技术。基于时分双工的TDD-LTE由于无须成对的频率，可以方便地配置在FDD-LTE系统所不易使用的零散频段上，具有一定的频谱灵活性，能有效提高频谱利用率。
3GPP的协议对PRACH信道的生成方式和发送方式做了规范。LTE采用了具有恒包络零自相关的Zadoff-Chu序列作为随机接入的参考序列。基站和移动终端根据小区的系统广播参数配置，从参考序列中生成64个签名序列。RACH首先由移动终端发起，移动终端从已生成的64个签名序列中随机选择一个作为本次发送的基本序列。移动终端被选中的签名序列从可选的频域复用位置上随机选择一个并映射到该时频资源块上，产生前导序列并生成基带信号进行发送。基站负责检测该PRACH请求所携带的信息。
时域原始签名序列由基本ZC序列生成，定义时域原始签名序列为 
，其中，
为产生时域原始签名序列的ZC序列的根，由系统上层决定；
为对于根为
的产生时域原始签名序列的ZC序列的循环移位位数，由系统上层决定； 
为时域原始签名序列的采样点索引；
为时域原始签名序列的采样点数：当发送PRACH的采用格式0、1、2、3时，；当发送PRACH的采用格式4时，
。时域发送签名序列
由时域原始签名序列
按以下公式生成：
令
在LTE中，PRACH信道与共享信道在时域上进行叠加并通过上行子帧时隙发送，但PRACH信道与共享信道有着明显的不同。LTE共享信道的子载波间隔为15 kHz，而PRACH信道则是1．25 kHz（发送格式0、1、2、3）或7.5kHz（发送格式4）。这意味着PRACH信道需要独立进行采样和处理，其采样率需为共享信道的12倍（发送格式0、1、2、3）或2倍（发送格式4）。以10 MHz系统带宽下为例，共享信道的子载波数为1024，而PRACH子载波数则为12288（发送格式0、1、2、3）或2048（发送格式4）。即产生PRACH需要进行12288或2048点的DFT（傅里叶变换）运算，进行12288点的较大DFT运算，运算量大，过程复杂。
申请号为CN200610150036.3的中国发明专利《一种移动终端的信号发射方法》公开了一种基于频域的简单的生成的PRACH方案，算法是移动终端依次对随机选出的Zadoff-Chu序列进行839的DFT运算，对结果在频域上进行子载波映射，进行大点数的IDFT（傅里叶逆变换）运算，并串转换，上变频发射。这种发送算法的缺点是大点数的IDFT将会占用大量的处理时间，同时等待所有点都采样完毕需要消耗大量的时间，处理器将长期处于空闲状态。
申请号为CN201010267934.3的中国发明专利《产生LTE PRACH基带信号的方法及其系统》公开了一种降低产生PRACH信道时所用到的大点数IDFT的运算复杂度，其通过优化算法降低了大点数IDFT所需的复数乘法和复数加法的次数。在一定程度上减少了处理过程的时间，但仍然需要进行了大点数的IDFT。
申请号为US2005286409A1或US20050165974的美国发明专利《一种在无线通信系统中发射和接收上行随机接入信道的装置和方法》（译，原题目为Apparatus and method for transmitting/receiving uplink random access channel in mobile communication system），公开了一种发射和接收上行随机接入信道的装置和方法，依次进行接入码生成、子载波映射和IFFT变换等操作。在对于LTE系统的PRACH信道来说，所述方法和装置同样需要进行大点数的IFFT变换，消耗了大量的物理资源和时间资源。
在现有技术中，对Zadoff-Chu序列进行处理，映射到PRACH发送的过程，都需要经过大点数的IDFT，而大点数的IDFT占用了大量的处理资源和时间，且空闲时间较长，不能进行流水线操作，耗费了较多资源。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种移动终端发射随机接入信号方法及系统。
