CN102695183B - 签名检测和时偏估计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及签名检测和时偏估计，可以去除或显著减小由下采样引入的偏差。描述的方法和装置可以用于包括LTE和其它移动数据系统的无线通信系统。该方法包括：确定时偏估计偏差，其是由前导签名的样本和0-时偏点之间的错位引起的。

Description

签名检测和时偏估计

【技术领域】

本发明涉及数据通讯，特别涉及签名检测(signature detection)和时偏估计(timing offset estimation)。

【背景技术】

图1描述现有技术的蜂窝网络100。蜂窝网络100中的每个蜂窝区102a-c通常是指这样一个区域，其中的基站104a-c能与用户设备(UE)106a-d通讯连接。UE 106a-d的例子包括电话、智能电话、个人数据助理(PDA)、平板电脑、与膝上型电脑一起使用的移动数据设备、等等。通常每个蜂窝区102a-c都包括一个相应的基站104a-c。

在蜂窝区102a-c中可能有任意数目的UE 106a-d，取决于蜂窝网络100中用户的使用习惯。例如，蜂窝区102b中有两个UE 106c-d。在这个例子中，两个UE 106c-d都可以和基站104b同时通讯连接。根据基站104b使用的协议，UE 106c-d可以同时或几乎同时通讯连接。或者，UE106c-d可以在一个时隙内和基站104b通讯。另外，UE 106a-d可以在蜂窝区之间移动，如用户从一个区域移动到另一个区域。如图所示，UE 106a从蜂窝区102a移动到蜂窝区102c。在这种情况下，刚开始蜂窝区102a有两个UE 106a-b，但是一旦UE 106a移动到蜂窝区102c，那么蜂窝区102a就只有UE 106b了。因此蜂窝网络100通常是动态的，而且蜂窝网络100的拓朴变化可能是随意的，取决于用户习惯。

图2描述任意一个蜂窝区102a-c的拓朴的例子。除了基站104，蜂窝区102可以包括与基站104连接的天线202。天线202在多路环境下接收来自由用户204操作的UE 106的随机接入信号，并在由基站104运行的随机接入信道(RACH)上接收来自移动用户206的随机接入信号。RACH允许UE 106获得蜂窝网络100的初始接入并促使上行同步。

图3描述现有技术的RACH检测电路300。RACH检测电路300通常包含在基站104中。RACH检测电路300包括CP去除模块302，用于从接收到的符号中去除循环前缀(CP)。RACH检测电路300还包括下采样/重采样模块304，用于将采样率降低到一个适合相关器306使用的频率。降低的采样率简化了相关器306的运行，特别是在FFT模块308上。相关器306包括快速傅里叶变换(FFT)模块308，其将下采样的符号变换到频域上；相关器306还包括子载波去映射模块310和乘法器312。乘法器312将去映射的子载波乘以频域内的一个根序列的共轭。然后乘法运算结果被离散傅里叶逆变换(IDFT)模块314转换回时域。在系统300，签名检测和时偏估计模块316检测来自UE 106的随机接入信号，并确定该检测到的随机接入信号的时偏(timing offset)。

在长期演进(LTE)移动通信网络中，例如，当UE 106a-d在各自蜂窝区102a-c时，UE 106a-d发送随机接入信号到基站104a-c，以获得蜂窝网络100的初始接入。该随机接入信号可以在时域内被基站采样到24576个样本(～1毫秒)。现有技术的一个问题是，要有高的准确率，通常就要有非常复杂的硬件去检测随机接入信号，特别是关于FFT模块308的运行。

尽管有些现有方法和设备就是使用所有24576个样本去执行随机接入检测，但是大部分系统是使用一些下采样方法去降低硬件复杂度。下采样通常是将采样数量除以一个整数，然后只选择减少的信号样本数。例如，2倍下采样使用12288样本数，4倍下采样只使用6144样本数。尽管这些下采样技术可以降低硬件复杂度，但是，交换的就是性能水平降低，因为对于那些并不直接落到样本上的特定接入信号，下采样引入了偏差。

