CN102421115A - 上行同步码的检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种上行同步码的检测方法和装置，涉及无线通信技术领域，用于提高上行同步码的检测性能。本发明中，接收端确定接收信号的相关功率序列在当前检测窗内的各样值点的相关功率中的最大相关功率，并确定所述接收信号是否发生弥散，根据确定结果以及所述最大相关功率确定当前检测窗对应的功率峰值，根据所述功率峰值确定是否检测到上行同步码。采用本发明能够提高上行同步码的检测性能。

Description

上行同步码的检测方法和装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种上行同步码的检测方法和装置。

背景技术

随机接入过程是用户设备(UE)与网络之间建立无线链路的必经过程，只有在随机接入过程完成之后，UE和基站(eNB)才能进行常规的上行数据的传输和接收。UE通过随机接入过程可以实现两个基本功能：获得用于进行上行同步的上行定时提前量(TA)、以及请求eNB分配上行传输资源，以进行正常的业务传输。

如图1所示，UE开机后，进行下行时间频率同步过程和小区标识(ID)检测，若找到合适的小区就驻留在该小区中，同时解读小区的系统广播信息，随后进入空闲状态(RRC_IDLE)。在空闲状态下，UE将监听自己的寻呼消息以及驻留小区的系统消息是否发生变化，且UE实时和小区保持下行同步状态。虽然UE和eNB始终保持下行同步关系，但是由于无法获知eNB下行发送帧的起始时间，因此UE和eNB之间的距离是不确定的，如果UE需要发送消息到eNB或eNB需要发送消息至UE，则必须经过随机接入过程，建立上行同步，并需要实时地维持和管理上行同步，直至数据传输过程的完成。

在随机接入过程中，eNB需要检测UE发送的上行同步码，在检测到上行同步码后，再进行后续的上行TA计算以及上行传输资源分配等过程，进而完成整个随机接入过程。

时分长期演进(TD-LTE)系统中，随机接入过程中使用Zadoff-Chu序列作为上行同步码，也称作前导(Preamble)码，UE在通过物理随机接入信道(PRACH)向eNB发送Preamble码。

如图2所示，承载Preamble码的PRACH消息由循环前缀(CP)、序列部分和保护间隔(GT)三部分组成。其中，CP的引入主要有以下几个方面：第一，消除多径时延扩展引起的OFDM符号间的干扰；第二，保持子载波间的正交性，消除子载波见的干扰；第三，使接收端可以采用频域检测，从而减小处理复杂度。此时CP长度不能小于最大传输时延的两倍；序列部分包含具有理想自相关特性和良好互相关特性的Zadoff-Chu序列；GT是为了避免其它用户数据对Preamble码的干扰，预留的GT同样不能小于最大传输时延的两倍。

一个小区需要支持64个Preamble码，这64个preamble码是由一个Zadoff-Chu根序列(或逻辑序号相邻的几个根序列)通过循环移位产生的，其中循环移位的长度为Ncs，而N_CS是由实际的小区半径所决定的，N_CS的值不能小于传输时延的2倍。

eNB检测UE发送的上行同步码的过程如图3所示：当UE发送的上行同步码经过无线信道到达eNB时，eNB先进行PRACH解调，并根据PRACH时频资源位置进行解时频资源映射，然后对得到的频域序列进行序列相关，同时求得时域相关功率序列，接着将相关功率序列送入检测模块，检测模块完成多天线功率求和功能、功率峰值计算、噪声功率估计后，由接入有效性判决模块进行接入有效性判决，至此完成Preamble码的检测过程。其中，接入有效性判决模块计算功率峰值计算结果与噪声功率估计结果的比值，若该比值大于门限值，则判定有序列接入即检测到Preamble码，否则，判定没有序列接入即未检测到Preamble码。

eNB实现上行同步码检测的关键在于检测模块，功率峰值计算和噪声功率估计算将直接影响Preamble码的检测性能。现有的功率峰值计算方法是在一个检测窗内，比较各样值点的相关功率大小，将最大的相关功率作为功率峰值。具体处理过程如图4所示：

步骤1：在一个检测窗内，对N_CS个样值点的相关序列进行排序；

步骤2：获得检测窗内的最大相关功率P_max，将其作为该检测窗的功率峰值：

$P=P_{\max }=\underset{0\≤i\≤N_{\mathrm{CS}}-1}{\max }\left\{P_i\right\};$

其中，P_i为一个检测窗内的相关功率，N_CS为一个检测窗内的样值点数，P_max为检测窗内的最大相关功率，P为该检测窗的功率峰值。

评判Preamble码的检测性能的两个参量是虚警概率和漏检概率。两个参量的定义如下：

虚警概率：发送端未发送信号，在接收端检测到Preamble码的概率；

漏检概率：发送端发送某一Preamble码，在接收端没有检测到该Preamble码的概率。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中存在以下技术问题：