一种移动终端发射随机接入信号方法，包括：
S1、从签名序列中随机选择一个作为时域原始签名序列；
S2、将所述时域原始签名序列进行频带补零，得到点数与共享信道的子载波数
相同的时域基本签名序列；
S3、根据发送PRACH信号的格式对所述时域基本签名序列进行序列重复，然后再进行循环前缀插入得到时域重复签名序列；
S4、对所述时域重复签名序列进行序列扩展，得到符合过采样标准的时域扩展签名序列；
S5、根据所述频带补零和系统参数对所述时域扩展签名序列执行频率移位，得到时域发送签名序列。
一种移动终端发射随机接入信号系统，包括：序列生成单元，序列频带补零单元，序列重复单元，序列扩展单元，序列频率移位单元；
所述序列生成单元，用于从签名序列中随机选择一个作为时域原始签名序列；
所述序列频带补零单元，用于将所述时域原始签名序列进行频带补零，得到点数与共享信道的子载波数
相同的时域基本签名序列；
所述序列重复单元，用于根据发送PRACH的格式对所述时域基本签名序列进行序列重复，然后再进行循环前缀插入得到时域重复签名序列；
所述序列扩展单元，用于对所述时域重复签名序列进行序列扩展，得到符合过采样标准的时域扩展签名序列；
所述序列频率移位单元，用于根据所述频带补零和系统参数对所述时域扩展签名序列执行频率移位，得到时域发送签名序列。
与现有技术相比，本发明的技术在对时域原始签名序列进行处理时，先进行频带补零处理，获取点数与共享信道的子载波数相同的时域基本签名序列，然后将时域基本签名序列执行序列重复、循环前缀插入得到时域重复签名序列，再通过将重复签名序列进行序列扩展，得到符合过采样标准的时域扩展签名序列，最后再对时域扩展签名序列执行频率移位即可得到时域发送签名序列。
通过在时域对序列进行序列扩展处理代替大点数的傅里叶变换处理过程，获得符合过采样标准的序列，从而避免了现有技术进行大点数傅里叶变换处理过程导致的运算时间长、空闲时间长和实现复杂度高等问题。
附图说明
图1是本发明移动终端发射随机接入信号方法的流程示意图；
图2是实施例中正频率补零示意图；
图3是实施例中正负频率补零示意图；
图4是本发明移动终端发射随机接入信号系统的结构示意图；
图5是实施例中补零单元结构示意图。
具体实施方式
下面结合图1和实施例对本发明的技术方案做详细描述，如图1所述，本发明的方法包括：
S1、移动终端根据小区的系统广播参数配置，从参考序列中生成64个签名序列。移动终端从已生成的64个签名序列中随机选择一个作为本次发送的基本序列，即时域原始签名序列。
S2、采用傅里叶变换技术，先将时域原始签名序列变换成频域原始签名序列，然后对该时域原始签名序列进行频带补零，获取点数与共享信道的子载波数相同的时域基本签名序列，然后再对该频域基本签名序列进行变换得到时域基本签名序列。
S3、根据发送PRACH信号的格式将该时域基本签名序列进行序列重复操作，将序列复制粘贴到序列前部或后部，然后再进行OFDM技术的常规操作循环前缀插入，将所述重复后的时域基本签名序列的一定长度的尾部复制并添加到时域基本签名序列的前端，得到时域重复签名序列。
S4、在前面的处理中，得到的时域重复签名序列的点数与共享信道的子载波数
相同，在LTE中，PRACH信道与共享信道在时域上进行叠加并通过上行子帧时隙发送的，而PRACH信道与共享信道的子载波间隔不同，在此，根据两个信道的子载波间隔比例关系，对所述时域重复签名序列按比例关系进行序列扩展，从而得到符合过采样标准的时域扩展签名序列。
S5、在经过上述步骤处理后，根据步骤S2中的频带补零操作和系统参数对时域扩展签名序列执行频率移位，即可得到时域发送签名序列。
