CN102209052B - 一种随机接入信号的频偏补偿方法和装置 - Google Patents

一种随机接入信号的频偏补偿方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例涉及移动通信领域技术，特别涉及随机接入信号的频偏补偿方法和装置，用以消除频偏造成的漏检性能和虚警性能的恶化。本发明实施例的方法包括：接收随机接入信号，获取峰值检测序列；根据所述峰值检测序列中循环移位序列主峰值和副本峰值的关系，对所述循环移位序列进行频偏补偿；对所述频偏补偿后的循环移位序列进行峰值检测。本发明实施例提供的方法和装置可以消除随机接入信号检测时由频偏造成的漏检性能和虚警性能的恶化，提高峰值检测的准确度，节约资源。

Description

一种随机接入信号的频偏补偿方法和装置
技术领域
本发明涉及移动通信领域技术，特别涉及一种随机接入信号的频偏补偿方法和装置。
背景技术
在长期演进(LTE，Long Term Evolution)系统中，移动终端开机之后首先通过同步信道(SCH，synchronization Channel)进行下行同步，找到无线帧、子帧的接收起点及小区号(Cell ID)；然后检测广播信道(BCH，BroadcastChannel)获取系统信息，该系统信息包括随机接入信道(RACH，Random AccessChannel)的配置信息；最后通过RACH信道进行上行同步，完成接入系统的工作。
在移动终端上行同步的过程中，首先以下行同步时确定的无线帧及子帧的接收起点为基础找到RACH信道的位置，并确定发送前导的起点，然后从可用的序列中随机的选择一条序列作为前导发送。基站对前导进行检测，以确定上行同步的定时调整量，并将其发送给移动终端，移动终端根据该定时调整量对上行信号的发送时刻进行调整，以实现上行信道的时间同步。
现有LTE系统中的上行随机接入前导由一个或多个ZC(Zadoff-Chu)根序列产生。第u个ZC根序列定义为0≤n ≤NZC-1。其中，ZC序列的长NZC在format 0～3模式下是839，format 4模式下是139。每个小区(Cell)有64条用于产生前导的序列，该64条序列既可以是来自同一个根序列的不同循环移位，也可以是来自不同根序列的不同循环移位。ZC序列是恒幅零自相关(CAZAC，Constant Amplitude zero Auto-correlation Code)序列，其相关性有如下特点：相同的根序列的不同循环序列之间的相关性为0；不同的根序列(包括其彼此的循环移位序列)的相关性是即RACH的不同根序列之间的相关性非常小，可以视为近似等于零。因此，可以利用RACH序列的相关性质对随机接入信号进行时域相关检测的方法来获得上行的定时调整量。
现有的RACH的检测方法，没有考虑频偏的影响。如图1所示，P为没有频偏时的主峰；P0为有频偏时的主峰，频偏500Hz，其它值都是有频偏时的副本峰。可以看出有偏频时主峰会降低，这有可能会造成漏检性能的恶化，并且主峰周围会出现副本峰，可能会造成虚警性能的恶化。现有的一些方法先在频域进行频偏估计，然后在时域进行频偏补偿，防止漏检性能的恶化。假设估计出的归一化频偏(归一化频偏指估计出的频偏和子载波间隔比)结果为则对时域采样进行频偏补偿即为对时域每个采样对应乘以。这里N是时域每个符号的采样长度，n是每个符号的采样索引，n＝0，1，…，N-1。但是这种方法适用于单用户的情况，而RACH中要考虑多用户，所以这些方法不适用。另外，多用户的情况下，如果先傅里叶变换(DFT，Discrete FourierTransform)变换到频域，在频域估计出频偏，再对原时域数据进行频偏补偿，再DFT到频域进行序列检测，如图2所示，由于各用户频偏可能不同，所以多个用户时需要多次频偏补偿和DFT运算，这样占用的资源较大，运算量也非常大，难以实现和应用。
因此，现有技术至少存在以下缺点：现有的随机接入信号的检测方法，没有考虑频偏的影响，频偏可能会造成漏检性能和虚警性能的恶化，而现有的频偏补偿方法不适用于RACH，且占用的资源较大，运算量也非常大，难以实现和应用。
发明内容
本发明实施例提供了一种随机接入信号的频偏补偿方法和装置，用以消除频偏造成的漏检性能和虚警性能的恶化。