在上行同步检测的研究过程中发现，Preamble码的检测性能与Preamble码的发送时延相关。原因是Preamble码的一个样值点的持续时间为24567T_s/839≈29Ts或4096T_s/139≈29T_s，约为1us。如果Preamble码的发送时延为一个样值点持续时间的整数倍(称为理想时延)，接收信号不会发生弥散，也就是功率峰值会集中在对应检测窗的一个样值点上。而如果发送时延为一个样值点持续时间的非整数倍(称为非理想时延)，接收信号会发生弥散，此时功率峰值会弥散至相邻的两个样值点上。

显然，现有的功率峰值计算方法，不考虑非理想发送时延的情况，在一个检测窗中只将某一样值点的相关功率作为功率峰值，此时，如果Preamble码存在非理想的发送时延，信号功率发生了弥散，就会造成功率峰值较小，当噪声功率估计结果值较大时，会增大Preamble码的漏检概率，影响随机接入的成功率。

发明内容

本发明实施例提供一种上行同步码的检测方法和装置，用于提高上行同步码的检测性能。

一种上行同步码的检测方法，该方法包括：

接收端确定接收信号的相关功率序列在当前检测窗内的各样值点的相关功率中的最大相关功率；

接收端确定所述接收信号是否发生弥散，并根据确定结果以及所述最大相关功率确定当前检测窗对应的功率峰值；

接收端根据所述功率峰值确定是否检测到上行同步码。

一种上行同步码的检测装置，该装置包括：

最大相关功率确定模块，用于确定接收信号的相关功率序列在当前检测窗内的各样值点的相关功率中的最大相关功率；

弥散确定模块，用于确定所述接收信号是否发生弥散；

功率峰值确定模块，用于根据确定结果以及所述最大相关功率确定当前检测窗对应的功率峰值；

接入有效性判决模块，用于接收端根据所述功率峰值确定是否检测到上行同步码。

本方案中，接收端确定接收信号的相关功率序列在当前检测窗内的各样值点的相关功率中的最大相关功率，并确定所述接收信号是否发生弥散，根据确定结果以及所述最大相关功率确定当前检测窗对应的功率峰值，根据所述功率峰值确定是否检测到上行同步码。可见，本方案中，在确定接收信号的相关功率序列在一个检测窗内的功率峰值时，需要确定接收信号是否发生弥散，并根据接收信号是否发生弥散确定功率峰值，进而能够提高上行同步码的检测性能。

附图说明

图1为现有技术中随机接入过程在通信系统中的作用示意图；

图2为现有技术中PRACH消息结构示意图；

图3为现有技术中上行同步信号的检测示意图；

图4为现有技术中计算功率峰值的处理流程示意图；

图5为本发明实施例提供的方法流程示意图；

图6为本发明实施例中计算功率峰值的处理流程示意图；

图7为本发明实施例提供的装置结构示意图。

具体实施方式

为了提高上行同步码的检测性能，本发明实施例提供一种上行同步码的检测方法，本方法中，在确定接收信号在一个检测窗内的相关功率峰值时，需要确定接收信号是否发生弥散，并根据接收信号是否发生弥散确定功率峰值。

参见图5，本发明实施例提供一种上行同步码的检测方法，包括以下步骤：

步骤50：接收端确定接收信号的相关功率序列在当前检测窗内的各样值点的相关功率中的最大相关功率；

步骤51：接收端确定接收信号是否发生弥散，并根据确定结果以及最大相关功率确定当前检测窗对应的功率峰值；

步骤52：接收端根据功率峰值确定是否检测到上行同步码。

步骤51中，接收端确定接收信号是否发生弥散，具体实现可以如下：

接收端确定最大相关功率对应的样值点左边的样值点的相关功率、以及最大相关功率对应的样值点右边的样值点的相关功率，并将左边的样值点的相关功率与右边的样值点的相关功率中较大的相关功率确定为次大相关功率；然后根据最大相关功率与次大相关功率的比值，确定接收信号是否发生弥散。

上述接收端根据最大相关功率与次大相关功率的比值，确定接收信号是否发生弥散，具体实现可以采用如下两种方式：

第一，若最大相关功率与次大相关功率的比值小于预先设定的第一门限值，则接收端确定接收信号发生了弥散，否则，确定接收信号未发生弥散；第一门限值为大于1的数值；

第二，若次大相关功率与最大相关功率的比值大于预先设定的第二门限值，则接收端确定接收信号发生了弥散，否则，确定接收信号未发生弥散；第二门限值为小于1且大于0的数值。