为了进一步阐述本发明的方法，下面结合附图和应用实例作进一步详细描述。
移动终端根据小区的系统广播参数配置，从参考序列中生成64个签名序列。移动终端从已生成的64个签名序列中随机选择一个作为本次发送的基本序列，即时域原始签名序列，在本实施例以发送PRACH格式为0，
，
为例进行说明。
对时域原始签名序列进行839点傅里叶变换得到839点的频域原始签名序列，对于频域原始签名序列，本实施例用公式可表示为：
其中，
为系统参数，由系统上层决定；发送PRACH的采用格式0，
， 和
为系统参数，由上层决定；
是子载波间隔，为15kHz，
是PRACH的子载波间隔，为1.25kHz，
为扩展倍数，
为系统采样率，由系统带宽决定。
对频域原始签名序列进行频带补零操作得到频域基本签名序列。对于频带补零，可采用正频率补零或正负频率补零方式。
如图2所示，其中采样点与共享信道子载波是一一对应的，采用正频率补零时，其具体操作是将第839号采用点开始至第1023号采样点共185（
）个采样点的值设置为0，补零后的频域基本签名序列频谱包括：频域原始签名序列的839个采样点，其中第0号采样点为基带直流，补零部分的185个采样点；补零后的频域基本签名序列频谱从基带直流开始到第1023号采样点，对应共享信道的1024个子载波，补零后得到的频域基本签名序列频谱处在正频率单边带。
如图3所示，采用正负频率补零时，则先将频域原始签名序列向负频带搬移419（
）个采样点，得到频域原始签名序列的双边带序列，其频谱包括频域原始签名序列处于负频带的第0至418号采样点，处于基带直流的第419号采样点，处于正频带的第420至838号采样点；然后将处于负频带的第0号采样点外的93个采样点的值设置为0，将处于正频带的第838号个采样点外的92()个采样点的值设置为0；补零后得到一个1024个采样点的双边带序列，对应共享信道的1024个子载波。
采用正负频率补零这一频偏预偏移操作，可以避免在后面的扩展滤波操作中的双边带滤波方式滤除序列的有用信息，保证发送签名序列的完整性。
作为一个较佳实施例，本实施例中，采用正负频率补零方式。
经过补零后的频域基本签名序列经过1024点傅里叶逆变换得到1024点的时域基本签名序列，对应补零后的频域基本签名序列的1024个采样点。
上述时域基本签名序列经过序列重复和序列循环前缀插入后，得到时域重复签名序列。
对于序列重复操作，是将序列自身复制粘贴到序列前部或后部，其中重复的次数根据发送PRACH的格式决定，当发送PRACH的格式为格式0、格式1或格式4的时候，重复的次数为0；当发送PRACH的格式为格式2、格式3的时候，重复的次数为1；在本实施例中，重复的次数为0。
对于循环前缀插入，是OFDM技术的常规操作方式，即将重复后的时域基本签名序列的一定长度的尾部复制并添加到时域基本签名序列的前端，具体操作过程在此不再赘述。
上述时域重复签名序列经过序列扩展后，得到符合过采样标准的时域扩展签名序列；序列扩展采用插值的方式，具体包括时域插零和频带滤波。
对于序列插零，插入的点数根据扩展倍数
来决定，即在时域重复签名序列的每个采样点之后，插入
个零值，
根据以下公式计算：
其中，
是共享信道子载波间隔，为15kHz，
是PRACH信道的子载波间隔，当采用发送PRACH格式为格式0、1、2、3时，为1.25kHz，当采用发送PRACH格式为格式4时，为7.5kHz；在本实施例中，
，在时域重复签名序列的每个采样点之后插入
个零值，即将采样率变为原来的12倍，得到点数为的标准过采样序列。
经过序列插零得到的标准过采样序列，在频带上呈现未插零的时域重复签名序列的频带图样的镜像重复，需要通过频带滤波，将基带部分的所述时域重复签名序列的频带图样提取出，使标准过采样序列的频带图样和未插零的时域重复签名序列的频带图样一致。