本发明实施例提供了一种随机接入信号的频偏补偿方法，该方法包括：
接收随机接入信号，获取峰值检测序列；
根据所述峰值检测序列中循环移位序列主峰值和副本峰值的关系，对所述循环移位序列进行频偏补偿；
对所述频偏补偿后的循环移位序列进行峰值检测。
本发明实施例提供一种随机接入信号的频偏补偿装置，该装置包括：
获取模块，用于接收随机接入信号，获取峰值检测序列；
频偏补偿模块，用于根据所述峰值检测序列中循环移位序列主峰值和副本峰值的关系，对所述循环移位序列进行频偏补偿；
检测模块，用于对所述频偏补偿后的循环移位序列进行峰值检测。
本发明实施例提供的随机接入信号的频偏补偿方法和装置，用于接收随机接入信号，获取峰值检测序列；根据所述峰值检测序列中循环移位序列主峰值和副本峰值的关系，对所述循环移位序列进行频偏补偿；对所述频偏补偿后的循环移位序列进行峰值检测。本发明实施例提供的方法和装置可以消除随机接入信号检测时频偏造成的漏检性能和虚警性能的恶化，提高检测的准确度，节约资源。
附图说明
图1为现有技术中存在频偏的峰值示意图；
图2为现有技术中频偏估计流程示意图；
图3为本发明实施例中随机接入信号的频偏补偿方法流程示意图；
图4为本发明实施例中随机接入信号的频偏补偿方法流程示意图；
图5为本发明实施例中随机接入信号的频偏补偿方法流程示意图；
图6为本发明实施例中随机接入信号的频偏补偿方法流程示意图；
图7为本发明实施例中随机接入信号的频偏补偿方法流程示意图；
图8为本发明实施例中随机接入信号的频偏补偿装置结构示意图；
图9为本发明实施例中随机接入信号的频偏补偿系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合各个附图对本发明实施例技术方案的主要实现原理、具体实施方式及其对应能够达到的有益效果进行详细地阐述。
如图3所示，为本发明实施例提供的一种随机接入信号的频偏补偿方法，该方法包括以下步骤：
步骤301、接收随机接入信号，获取峰值检测序列；
其中，该峰值检测序列可以为本地根序列的峰值检测序列，也可以为循环移位序列的峰值检测序列，但是使用循环移位序列的峰值检测序列时，多用户条件下运算量较大，所以优选本地根序列的峰值检测序列。峰值检测序列具体形成过程可以为：将接收到的随机接入信号与本地根序列或循环移位序列的频域值共轭点乘，然后再经过反快速傅立叶变换(IFFT，Inverse Fast FourierTransform)处理将RACH信号由频域变换到时域，再求模平方。当然，还可以使用其他方式获取到峰值检测序列，在此不一一列举。
随机接入信号为重复格式的随机接入信道信号时，所述峰值检测序列是对所述重复格式的随机接入信道信号进行重复合并处理后的峰值检测序列；随机接入信号为多天线接收信号时，所述峰值检测序列是对所述多天线接收信号进行数据合并处理后的峰值检测序列。
步骤302、根据峰值检测序列中循环移位序列主峰值和副本峰值的关系，对循环移位序列进行频偏补偿；
其中，峰值检测序列可以包含多个循环移位序列的搜索窗。循环移位序列的主峰值是指循环移位序列对应的搜索窗内的峰值。循环移位序列的副本峰值是指和主峰的距离为du整数倍处的峰值。其中，du和u是序列长NZC的模逆，即在搜索窗内以du和u表征NZC，形成图形。较佳的，这里的副本峰值仅取主峰左右相邻的两个副本峰值中的较大值，也就是与主峰左右相距各du的两个峰值的较大值。
其中，根据主峰值和副本峰值进行频偏补偿时，将主峰值与副本峰值求和，并用该和值代替原来的主峰值，从而实现频偏补偿。当然，也可以根据主峰值和副本峰值的比例关系调整主峰值或者其他算法调整主峰值，由于使用加法运算简单，所以此处仅以加法作为例子，其他方式不一一列举。
较佳的，可以对副本峰值进行有效性判断，当副本峰值满足一定预设条件时，判断为有效的副本峰值，将主峰值与副本峰值求和并替代原来的主峰值，否则判断副本峰值无效，不做求和运算，原来的主峰值不变。
进行副本峰值有效性判断时，可以用副本峰值与预定门限进行比较，当副本峰值大于预定门限时，判断为副本峰值有效，否则判断为副本峰值无效。此处门限可以根据噪声估计值得到，也可以根据经验值进行设定。
