CN102387108B - 一种物理随机接入信道信号的传输方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物理随机接入信道信号的传输方法及装置，其中所述方法包括：终端在传输PRACH信号时，根据估计的下行信道的频谱增益对频域信号进行预补偿后，转换为时域信号传输给基站。本发明利用TD系统上行和下行信道的对称性，通过测量下行信道的频谱响应，在传输PRACH信号时对频率选择性衰落进行预补偿，能够有效地消除多径信道对PRACH检测的不利影响，提高PRACH信号的检测概率和传输延时的测量精度。

Description

一种物理随机接入信道信号的传输方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，更具体地，涉及一种物理随机接入信道信号的传输方法及装置。

背景技术

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)技术具有高频谱效率，有效对抗多径衰落等优点，因而在LTE(Long TermEvolution，长期演进)等下一代无线通信系统中得到了广泛应用。OFDM的原理是将宽带的传输信道分成一系列平行的频谱互相交叠的窄带子信道。为了保持子信道之间的正交性，避免子信道之间的相互干扰，OFDM技术对时间和频率的同步要求很高。

在LTE的上行信道中，基站接收来自不同UE(User Equipment，用户设备)的传输信号，为了避免不同UE之间的信号的相互干扰，来自不同UE的传输信号到达基站的时刻应该是相同的。而不同UE到基站的距离不同，这就要求不同的UE传输信号的时刻不同，距离基站较远的UE的信号传输时刻相对提前。而UE无法测量与基站的距离，LTE中采用的相应技术是：在UE初次接入系统，或者在失去与基站的同步的情况下，传输PRACH(Physical Random Access Chanel，物理随机接入信道)信号到基站，基站测量PRACH信号到达的时刻，并将UE所需要的传输时刻的提前量TA(TimeAdvance)反馈给UE使其做出相应的调整。

LTE中的PRACH信号基于ZC(Zadoff-Chu)序列，一个长度为N_ZC，以u为底的ZC序列为

$x_{u,k}=e^{-\mathrm{j\πuk}(k+1)/N_{\mathrm{ZC}}},0\≤k\≤N_{\mathrm{ZC}}-1$

之所以选择ZC序列是因为其具有以下特性：

对于相同的底，不同循环移位所产生的ZC序列是正交的；

不同的底的ZC序列之间的相关值是恒定的。

接收到PRACH信号后，基站会尝试用不同的ZC序列在不同的时刻与接收信号做相关运算。如果所得到的相关值大于一定的阈值，则认为检测到了所传输的PRACH信号，同时得到了PRACH信号到达基站的时刻，也就是UE到基站的传输时延。

在无线通信信道中，传输信号会经过不同路径到达基站，而不同路径的长度通常是不同的。因此基站接收到的是一系列经过不同延时的PRACH信号。由于这一系列的PRACH信号是正交的，基站会将其中能量较大的PRACH信号检测出来。这样，将会导致以下不利的结果：

1.传输信号的能量分散在各条路径上，降低了基站检测到PRACH信号的概率

2.由于检测到多条路径，基站无法准确判断UE到基站的传输延时。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种物理随机接入信道信号的传输方法及装置，能够提高PRACH信号在多径信道中的检测概率及传输延时的测量精度。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种物理随机接入信道信号的传输方法，所述方法包括：

终端在传输物理随机接入信道(PRACH)信号时，根据估计的下行信道的频谱增益对频域信号进行预补偿后，转换为时域信号传输给基站。

其中，所述方法具体包括：

终端估计下行信道的频谱增益；

产生ZC序列，并对产生的ZC序列进行快速傅立叶变换运算，产生频域信号；

将产生的频域信号映射到为PRACH信号分配的子载波上，并根据所述频谱增益对映射到每一个子载波上的频域信号进行预补偿。

其中，对频域信号进行所述预补偿后，对预补偿后的频域信号进行快速傅立叶逆变换运算，得到时域信号；

插入循环前缀后，将时域信号传输给基站。

其中，根据所述频谱增益对所述频域信号进行预补偿，具体包括：

对映射到每一个子载波上的频域信号乘以该子载波的频谱增益的倒数。

其中，若所述终端估计的频率z的频谱增益为h_z，则对子载波m上的频域信号S(m)进行如下预补偿，

$\tilde{S}\left(m\right)=S\left(m\right)/h_{(m+k_0){\mathrm{\Δf}}_{\mathrm{RA}}}$