【发明内容】

本发明实施例可以去除或显著减小由下采样带来的偏差。描述的方法和装置可以用于包括LTE和其它移动数据系统的无线通信系统。该方法包括：确定时偏估计偏差，其是由前导签名的样本和0-时偏点之间的错位引起的。在检测间隔的第一样本点和0-时偏点之间的差异可以用于补偿时偏估计。

更具体地，当基站内的PRACH设备使用下采样时，在检测间隔的第一样本和每个间隔的0-时偏点之间会有错位，因为根据选择的下采样率，样本不会正好落在每个0-时偏点上。本发明实施例描述的方法包括：计算由错位引起的偏差，然后为每个检测到的签名从时偏估计中减去该基于错位的偏差。

在一个实施例中，在检测尖峰之前就为每个签名计算基于错位的偏差。例如，当确定了下采样率时，可以确定每个签名的错位，然后将代表该错位的一个数值存储在一存储设备中，稍后由时偏模块使用。当为检测到的尖峰估计时偏时，时偏模块可以使用该数值用于减法运算或补偿偏差。

另外，本发明实施例描述的方法避免了由于每个前导签名的检测间隔和0-时偏时偏点之间的错位导致的错失尖峰检测。为了避免错失尖峰检测，本发明的方法包括：保证0-时偏点总是包含在检测间隔内。

前述已经相当广泛地概括了本发明的特征和技术优势，以便可以更好地理解以下本发明的详细描述。本发明的其它特征和优势将在随后进行描述，其构成本发明权利要求的主题。本领域的技术人员应该注意到，可以轻松地利用披露的概念和具体实施例作为一个基础，用来修改或设计能够执行本发明相同目的的其它结构。本领域技术人员也应该认识到，这种等同构造没有偏移在附加权利要求内阐述的本发明的精神和范围。被看作本发明特性的新颖性特征，有关其组织和运作方法，与其它目的和优势一起，从以下结合附图的描述可以更好地加以理解。但是，应该明确地认识到，在此提供的每个附图仅是用作描述和说明用途，并不是意在作为本发明的限制的定义。

【附图说明】

为了更完整地理解本发明，结合附图并参考以下描述，其中：

图1是现有技术的一个蜂窝网络的示意图。

图2是一个蜂窝网络环境的示意图。

图3是现有技术的随机接入信道电路的原理框图。

图4是PRACH通信时隙的一个实施例的概念图。

图5是PRACH前导签名的一个实施例的概念图。

图6是签名检测和时偏估计模块的一个实施例的原理框图。

图7是时偏解晰度的概念图。

图8是0-时偏点的错位的概念图。

图9是纠正下采样引起的前导签名的偏差的一个方法的一个实施例的概念图。

图10是签名检测和时偏补偿的一个方法的一个实施例的原理流程图。

【具体实施方式】

本实施例涉及使用PRACH提供初始网络接入和上行同步的改进方法。图4是描述PRACH通信时隙402的一个实施例的概念图。PRACH在每个蜂窝区使用64个索引了的前导签名，用于UE 106和基站104之间的初始网络接入和上行同步。例如，UE 106b可以选择一个有效前导签名并传输一个前导信号406a到基站104a。时隙402可以对应于该选择的前导签名。然后基站104a检测前导索引(0-63)和前导406a的时偏408。

在一些实施例中，基站104a被称为eNodeB。如果UE 106a物理上靠近基站104a(eNodeB)，那么时偏408就可以很小。另一方面，如果UE 106b远离基站104a，那么时偏408就相当大。PRACH时隙402的整个周期404可以由蜂窝尺寸来确定。

图5是描述一组PRACH前导签名502的一个实施例的概念图。如以上描述的，LTE网络包括64个签名(0-63)。前导签名502可以由一个或多个根序列(root sequence)的循环变化而构成。例如，可以使用扎德奥夫-朱(Zadoff-Chu，ZC)序列。ZC序列有恒幅零自相关(CAZAC)特性和良好的交叉相关性。在图5描述的实施例中，PRACH包括两个根序列，其被相关器306使用以分别产生签名0-31和32-63。每个签名502有0-时偏点504，其界定签名502的边界。