步骤303、对频偏补偿后的循环移位序列进行峰值检测。对每个根序列均进行一个噪声均值估计，并根据估计的噪声得到的信号检测门限，然后对搜索窗内的信号进行检测，并对符合超过检测门限的信号进行筛选。
为了降低当前循环移位序列对由相同根序列生成的其它循环移位序列的干扰，检测成功后，若之前进行了副本峰值有效性判断，并且判断结果为副本峰值有效，则消除峰值检测序列中该循环移位序列的副本峰，否则不做任何操作。当峰值检测过程中存在过采样时，为了消除过采样的影响，可以消除峰值检测序列中该循环移位序列的副本峰及其附近几个采样的值。
如果当前根序列下有多个循环移位序列，重复上述步骤直到当前根序列下所有的循环移位序列都处理完毕。如果当前小区有多个根序列，重复以上所有步骤，直到所有的根序列都处理完毕。
从以上的描述中，可以看出通过本发明实施例提供的方法，可以克服现有时域频偏估计算法不适用于多用户，并且运算量太大的缺点，实现消除随机接入信号检测时频偏造成的漏检性能和虚警性能的恶化，提高检测的准确度，节约资源的功能。
下面给出更为具体的实施方式，如图4所示，对本发明实施例提供的方法进行说明，包括如下步骤：
步骤401、接收随机接入信号，获取根序列的峰值检测序列；其中，该峰值检测序列可以为本地根序列的峰值检测序列，也可以为循环移位序列的峰值检测序列，峰值检测序列具体形成过程可以为：将接收到的随机接入信号与本地根序列或循环移位序列的频域值共轭点乘，然后再经过反快速傅立叶变换(IFFT)处理将RACH信号由频域变换到时域，再求模平方。该随机接入信号包括但不限于多天线接收信号和重复格式的随机接入信道信号。
步骤402、查找当前循环移位序列在搜索窗内的主峰值和副本峰值；距主峰距离为du整数倍处的峰值为所有的副本峰，处理时仅取距主峰最近并且值最大的一个副本峰的峰值。
步骤403、对主峰值和副本峰值求和，并用和值替代原来的主峰值；假设频偏为0.4倍的载波间隔，由图5可以看出，归一化主峰值由1变为0.57左右，副本峰值约为0.26，如果直接用主峰值0.57进行检测，可能会降低漏检性能，而用主峰值和副峰值求和后的值约0.83代替原来的主峰值进行检测，可以极大地改善漏检性能。
步骤404、对当前循环移位序列峰值进行检测；具体的方法可以参考已有的算法，例如：对每个根序列均进行一个噪声均值估计，并根据估计的噪声得到的信号检测门限，然后对搜索窗内的信号进行检测，并对符合超过检测门限的信号进行筛选。
如果当前根序列包括多个循环移位序列，重复步骤402～步骤404，直到当前根序列下所有的循环移位序列都处理完毕。如果当前小区有多个根序列，重复以上所有步骤，直到所有的根序列都处理完毕。
在上述实施例的基础上，还可以对副本峰值的有效性进行检测，当副本峰值不具备有效性时，可能是噪声，此时可以使用原主峰值，如图6所示，具体包括以下步骤：
步骤601、与步骤401相同；
步骤602、与步骤402相同；
步骤603、对副本峰值进行有效性检测；可以使用门限进行有效性检测，具体的，判断副本峰值是否大于门限，若大于门限，则判断为有效的副本峰值，即是由频偏所引起的副本峰值，继续执行步骤604；否则判断为副本峰值无效，即可能为噪声，执行步骤605。
其中，门限可以根据估计的噪声平均功率得到，假设估计得到的噪声平均功率为Nnoise，则门限可设为Th1＝f(Nnoise)，简单地，可设Th1＝2*Nnoise。
步骤604、对主峰值与副本峰值求和，并用和值替代原来的主峰值。
与上述实施例相比，由于进行了副本峰值有效性检测，降低了没有频偏或者频偏较小时将噪声误认为副本峰值的概率，所以在一定程度上降低了噪声的影响，改善了虚警性能。
步骤605、对当前循环移位序列峰值进行检测。
如果当前根序列包括多个循环移位序列，重复上述步骤602到步骤605，直到当前根序列下所有的循环移位序列都处理完毕。如果当前小区有多个根序列，重复以上所有步骤，直到所有的根序列都处理完毕。
在上述实施例的基础上，还可以在峰值检测成功后，若判断副本峰值为有效时，消除峰值检测序列中相应的副本峰，如图7所示，具体包括以下步骤：
步骤701～步骤705，与实施例二步骤601～步骤605相同。
步骤706、判断峰值检测是否成功，若成功，执行步骤707；否则继续其他相应的处理过程。
步骤707、获取副本峰值有效时，即副本峰值是由频偏所引起的，消除峰值检测序列中该循环移位序列对应的副本峰。