其中，为预补偿后的子载波m上的频域信号，k₀为PRACH信号传输的起始频率，Δf_RA为PRACH信号的相邻子载波的频率间隔。

本发明还提供了一种物理随机接入信道信号的传输装置，应用于时分长期演进(TD-LTE)通信系统，所述装置包括：

信道估计模块，用于估计下行信道的频谱增益，并发送到频谱增益预补偿模块；

频谱增益预补偿模块，用于根据所述频谱增益对频域信号进行预补偿。

其中，所述频谱增益预补偿模块进一步用于，根据所述频谱增益对映射到每一个为PRACH信号分配的子载波上的频域信号进行预补偿。

其中，所述频谱增益预补偿模块进一步用于，对映射到每一个子载波上的频域信号进行如下预补偿：

对映射到每一个子载波上的频域信号乘以该子载波的频谱增益的倒数。

其中，所述装置还包括：

ZC序列产生模块，用于产生ZC序列；

FFT模块，用于对产生的ZC序列进行快速傅立叶变换运算，产生频域信号，并发送给所述频谱增益预补偿模块；

IFFT模块，用于对预补偿后的频域信号进行IFFT运算，得到时域信号；

CP插入模块，用于对得到的时域信号插入循环前缀；

射频子模块，用于将时域信号传输给基站。

其中，所述频谱增益预补偿模块进一步用于，

若所述终端估计的频率z的频谱增益为h_z，则对子载波m上的频域信号S(m)进行如下预补偿，

$\tilde{S}\left(m\right)=S\left(m\right)/h_{(m+k_0){\mathrm{\Δf}}_{\mathrm{RA}}}$

其中，为预补偿后的子载波m上的频域信号，k₀为PRACH信号传输的起始频率，Δf_RA为PRACH信号的相邻子载波的频率间隔。

综上所述，本发明提出一种在TD-LTE系统中的新的随机接入信号传输结构，以及相关的算法，利用TD系统上行和下行信道的对称性，通过测量下行信道的频谱响应，在传输PRACH信号时对频率选择性衰落进行预补偿，采用本发明技术方案，在TD-LTE(Time Division-LTE，时分长期演进)系统中，能够有效地消除多径信道对PRACH检测的不利影响，提高PRACH信号的检测概率和传输延时的测量精度。

附图说明

图1为本发明实施例的PRACH信号的传输装置的示意框图；

图2为本发明实施例的频谱增益预补偿模块对频域信号进行预补偿的示意图。

具体实施方式

本发明的核心思想在于，在TD-LTE系统中，利用TD系统的上行和下行信道的对称性，UE通过测量下行信道的频谱响应得到信道的频谱增益，并对所传输的上行PRACH信号进行频谱增益预补偿，使基站收到的信号的频谱是平坦的。也即，UE所传输的PRACH信号通过等效的单径信道到达基站，因而有效地提高了PRACH信号的检测概率和传输延时的测量精度。

基于上述思想，本发明提供一种物理随机接入信道信号的传输方法，具体采用如下技术方案：

终端在PRACH信号时，根据估计的下行信道的频谱增益对频域信号进行预补偿后，转换为时域信号传输给基站。

进一步地，所述方法具体包括：

终端估计下行信道的频谱增益；

产生ZC序列，并对产生的ZC序列进行FFT运算，产生频域信号；

将产生的频域信号映射到为PRACH信号分配的子载波上，并根据所述频谱增益对映射到每一个子载波上的频域信号进行预补偿。

进一步地，对频域信号进行预补偿后，对预补偿后的频域信号进行IFFT运算，得到时域信号；

插入循环前缀后，将时域信号传输给基站。

进一步地，根据所述频谱增益对所述频域信号进行预补偿，具体包括：

对映射到每一个子载波上的频域信号乘以该子载波的频谱增益的倒数。

进一步地，若所述终端估计的频率z的频谱增益为h_z，则对子载波m上的PRACH信号S(m)进行如下预补偿，

$\tilde{S}\left(m\right)=S\left(m\right)/h_{(m+k_0){\mathrm{\Δf}}_{\mathrm{RA}}}$