对于频带滤波，是根据前面的频带补零来确定进行单边带滤波或双边带滤波；若前述频带补零采用了正频率补零方式，标准过采样序列的频带图样在基带部分的目标频带图样对应处在正频带，此时，采用单边带滤波将其提取；若前述频带补零采用了正负频率补零方式，标准过采样序列的频带图样在基带部分的目标频带图样对应处在正负频带，且成关于基带直流成轴对称关系，此时，采用双边带滤波将其提取。
双边带滤波较单边带滤波在系统实现时简单，本实施例中，采用双边带滤波，即所述频带补零采用了正负频率补零方式。
上述时域扩展签名序列经过频率移位，得到时域发送签名序列；其中，频率移位进一步包括：
频率补偿移位，即根据频率补零过程中，频带移位的采样点数，将时域扩展签名序列进行频率补偿移位，得到时域补偿签名序列。
子载波映射频率移位，即对上述时域补偿签名序列进行子载波映射频率移位，获取时域发送签名序列，该时域发送签名序列经过常规射频处理后即可进行发射。
对于频率补偿移位，取决于所述频带补零操作中频带移位的采样点数；由于所述频带补零为正频率补零时，其频带移位为零，所以频率补偿移位的移位大小也为零；所述频带补零为正负频率补零时，根据补零操作前，序列向负频带移位的点数，此时，向正频带方向进行相同点数的移位补偿。
在本实施例中，前述正负频率补零向负频带移位了419（）个采样点，在此，需要将时域扩展签名序列向正频带方向移位419个采样点。
对于子载波映射频率移位，即子载波映射的时域操作，其移位大小，由系统上层参数决定。
对于上述频率移位的操作，为了简化操作，可以将频率补偿移位和子载波映射频率移位过程合并，首先将两个移位的采样点数带符号相加，计算出总移位的点数，然后进行一次性移位操作。
下面结合图4和实施例对本发明的系统做详细描述，如图4所述，本发明的系统包括：序列生成单元，序列频带补零单元，序列重复单元，序列扩展单元，序列频率移位单元。
其工作原理是：序列生成单元从签名序列中随机选择一个作为时域原始签名序列；序列频带补零单元将时域原始签名序列进行频带补零，获取点数与共享信道的子载波数
相同的时域基本签名序列；序列重复单元根据发送PRACH信号的格式对时域基本签名序列进行序列重复，然后再进行循环前缀插入得到时域重复签名序列；序列扩展单元根据所述频带补零对时域重复签名序列进行序列扩展，得到符合过采样标准的时域扩展签名序列；序列频率移位单元根据所述频带补零和系统参数对所述时域扩展签名序列执行频率移位，得到时域发送签名序列所述时域发送签名序列。
为了进一步阐述本发明的系统，下面结合附图和应用实例作进一步详细描述。
对于序列生成单元，如图5所示，具体包括：傅里叶变换模块，补零模块，傅里叶逆变换模块。
其工作原理是：傅里叶变换模块将时域原始签名序列进行
点傅里叶变换得到个点的频域原始签名序列；补零模块对频域原始签名序列进行频带外补零，获取采样点数与共享信道的子载波数
相同的频域基本签名序列；傅里叶逆变换模块将频域基本签名序列进行点傅里叶逆变换得到时域基本签名序列。
对于补零模块，可以采用正频率补零模块或正负频率补零模块。
若采用正频率补零模块，其工作原理是：将频域原始签名序列中的第
至第
号采样点的采样值设置为0，得到点数与共享信道的子载波数
相同的频域基本签名序列，其中，采样点与共享信道的子载波一一对应。
若采用正负频率补零模块，其工作原理是：先将频域原始签名序列向负频带搬移个点，得到一个第
号采样点处于基带直流、
个采样点处于负频带和
个采样点处于正频带的双边带序列；将该双边带序列的第0号采样点频带外的
个采样点和第
号采样点频带外的
个采样点的采样值设置为0，即得到点数与共享信道的子载波数
相同的频域基本签名序列，其中，采样点与共享信道的子载波一一对应；采用正负频率补零模块，进行频偏预偏移操作，可以避免在后续的双边带滤波器滤波过程中滤除序列的有用信息，保证了发送签名序列的完整性。