当基站104接收到来自UE 106的随机接入信号时，相关器306可以确定签名502的序列数目。另外，相关器306可以估计接收到的信号的时偏508。如图5所示，随机接入信号由尖峰506a-b表示。对于各个签名502，基于尖峰506a-b离0-时偏点504的距离，来估计时偏508。

图6是签名检测和时偏估计模块316的一个实施例的原理框图。在一个实施例中，签名检测和时偏估计模块316包括尖峰搜索模块602、签名索引确定模块604和时偏估计模块606。在一个实施例中，这些模块602-606根据图8-9将会描述的更详细的处理规则，用于执行信号检测和时偏估计。

尖峰搜索模块602可以使用一个或多个阈值以过滤尖峰，并确定一组具有预定特征的尖峰506。例如，尖峰搜索模块602可以使用一个幅度阈值去排除所有幅度低于该预定阈值水平的尖峰506。在另一个实施例中，根据一组预定的标准，可以使用搜索窗口去排除功率泄漏尖峰和其它认为是假的尖峰。然后尖峰搜索模块602可以将尖峰506传输到签名索引确定模块604。

签名索引确定模块604可以根据尖峰506的特征确定是哪个签名索引(如0-63)。例如，如图5描述的，根据尖峰506a-b的频率特征或时间特征，签名索引确定模块604可以确定尖峰506a是在前导签名0上接收到的，尖峰506b是在前导签名34上接收到的。如描述的，尖峰506a-b可以分配给不同的签名索引，因为它们是来自不同的UE 106a-d。

一旦确定了签名索引，那么时偏估计模块606就可以确定尖峰506相对0-时偏点504的时偏。如图7所示，每个签名都由相关器306中的IFFT 308和/或IDFT 314以一个预定的频率进行采样。每个样本702之间的时间可以是一个预定的时间周期704。时偏估计模块606根据0-时偏点504和尖峰506之间的样本数量，可以确定时偏。

当使用下采样时，这样的时偏估计方法可能是估计误差的一个源头。如图8所示，每个签名(m和m-1)的检测间隔502a-d包括多个样本702，每个样本都有时间周期704，其对应于采样率。没有使用下采样时的时间周期704a会小于对应于下采样签名502c-d的时间周期704b。根据使用的下采样率，在每个签名的第一样本702c，d和0-时偏点504c，d之间会有一些错位802。例如，如在签名502c中所示，样本702c就在0-时偏点504c的左边。错位802就被量化为样本702c和0-时偏点504c之间的距离。在另一个例子中，签名502d的第一样本702d在0-时偏点504d的右边，所以错位802可能出现在0-时偏点504的任一侧。如果错位802很大，而且出现在右侧，非常靠近0-时偏点504的尖峰506就可能被一起错过。因此，下采样会导致错失尖峰506，和在估计时偏508时导致错误。

图9是描述纠正下采样前导签名产生的偏差的方法的一个实施例的概念图。用于签名检测和时偏估计模块316中的参数可以根据图9描述的实施例来设置。在一个实施例中，该方法包括：通过从时偏估计508中减去错位802，从而为每个签名除去时间偏差。在一个实施例中，如果样本702在0-时偏点504的左边，那么从时偏估计508中减去错位802。如果样本702在0-时偏点504的右边，那么时偏估计508要加上错位802。

在一个实施例中，签名检测和时偏估计模块316可以设置为总是选择包括0-时偏点504的检测间隔502。这样的实施例可以避免因为错位而错失尖峰506的情况。另外，这也会简化从错位802中纠正偏差的过程，因为计算始终包括减法运算。

在一个实施例中，签名检测和时偏估计模块316可以设置为预先计算由错位引起的时偏偏差。例如，当下采样率选定时，每个前导签名502的错位802就确定了，一个代表错位802的数值就存储在基站104的存储设备中。