如果当前根序列包括多个循环移位序列，重复上述步骤，直到当前根序列包括的所有循环移位序列都处理完毕。经过步骤707后，当下一个循环移位序列进行步骤702时，所用的当前根序列的峰值检测序列是消除了之前处理的循环移位序列副本峰的峰值检测序列，因此与上述实施例相比，可以减少之前循环移位序列对当前循环移位序列的影响，从而提高虚警性能。如果当前小区有多个根序列，重复以上所有步骤，直到所有的根序列都处理完毕。
在本发明另一实施例中，为了进一步降低副本峰对其它序列的影响，可以消除多个副本峰。也就是，除消除与主峰最近且值最大的副本峰(距主峰du处)外，还可消除与该副本峰位于主峰同侧或异侧或两侧的其余相邻副本峰(距主峰整数倍du处)。由于消除了多个副本峰，因此可进一步提高虚警性能。
从以上的描述中，可以看出，根据本发明实施例提出的方法，根据随机接入信号本身的特点，利用主峰值和副本峰值随频偏的变化关系，用主峰值和副本峰值的和代替原来的主峰值，实现频偏补偿，以达到提高随机接入前导的漏检性能和虚警性能的目的。同时，还可以通过消除一个或者多个副本峰，来降低当前循环移位序列的频偏对其它循环移位序列的影响，从而进一步改善系统的虚警性能。另外，由于本发明实施例提供的方法不需要先进行频偏估计再进行频偏补偿，而是直接实现频偏补偿，因此运算量非常小，节省了资源，有利于系统的实现。此外，由于检测中各用户有各自对应的主峰和副本峰，因此也适用于多用户下的频偏补偿。
相应的，本发明实施例还提供了一种随机接入信号的频偏补偿装置，其结构如图8所示，具体包括：
获取模块801，用于接收随机接入信号，获取峰值检测序列；
频偏补偿模块802，用于根据所述峰值检测序列中循环移位序列主峰值和副本峰值的关系，对所述循环移位序列进行频偏补偿；
检测模块803，用于对所述频偏补偿后的循环移位序列进行峰值检测。
较佳的，该获取模块801还用于将接收到的随机接入信号的频域值与本地根序列或循环移位序列的频域值共轭点乘，再经过反快速傅立叶变换处理将所述随机接入信号变换到时域后求模平方得到峰值检测序列。
较佳的，在本发明另一实施例中，频偏补偿模块可以包括：
峰值获取子模块，用于获取所述循环移位序列的主峰值和副本峰值；
计算子模块，用于将所述峰值获取子模块获取的主峰值与副本峰值求和，并用该和值代替原来的主峰值，实现频偏补偿。
较佳的，在本发明另一实施例中，该装置还可以包括：判断模块804，用于判断副本峰值是否满足有效性条件，将判断结果通知所述频偏补偿模块。
较佳的，在本发明另一实施例中，该装置还可以包括：删除模块805，用于所述判断模块判断副本峰值满足有效性条件时，消除所述峰值检测序列中所述循环移位序列的副本峰。
从以上的描述中，可以看出，根据本发明实施例提出的装置，根据随机接入信号本身的特点，利用主峰值和副本峰值随频偏的变化关系，用主峰值和副本峰值的和代替原来的主峰值，实现频偏补偿，以达到提高随机接入前导的漏检性能和虚警性能的目的。同时，还可以通过消除一个或者多个副本峰，来降低当前循环移位序列的频偏对其它循环移位序列的影响，从而进一步改善系统的虚警性能。另外，由于本发明实施例提供的装置不需要先进行频偏估计再进行频偏补偿，而是直接实现频偏补偿，因此运算量非常小，节省了资源，有利于系统的实现。此外，由于检测中各用户有各自对应的主峰和副本峰，因此也适用于多用户下的频偏补偿。
相应的，本发明实施例还提供了一种随机接入信号的频偏补偿系统，如图9所示，包括终端901和基站902，该终端901用于向所述基站902发送随机接入信号；该基站902，包括：随机接入信号的频偏补偿装置9021；该装置用于接收随机接入信号，获取峰值检测序列；根据所述峰值检测序列中循环移位序列主峰值和副本峰值的关系，对所述循环移位序列进行频偏补偿；对所述频偏补偿后的循环移位序列进行峰值检测；
较佳的，该随机接入信号的频偏补偿装置9021包括：
获取模块，用于接收随机接入信号，获取峰值检测序列；
频偏补偿模块，用于根据所述峰值检测序列中循环移位序列主峰值和副本峰值的关系，对所述循环移位序列进行频偏补偿；
检测模块，用于对所述频偏补偿后的循环移位序列进行峰值检测。