需要说明的是，若最大相关功率对应的样值点为当前检测窗内最左边的样值点，则该样值点左边的样值点的相关功率为0；若最大相关功率对应的样值点为当前检测窗内最右边的样值点，则该样值点右边的样值点的相关功率为0。

步骤51中，根据确定结果以及最大相关功率确定当前检测窗对应的功率峰值，具体实现可以如下：

若确定接收信号发生了弥散，则确定当前检测窗对应的功率峰值为最大相关功率与次大相关功率之和；

若确定接收信号未发生弥散，则确定当前检测窗对应的功率峰值为最大相关功率。

步骤52中，接收端根据功率峰值确定是否检测到上行同步码，具体实现可以如下：

确定功率峰值与对接收信号的噪声功率估计结果的比值，若该比值大于预先设定的阈值，则确定检测到上行同步码，否则，确定未检测到上行同步码。

本方法中，接收端可以为基站，接收信号为用户设备通过PRACH发送的信号，上行同步码为Preamble码。当然，本方法也可以应用在其他场景下，即接收端可以为任意能够对上行同步码进行检测的设备，接收信号可以为发送端通过信道发送的信号，上行同步码可以是采用任何同步序列的同步码。

下面结合具体实施例对本发明进行说明：

本实施例针对现有上行同步码检测的局限性，充分考虑了理想和非理想发送时延情况下接收信号的特点，提出了一种在理想和非理想发送时延情况下都具有良好检测性能的功率峰值计算方法，提高了非理想传输时延情况下上行同步检测算法的性能。

该方案的基本思路是在一个检测窗中，首先判断接收信号是否发生了严重的弥散，如果判断信号发生了较为严重的弥散，就将最大相关功率和信号功率弥散值进行累加作为功率峰值；如果判断信号未发生弥散或弥散不严重，则还将最大相关功率作为功率峰值。这样，不仅有助于降低非理想发送时延情况下的上行同步检测的漏检概率，还可以保证在理想传输时延的情况下对上行同步检测的性能没有影响。

具体的处理流程如下所述：

步骤一：在一个检测窗内，对N_CS个样值点的相关功率进行排序；

步骤二：根据排序结果获得检测窗内的最大相关功率P_max及其所在的位置：

$P_k=P_{\max }=\underset{0\≤i\≤N_{\mathrm{CS}}-1}{\max }\left\{P_i\right\}$

式中，P_i为一个检测窗内样值点i对应的相关功率，N_CS为一个检测窗内的样值点数，P_k为检测窗内的最大相关功率，k为最大相关功率所在的样值点位置。

步骤三：在检测窗内最大相关功率的左右两侧搜索次大相关功率，取其中较大者与最大相关功率进行比较，判断接收信号是否存在较严重的弥散情况，并根据判断结果计算得到检测窗的功率峰值，步骤三的主要处理过程如图6所示：

步骤1：获得检测窗内最大相关功率对应的样值点左边的样值点的相关功率(即左次峰值)、以及最大相关功率对应的样值点右边的样值点的相关功率(即右次峰值)，分别用P_left和P_right表示，步骤二得到的最大相关功率所在的样值点位置为k，那么：

若最大相关功率在检测窗的最左端，即k＝0，则左、右次峰值的取值为P_left＝0，P_right＝P_k+1；

若最大相关功率在检测窗的最右端，即k＝N_CS-1，则左、右次峰值的取值为P_left＝P_k-1，P_right＝0；

其他情况下，即0＜k＜N_CS-1，则左、右次峰值的取值为P_left＝P_k-1，P_right＝P_k+1。

其中，N_CS为检测窗的窗长，也就是一个检测窗内的样值点数。

步骤2：判断左、右次峰值的功率大小关系，取其中的较大值作为次峰值P_s(信号功率弥散值)，即：

若P_right≥P_left，则令P_s＝P_right；

若P_right＜P_left，则令P_s＝P_left。

步骤3：设置门限值V_threshold，计算相关功率最大值与次峰值的比值，根据比值判断接收信号是否发生了较严重的弥散，同时计算得到当前检测窗的功率峰值P。

具体的：若P_max/P_s＜V_threshold，则认为接收信号发生了较为严重的弥散，P_s为功率弥散值的主要部分，此时功率峰值为相关功率最大值与信号功率弥散值之和，即P＝P_max+P_s；