其中，为预补偿后的子载波m上的频域信号，k₀为PRACH信号传输的起始频率，Δf_RA为PRACH信号的相邻子载波的频率间隔。

以下将结合附图及具体实施例对本发明技术方案的实施作更进一步详细描述。

本发明实施例提供的PRACH信号传输方法包括以下步骤：

第一步：UE估计下行信道的频谱增益；

第二步：产生ZC序列，并对产生的ZC序列进行FFT(Fast FourierTransform，快速傅立叶变换)运算，产生频域信号；

第三步：将产生的频域信号映射到PRACH的传输资源(为PRACH信号传输所分配的子载波)，并对每一个子载波上的信号乘以该子载波的频谱增益的倒数；

第四步：对所得到的频域信号进行IFFT(Inverse Fast Fourier Transform，快速傅立叶逆变换)变换，得到基带的时域信号；

第五步：插入CP(Cyclic Prefix，循环前缀)；

第六步：将时域信号输出给射频子模块，通过发射天线传输给基站。

如图1所示，本发明实施例提供的物理随机接入信道信号的传输装置包括频谱增益预补偿模块，以及：信道估计模块，ZC序列产生模块，CP插入模块，FFT模块、IFFT模块，和射频子模块(RFC)。其中，信道估计模块，ZC序列产生模块，CP插入模块，FFT模块和IFFT模块可采用现有的功能模块，实现的主要功能如下：

信道估计模块，用于进行信道估计；

ZC序列产生模块，用于产生ZC序列；

FFT模块，用于对产生的ZC序列进行FFT运算，以产生频域信号；

IFFT模块，则用于对得到的频域信号进IFFT运算，得到时域信号；

插入CP模块，用于插入CP，将时域信号输出给RFC；

射频子模块，用于将时域信号通过发射天线传输给基站。

此外，上述模块除具有与现有模块相同的基本功能之外，信道估计模块还用于，估计下行信道的频谱增益，并将其发送到频谱增益预补偿模块；

而频谱增益预补偿模块则用于，用于根据所述频谱增益对频域信号进行预补偿。

此外，所述频谱增益预补偿模块进一步用于，根据所述频谱增益对映射到每一个为PRACH信号分配的子载波上的频域信号进行预补偿。

此外，所述频谱增益预补偿模块进一步用于，对映射到每一个子载波上的频域信号进行如下预补偿：

对映射到每一个子载波上的频域信号乘以该子载波的频谱增益的倒数。

此外，所述频谱增益预补偿模块进一步用于，

若所述终端估计的频率z的频谱增益为h_z，则对子载波m上的频域信号S(m)进行如下预补偿，

$\tilde{S}\left(m\right)=S\left(m\right)/h_{(m+k_0){\mathrm{\Δf}}_{\mathrm{RA}}}$

其中，为预补偿后的子载波m上的频域信号，k₀为PRACH信号传输的起始频率，Δf_RA为PRACH信号的相邻子载波的频率间隔。

图2示出了本发明实施例的频谱增益预补偿模块进行预补偿的示意图。如图2所示，对于一个长度为N_ZC的时域序列经N_ZC点FFT变换到频域后，输入信道增益预补偿模块。在该模块中，每个子载波(S(0)，S(1)，……S(N_ZC-1))上的信号与该子载波上的信道增益的倒数相乘后，输出到N_ZC点IFFT模块。IFFT模块对输入的经过信道增益预补偿的频域信号再进行IFFT运算，从而得到时域信号。

下面将结合具体实例对本发明PRACH信号传输方法的实现作进一步详细说明。

在TD-LTE中，以传输Preamble Format(前导格式)为0的PRACH信号为例，N_ZC＝839。需要说明的是，本发明所涉及的技术方案其他任何Preamble Format同样可以适用，而并不局限于Format 0。假设ZC序列的底为u，则产生的ZC序列为：