图10是签名检测和时偏偏差补偿方法1000的一个实施例的原理流程图。在一个实施例中，下采样模块304以一个预定的采样周期对接收到的来自UE 106的随机信道接入信号进行下采样，如方块1002所示。然后在方块1004，相关器306产生一个或多个信号尖峰，与一预定的根序列相关联。然后签名检测和时偏估计模块316补偿时偏估计的偏差，该偏差是在随机信道签名502样本周期和0-时偏点504之间的错位802的结果，如方块1006所示。例如，签名检测和时偏估计模块316可以计算代表错位802的数值并从时偏估计508中减去该数值。在又一个实施例中，签名检测和时偏估计模块316可以设置选择检测间隔502，使得检测间隔502始终包括0-时偏点504。

虽然已经详细说明了本发明及其优越性，但应理解，在不脱离所附权利要求定义的本发明的条件下可以做出各种改变，替换和变化。此外，本申请的范围不局限于此说明书中描述的处理过程，机器，制造，物质构成，手段，方法和步骤等的特定实施例。本领域的普通专业人员从说明书可以容易理解到，可以根据本说明书去利用实质上执行了与这里说明的相应实施例相同功能或实现了相同结果的目前已有的或者将来会开发出的处理过程，机器，制造，物质构成，手段，方法和步骤。因此，所附的权利要求书旨在包括这些处理过程，机器，制造，物质构成，手段，方法或步骤。

Claims (14)

1.一种签名检测和时偏偏差补偿的方法，包括：

以一预定的采样周期，对接收到的来自远程设备的随机信道接入信号进行下采样；

产生信号尖峰，其与预定的根序列相关联；

补偿时偏估计中的偏差，所述时偏为随机信道接入信号的信号尖峰相对0-时偏点的时偏，所述偏差是在随机信道签名中的采样周期中第一个样本和0-时偏点之间的错位的结果；通过从时偏估计中减去错位，从而为每个签名除去时间偏差。

2.如权利要求1所述的方法，还计算一数值，其对应在采样周期和0-时偏点之间的错位的量化。

3.如权利要求2所述的方法，还包括：当设置了下采样率时，为多个随机信道签名中的每个随机信道签名，计算所述数值。

4.如权利要求3所述的方法，还包括：存储所述数值在存储设备中，用于随后的取用，并用于补偿时偏估计中的偏差。

5.如权利要求2所述的方法，其中所述补偿时偏估计中的偏差还包括：从所述时偏估计中减去对应所述错位的量化的数值。

6.如权利要求5所述的方法，如果样本在所述0-时偏点的第一侧，那么其中对应所述错位的量化的数值是正值；如果样本在所述0-时偏点的第二侧，那么其中所述数值是负值。

7.如权利要求1所述的方法，还包括：选择包含0-时偏点的检测间隔。

8.一种签名检测和时偏偏差补偿的装置，包括：

下采样模块，用于以一预定的采样周期，对接收到的来自远程设备的随机信道接入信号进行下采样；

尖峰检测模块，用于产生信号尖峰，其与预定的根序列相关联；

时偏估计模块，用于补偿时偏估计中的偏差，所述时偏为随机信道接入信号的信号尖峰相对0-时偏点的时偏，所述偏差是在随机信道签名中的采样周期中第一个样本和0-时偏点之间的错位的结果；通过从时偏估计中减去错位，从而为每个签名除去时间偏差。

9.如权利要求8所述的装置，其中所述时偏估计模块还计算一数值，其对应在采样周期和0-时偏点之间的错位的量化。

10.如权利要求9所述的装置，其中当设置了下采样率时，所述时偏估计模块还为多个随机信道签名中的每个随机信道签名，确定所述数值。

11.如权利要求10所述的装置，还包括一存储器，用于存储所述数值，用于随后的取用，并用于补偿时偏估计中的偏差。

12.如权利要求9所述的装置，其中所述时偏估计模块还从所述时偏估计中减去对应所述错位的量化的数值。

13.如权利要求12所述的装置，如果样本在所述0-时偏点的第一侧，那么其中对应所述错位的量化的数值是正值；如果样本在所述0-时偏点的第二侧，那么其中所述数值是负值。

14.如权利要求8所述的装置，其中所述时偏估计模块还包括尖峰搜索模块，用于选择包含0-时偏点的检测间隔并确定在检测窗口内的尖峰。