若P_max/P_s≥V_threshold，则相关功率未发生弥散或弥散不严重，此时功率峰值为相关功率最大值，即P＝P_max。

本实施例针对随机接入过程，提出了一种提高上行同步检测算法性能的方案。该方案充分考虑了非理想发送时延的环境下，信号功率会发生严重弥散的情况，引入了信号弥散程度的判断，当接收信号弥散严重时，会将相关功率的最大值和功率的弥散值合并计算功率峰值，从而降低了上行同步码的漏检概率。而当判断接收信号没有发生弥散或弥散不严重时，功率峰值的计算仍然采用现有计算方法，从而保证了理想发送时延情况下的上行同步码有较低的漏检概率。因此，本实施例能够适用于理想和非理想发送时延两种情况，保证了随机接入上行同步检测的性能。

参见图7，本发明实施例提供一种上行同步码的检测装置，该装置包括：

最大相关功率确定模块70，用于确定接收信号的相关功率序列在当前检测窗内的各样值点的相关功率中的最大相关功率；

弥散确定模块71，用于确定所述接收信号是否发生弥散；

功率峰值确定模块72，用于根据确定结果以及所述最大相关功率确定当前检测窗对应的功率峰值；

接入有效性判决模块73，用于接收端根据所述功率峰值确定是否检测到上行同步码。

进一步的，所述弥散确定模块71用于：

确定所述最大相关功率对应的样值点左边的样值点的相关功率、以及所述最大相关功率对应的样值点右边的样值点的相关功率，并将左边的样值点的相关功率与右边的样值点的相关功率中较大的相关功率确定为次大相关功率；

根据所述最大相关功率与所述次大相关功率的比值，确定所述接收信号是否发生弥散。

进一步的，所述弥散确定模块71用于：

若所述最大相关功率与所述次大相关功率的比值小于预先设定的第一门限值，则确定所述接收信号发生了弥散，否则，确定所述接收信号未发生弥散；第一门限值为大于1的数值；或者，

若所述次大相关功率与所述最大相关功率的比值大于预先设定的第二门限值，则确定所述接收信号发生了弥散，否则，确定所述接收信号未发生弥散；第二门限值为小于1且大于0的数值。

进一步的，若所述最大相关功率对应的样值点为所述检测窗内最左边的样值点，则该样值点左边的样值点的相关功率为0；

若所述最大相关功率对应的样值点为所述检测窗内最右边的样值点，则该样值点右边的样值点的相关功率为0。

进一步的，所述功率峰值确定模块72用于：

若确定所述接收信号发生了弥散，则确定当前检测窗对应的功率峰值为所述最大相关功率与所述次大相关功率之和；

若确定所述接收信号未发生弥散，则确定当前检测窗对应的功率峰值为所述最大相关功率。

进一步的，所述接入有效性判决模块73用于：

确定所述功率峰值与噪声功率估计结果的比值，若该比值大于预先设定的阈值，则确定检测到上行同步码，否则，确定未检测到上行同步码。

进一步的，所述接收信号为用户设备通过物理随机接入信道PRACH发送的信号，所述上行同步码为前导Preamble码。

综上，本发明的有益效果包括：

本发明实施例提供的方案中，接收端确定接收信号的相关功率序列在当前检测窗内的各样值点的相关功率中的最大相关功率，并确定所述接收信号是否发生弥散，根据确定结果以及所述最大相关功率确定当前检测窗对应的功率峰值，根据所述功率峰值确定是否检测到上行同步码。可见，本方案中，在确定接收信号的相关功率序列在一个检测窗内的功率峰值时，需要确定接收信号是否发生弥散，并根据接收信号是否发生弥散确定功率峰值，进而能够提高上行同步码的检测性能。

本发明实施例提供的方案中，在确定接收信号发生弥散后，将接收信号的相关功率序列在当前检测窗内的各样值点的相关功率中的最大相关功率，与确定的次大相关功率之和，确定为当前检测窗对应的功率峰值，与现有技术中将最大相关功率确定为当前检测窗对应的功率峰值相比，按照本发明方案确定的功率峰值提高了，由于是确定是否检测到上行同步码的方法为：确定功率峰值与噪声功率估计结果的比值，若该比值大于预先设定的阈值，则确定检测到上行同步码，否则，确定未检测到上行同步码，因此，在噪声功率估计结果一定的情况下，本发明方案能够提高检测到上行同步码的概率，从而降低上行同步码的漏检率。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

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 (14)

1.一种上行同步码的检测方法，其特征在于，该方法包括：

接收端确定接收信号的相关功率序列在当前检测窗内的各样值点的相关功率中的最大相关功率；

接收端确定所述接收信号是否发生弥散，并根据确定结果以及所述最大相关功率确定当前检测窗对应的功率峰值；

接收端根据所述功率峰值确定是否检测到上行同步码。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收端确定所述接收信号是否发生弥散，具体包括：