$x_{u,k}=e^{-\mathrm{j\πuk}(k+1)/N_{\mathrm{ZC}}},0\≤k\≤N_{\mathrm{ZC}}-1$

假定循环移位为C_v，则

$x_{u,v,k}=x_{u,(k+C_v)\mathrm{mod}{N}_{\mathrm{ZC}}}$

经过FFT变换后，所产生的子载波m上的频域信号为

$S\left(m\right)=\underset{k=0}{\overset{N_{\mathrm{ZC}}-1}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{u,v,k}\·e^{-j\frac{2\mathrm{\πmk}}{N_{\mathrm{ZC}}}}$

假定信道估计模块所得到的频率z的频谱增益为h_z，则将所产生的频域信号进行如下频谱增益预补偿，

$\tilde{S}\left(m\right)=S\left(m\right)/h_{(m+k_0){\mathrm{\Δf}}_{\mathrm{RA}}}$

其中，为预补偿后的子载波m上的频域信号，k₀为PRACH信号传输的起始频率，Δf_RA为PRACH信号的相邻子载波的频率间隔。

进行IFFT变换，得到基带的时域信号

$s\left(t\right)=\underset{m=0}{\overset{N_{\mathrm{ZC}}}{\mathrm{\Σ}}}\tilde{S}\left(m\right)\·e^{j2\mathrm{\π}(m+k_0){\mathrm{\Δf}}_{\mathrm{RA}}t}$

插入CP后，将时域信号通过发射天线传输给基站。

以上仅为本发明的优选实施案例而已，并不用于限制本发明，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

Claims (8)

1.一种物理随机接入信道信号的传输方法，其特征在于，所述方法包括：

终端在传输物理随机接入信道(PRACH)信号时，将频域信号映射到为PRACH信号分配的子载波上，根据估计的下行信道的频谱增益对映射到每一个子载波上的频域信号进行预补偿后，转换为时域信号传输给基站；

所述方法还包括：终端估计下行信道的频谱增益；

产生ZC序列，并对产生的ZC序列进行快速傅立叶变换运算，产生频域信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

对频域信号进行所述预补偿后，对预补偿后的频域信号进行快速傅立叶逆变换运算，得到时域信号；

插入循环前缀后，将时域信号传输给基站。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述频谱增益对所述频域信号进行预补偿，具体包括：

对映射到每一个子载波上的频域信号乘以该子载波的频谱增益的倒数。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，

若所述终端估计的频率z的频谱增益为h_z，则对子载波m上的频域信号S(m)进行如下预补偿，

$\tilde{S}\left(m\right)=S\left(m\right)/h_{(m+k_0){\mathrm{\Δf}}_{\mathrm{RA}}}$

其中，为预补偿后的子载波m上的频域信号，k₀为PRACH信号传输的起始频率，Δf_RA为PRACH信号的相邻子载波的频率间隔。

5.一种物理随机接入信道信号的传输装置，其特征在于，应用于时分长期演进(TD-LTE)通信系统，所述装置包括：

信道估计模块，用于估计下行信道的频谱增益，并发送到频谱增益预补偿模块；

频谱增益预补偿模块，用于根据所述频谱增益对映射到每一个为PRACH信号分配的子载波上的频域信号进行预补偿；

ZC序列产生模块，用于产生ZC序列；

FFT模块，用于对产生的ZC序列进行快速傅立叶变换运算，产生频域信号，并发送给所述频谱增益预补偿模块。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，

所述频谱增益预补偿模块进一步用于，对映射到每一个子载波上的频域信号进行如下预补偿：

对映射到每一个子载波上的频域信号乘以该子载波的频谱增益的倒数。

7.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

IFFT模块，用于对预补偿后的频域信号进行IFFT运算，得到时域信号；

CP插入模块，用于对得到的时域信号插入循环前缀；

射频子模块，用于将时域信号传输给基站。

8.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，

所述频谱增益预补偿模块进一步用于，

若终端估计的频率z的频谱增益为h_z，则对子载波m上的频域信号S(m)进行如下预补偿，

$\tilde{S}\left(m\right)=S\left(m\right)/h_{(m+k_0){\mathrm{\Δf}}_{\mathrm{RA}}}$

其中，为预补偿后的子载波m上的频域信号，k₀为PRACH信号传输的起始频率，Δf_RA为PRACH信号的相邻子载波的频率间隔。