对于序列扩展单元，具体包括序列时域插零模块和频带滤波器；其工作原理是：序列时域插零模块根据扩展倍数
,在时域重复签名序列的每个采样点后插入
个0值；频带滤波器根据所述频带补零对所述标准过采样序列进行滤波得到符合过采样标准的时域扩展签名序列。
其中，若补零模块为正频率补零模块，则频带滤波器为单边带滤波器；若补零模块为正负频率补零模块，则频带滤波器为双边带滤波器。
对于序列频率移位单元，具体包括频率补偿移位模块和子载波映射模块；其工作原理是：频率补偿移位模块将时域扩展签名序列进行频率补偿移位操作，得到时域补偿签名序列；子载波映射模块根据系统参数对时域补偿签名序列进行子载波映射频率移位，获取时域发送签名序列。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (14)
1.一种移动终端发射随机接入信号方法，其特征在于，包括：
S1、从签名序列中随机选择一个作为时域原始签名序列；
S2、将所述时域原始签名序列进行频带补零，得到点数与共享信道的子载波数 
相同的时域基本签名序列；
S3、根据发送PRACH信号的格式对所述时域基本签名序列进行序列重复，然后再进行循环前缀插入得到时域重复签名序列；
S4、对所述时域重复签名序列进行序列扩展，得到符合过采样标准的时域扩展签名序列；
S5、根据所述频带补零和系统参数对所述时域扩展签名序列进行频率移位，得到时域发送签名序列。
2.根据权利要求1所述的移动终端发射随机接入信号方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：将所述时域原始签名序列进行
点傅里叶变换得到
点的频域原始签名序列，对所述频域原始签名序列进行频带补零，得到采样点数与共享信道的子载波数相同的频域基本签名序列，然后将所述频域基本签名序列进行
点傅里叶逆变换得到时域基本签名序列；
其中，所述的取值为839或139。
3.根据权利要求2所述的移动终端发射随机接入信号方法，其特征在于，所述步骤S2中的补零为正频率补零；
所述正频率补零，将所述频域原始签名序列中的第
至号采样点的采样值设置为0，得到点数与共享信道的子载波数相同的频域基本签名序列；
所述采样点包括0至
号采样点，与所述共享信道子载波一一对应。
4.根据权利要求2所述的移动终端发射随机接入信号方法，其特征在于，所述步骤S2中的补零为正负频率补零；
所述正负频率补零，将所述频域原始签名序列向负频带搬移
个采样点，得到第
号采样点处于基带直流、个采样点处于负频带和个采样点处于正频带的双边带序列；将所述双边带序列的第0号采样点频带外的
个采样点和第
号采样点频带外的
个采样点的采样值设置为0，得到点数与共享信道的子载波数相同的频域基本签名序列；
所述采样点包括0至
号采样点，与所述共享信道子载波一一对应。
5.根据权利要求3或4所述的移动终端发射随机接入信号方法，其特征在于，所述步骤S3中的序列重复；
若发送PRACH信号的格式为格式0、格式1或格式4时，所述序列重复的次数为0；
若所述发送PRACH信号的格式为格式2或格式3时，所述序列重复的次数为1。
6.根据权利要求5所述的移动终端发射随机接入信号方法，其特征在于，所述步骤S4中的序列扩展包括序列时域插零和频带滤波；
所述时域插零，根据扩展倍数
,在所述时域重复签名序列的每个采样点后插入
个零值，得到点数为
的标准过采样序列；
其中，
是共享信道子载波间隔，
是PRACH的子载波间隔；
所述频带滤波，根据所述频带补零对所述标准过采样序列进行滤波得到符合过采样标准的时域扩展签名序列；其中：
若所述频带补零为正频率补零，所述频带滤波为单边带滤波；
若所述频带补零为正负频率补零，所述频带滤波为双边带滤波。