接收端确定所述最大相关功率对应的样值点左边的样值点的相关功率、以及所述最大相关功率对应的样值点右边的样值点的相关功率，并将左边的样值点的相关功率与右边的样值点的相关功率中较大的相关功率确定为次大相关功率；

接收端根据所述最大相关功率与所述次大相关功率的比值，确定所述接收信号是否发生弥散。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述接收端根据所述最大相关功率与所述次大相关功率的比值，确定所述接收信号是否发生弥散，具体包括：

若所述最大相关功率与所述次大相关功率的比值小于预先设定的第一门限值，则接收端确定所述接收信号发生了弥散，否则，确定所述接收信号未发生弥散；第一门限值为大于1的数值；或者，

若所述次大相关功率与所述最大相关功率的比值大于预先设定的第二门限值，则接收端确定所述接收信号发生了弥散，否则，确定所述接收信号未发生弥散；第二门限值为小于1且大于0的数值。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，若所述最大相关功率对应的样值点为所述检测窗内最左边的样值点，则该样值点左边的样值点的相关功率为0；

若所述最大相关功率对应的样值点为所述检测窗内最右边的样值点，则该样值点右边的样值点的相关功率为0。

5.如权利要求2或3或4所述的方法，其特征在于，所述根据确定结果以及所述最大相关功率确定当前检测窗对应的功率峰值，具体包括：

若确定所述接收信号发生了弥散，则确定当前检测窗对应的功率峰值为所述最大相关功率与所述次大相关功率之和；

若确定所述接收信号未发生弥散，则确定当前检测窗对应的功率峰值为所述最大相关功率。

6.如权利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于，所述接收端根据所述功率峰值确定是否检测到上行同步码，具体包括：

确定所述功率峰值与噪声功率估计结果的比值，若该比值大于预先设定的阈值，则确定检测到上行同步码，否则，确定未检测到上行同步码。

7.如权利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于，所述接收端为基站，所述接收信号为用户设备通过物理随机接入信道PRACH发送的信号，所述上行同步码为前导Preamble码。

8.一种上行同步码的检测装置，其特征在于，该装置包括：

最大相关功率确定模块，用于确定接收信号的相关功率序列在当前检测窗内的各样值点的相关功率中的最大相关功率；

弥散确定模块，用于确定所述接收信号是否发生弥散；

功率峰值确定模块，用于根据确定结果以及所述最大相关功率确定当前检测窗对应的功率峰值；

接入有效性判决模块，用于接收端根据所述功率峰值确定是否检测到上行同步码。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述弥散确定模块用于：

确定所述最大相关功率对应的样值点左边的样值点的相关功率、以及所述最大相关功率对应的样值点右边的样值点的相关功率，并将左边的样值点的相关功率与右边的样值点的相关功率中较大的相关功率确定为次大相关功率；

根据所述最大相关功率与所述次大相关功率的比值，确定所述接收信号是否发生弥散。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述弥散确定模块用于：

若所述最大相关功率与所述次大相关功率的比值小于预先设定的第一门限值，则确定所述接收信号发生了弥散，否则，确定所述接收信号未发生弥散；第一门限值为大于1的数值；或者，

若所述次大相关功率与所述最大相关功率的比值大于预先设定的第二门限值，则确定所述接收信号发生了弥散，否则，确定所述接收信号未发生弥散；第二门限值为小于1且大于0的数值。

11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，若所述最大相关功率对应的样值点为所述检测窗内最左边的样值点，则该样值点左边的样值点的相关功率为0；

若所述最大相关功率对应的样值点为所述检测窗内最右边的样值点，则该样值点右边的样值点的相关功率为0。

12.如权利要求9或10或11所述的装置，其特征在于，所述功率峰值确定模块用于：

若确定所述接收信号发生了弥散，则确定当前检测窗对应的功率峰值为所述最大相关功率与所述次大相关功率之和；

若确定所述接收信号未发生弥散，则确定当前检测窗对应的功率峰值为所述最大相关功率。

13.如权利要求8-11中任一所述的装置，其特征在于，所述接入有效性判决模块用于：

确定所述功率峰值与噪声功率估计结果的比值，若该比值大于预先设定的阈值，则确定检测到上行同步码，否则，确定未检测到上行同步码。

14.如权利要求8-11中任一所述的装置，其特征在于，所述接收信号为用户设备通过物理随机接入信道PRACH发送的信号，所述上行同步码为前导Preamble码。

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