从以上的描述中，可以看出，根据本发明实施例提出的方法和装置，根据随机接入信号本身的特点，利用主峰值和副本峰值随频偏的变化关系，用主峰值和副本峰值的和代替原来的主峰值，实现频偏补偿，以达到提高随机接入前导的漏检性能和虚警性能的目的。同时，还可以通过消除一个或者多个副本峰，来降低当前循环移位序列的频偏对其它循环移位序列的影响，从而进一步改善系统的虚警性能。另外，由于本发明实施例提供的方法和装置，不需要先进行频偏估计再进行频偏补偿，而是直接实现频偏补偿，因此运算量非常小，节省了资源，有利于系统的实现。此外，由于检测中各用户有各自对应的主峰和副本峰，因此也适用于多用户下的频偏补偿。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种随机接入信号的频偏补偿方法，其特征在于，该方法包括：
接收随机接入信号，获取峰值检测序列；
根据所述峰值检测序列中循环移位序列主峰值和副本峰值的关系，对所述循环移位序列进行频偏补偿；
对所述频偏补偿后的循环移位序列进行峰值检测。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取峰值检测序列具体包括：
将接收到的随机接入信号的频域值与本地根序列或本地循环移位序列的频域值共轭点乘，再经过反快速傅立叶变换处理将所述随机接入信号变换到时域后求模平方得到的峰值检测序列。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述随机接入信号为重复格式的随机接入信道信号时，所述峰值检测序列是对所述重复格式的随机接入信道信号进行重复合并处理后的峰值检测序列；
所述随机接入信号为多天线接收信号时，所述峰值值检测序列是对所述多天线接收信号进行数据合并处理后的峰值值检测序列。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述峰值检测序列中循环移位序列主峰值和副本峰值的关系，对所述循环移位序列进行频偏补偿，具体包括：
将所述循环移位序列的主峰值与副本峰值求和，并用和值代替原来的主峰值，实现频偏补偿；
所述主峰值是指循环移位序列对应的搜索窗内的峰值；
所述副本峰值是指与循环移位序列的主峰距离为整数倍单位间隔处的峰值。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述副本峰值满足有效性条件时，将循环移位序列的主峰值与副本峰值的和值代替原来的主峰值；所述副本峰值不满足有效性条件时，主峰值不变。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述检测成功且副本峰值满足有效性条件时，消除所述峰值检测序列中所述循环移位序列的副本峰值。
7.一种随机接入信号的频偏补偿装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于接收随机接入信号，获取峰值检测序列；
频偏补偿模块，用于根据所述峰值检测序列中循环移位序列主峰值和副本峰值的关系，对所述循环移位序列进行频偏补偿；
检测模块，用于对所述频偏补偿后的循环移位序列进行峰值检测。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述获取模块，还用于将接收到的随机接入信号的频域值与本地根序列或本地循环移位序列的频域值共轭点乘，再经过反快速傅立叶变换处理将所述随机接入信号变换到时域后求模平方得到峰值检测序列。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，频偏补偿模块包括：
峰值获取子模块，用于获取所述循环移位序列的主峰值和副本峰值；
计算子模块，用于将所述峰值获取子模块获取的主峰值与副本峰值求和，并用和值代替原来的主峰值，实现频偏补偿。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：
判断模块，用于判断副本峰值是否满足有效性条件，将判断结果通知所述频偏补偿模块；
删除模块，用于所述判断模块判断副本峰值满足有效性条件时，消除所述峰值检测序列中所述循环移位序列的副本峰。
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