7.根据权利要求6所述的移动终端发射随机接入信号方法，其特征在于，所述步骤S5，具体包括：
根据所述频带补零移位的采样点数，对所述时域扩展签名序列进行频率补偿移位，得到时域补偿签名序列；
根据系统参数对所述时域补偿签名序列进行子载波映射频率移位，获取时域发送签名序列。
8.根据权利要求7所述的移动终端发射随机接入信号方法，其特征在于，
若所述频带补零为正频率补零，所述频率补偿移位的移位大小为零；
若所述频带补零为正负频率补零， 向正频带方向将所述时域扩展签名序列移位
点。
9.一种移动终端发射随机接入信号系统，其特征在于，包括：序列生成单元，序列频带补零单元，序列重复单元，序列扩展单元，序列频率移位单元；
所述序列生成单元，用于从签名序列中随机选择一个作为时域原始签名序列；
所述序列频带补零单元，用于将所述时域原始签名序列进行频带补零，获取点数与共享信道的子载波数
相同的时域基本签名序列；
所述序列重复单元，用于根据发送PRACH信号的格式对所述时域基本签名序列进行序列重复，然后再进行循环前缀插入得到时域重复签名序列；
所述序列扩展单元，用于根据所述频带补零对所述时域重复签名序列进行序列扩展，得到符合过采样标准的时域扩展签名序列；
所述序列频率移位单元，用于根据所述频带补零和系统参数对所述时域扩展签名序列执行频率移位，得到时域发送签名序列所述时域发送签名序列。
10.根据权利要求9所述的移动终端发射随机接入信号系统，其特征在于，所述序列生成单元包括：傅里叶变换模块，补零模块，傅里叶逆变换模块；
所述傅里叶变换模块，用于将所述时域原始签名序列进行
点傅里叶变换得到
个点的频域原始签名序列；
所述补零模块，用于将所述频域原始签名序列进行频带外补零，得到采样点数与共享信道的子载波数
相同的频域基本签名序列；
所述傅里叶逆变换模块，用于将所述频域基本签名序列进行
点傅里叶逆变换得到时域基本签名序列。
11.根据权利要求10所述的移动终端发射随机接入信号系统，其特征在于，所述补零模块为正频率补零模块；
所述正频率补零模块，用于将所述频域原始签名序列中的第
个至
号采样点的采样值设置为0，得到点数与共享信道的子载波数相同的频域基本签名序列。
12.根据权利要求10所述的移动终端发射随机接入信号系统，其特征在于，所述补零模块为正负频率补零模块；
所述正负频率补零模块，用于将所述频域原始签名序列向负频带搬移
个采样点，得到第
号采样点处于基带直流、
个采样点处于负频带和
个采样点处于正频带的双边带序列；将所述双边带序列的第0号采样点频带外的
个采样点和第
号采样点频带外的
个采样点的采样值设置为0，得到点数与共享信道的子载波数
相同的频域基本签名序列。
13.根据权利要求11或12所述的移动终端发射随机接入信号系统，其特征在于，所述序列扩展单元包括序列时域插零模块和频带滤波器；
所述序列时域插零模块，用于根据扩展倍数，在所述时域重复签名序列的每个采样点后插入个0值；
所述频带滤波器，用于根据所述频带补零对所述标准过采样序列进行滤波得到符合过采样标准的时域扩展签名序列；其中，
若所述补零模块为正频率补零模块，所述频带滤波器为单边带滤波器；
若所述补零模块为正负频率补零模块，所述频带滤波器为双边带滤波器。
14.根据权利要求13所述的移动终端发射随机接入信号系统，其特征在于，所述序列频率移位单元包括频率补偿移位模块和子载波映射模块；
所述频率补偿移位模块，用于根据所述频带补零移位的采样点数，对所述时域扩展签名序列进行频率补偿移位操作，得到时域补偿签名序列；
所述子载波映射模块，用于根据系统参数对所述时域补偿签名序列进行子载波映射频率移位，获取时域发送签名序列。
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