CN102843328B - Tdd lte系统中的prach序列的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种TDD LTE系统中的PRACH序列的检测方法，包括以下步骤：对各个天线上得到的功率延迟分布序列进行等增益合并处理得到平均功率延迟分布序列；划分多个检测窗口；根据平均功率延迟分布序列中采样点的值得到第一检测门限值，并比较各个检测窗口内采样点的值与第一检测门限值的大小：将平均功率延迟分布序列中所有采样点的值与第一检测门限值比较，提取所有小于第一检测门限值的采样点值，得出所有提取值的平均值；根据预设虚警概率值得出相对门限值，然后根据相对门限值和提取值的平均值得到第二检测门限值；将搜索到的采样点值的最大值与第二检测门限值进行比较。本发明根据接收序列本身进行检测，降低计算的复杂度。

Description

TDD LTE系统中的PRACH序列的检测方法

技术领域

本发明涉及无线通信物理层技术，尤其涉及一种TDD LTE系统中的PRACH序列的检测方法。

背景技术

PRACH前导序列产生：由3GPP LTE标准协议可知，前导序列x_u(n)是有一个循环移位Zadoff-Chu(ZC)序列产生的，这个序列具有质数长度N_ZC，并且是非二进制恒定幅度序列

$x_u\left(n\right)=\exp (-j\frac{\mathrm{\πun}(n+1)}{N_{\mathrm{ZC}}}),0\≤n\≤N_{\mathrm{ZC}}-1---\left(3.1\right)$

其中u是ZC根序列索引，对于第u^th个ZC根序列，具有零相关域的长度为N_CS-1的随机接入前导序列由循环移位产生

x_u,v(n)＝x_u((n+C_v)modN_ZC)          (3.2)

其中，C_v是循环移位，N_CS是循环移位偏移。

3GPP TS36.211给出了时间连续的基带前导信号产生方法，表示为：

$s\left(t\right)={\mathrm{\β}}_{\mathrm{PRACH}}\underset{k=0}{\overset{N_{\mathrm{ZC}}-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=0}{\overset{N_{\mathrm{ZC}}-1}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{u,v}\left(n\right)\·e^{-j\frac{2\mathrm{\πnk}}{N_{\mathrm{ZC}}}}\·e^{j2\mathrm{\π}(k+\mathrm{\φ}+K(k_0+1/2))\mathrm{\Δ}{f}_{\mathrm{RA}}(t-T_{\mathrm{CP}})---\left(3.3\right)}$

其中0≤t<T_SEQ+T_CP，β_PRACH是功率控制因子，and前导的频域位置由参数决定。参数K＝△f/△f_RA表示随机接入前导子载波和上行数据信道子载波的关系。变量表示随机接入前导子载波间隔△f_RA。变量φ是一个固定值，表示随机接入前导序列在分配的PRB中的频域位置的偏移量。

PRACH接收机：在eNB侧的PRACH接收机，接收到PRACH信号后，经过移除循环前缀和FFT，频域PRACH序列从对应的时频资源中解映射出来，接下来的处理是频域卷积计算。

对于频域卷积计算，首先由上述处理过程得到频域PRACH序列。接收机本地ZC根序列首先进行DFT，转换到频域，得到本地ZC根序列的频域序列。本地ZC根序列的频域序列和接收到前导序列的频域序列对应采样点共轭相乘，得到本地ZC序列和接受序列的频域卷积。

得到频域卷积结果后，对序列进行补零，将序列长度延长为2的幂次方，然后进行IFFT，变换到时域，得到时域周期卷积结果，然后对此序列进行平方操作，得到卷积结果的功率延迟分布。

得到卷积结果的功率延迟分布后，开始进入PRACH检测过程。

下面介绍两种PRACH检测方法：

1、技术方案一

步骤一，首先计算绝对噪声水平T_{det_ini}，绝对噪声水平是由所有搜索窗口采样值平均得到。

步骤二，计算噪声水平，噪声水平是所有比绝对噪声等级门限T_{det_ini}低的所有采样点的平均值。

步骤三，由 $F\left(T_r\right)=1-e^{-N_a\&CenterDot;N_{\mathrm{nca}}\&CenterDot;T_r}\underset{k=0}{\overset{N_a\&CenterDot;N_{\mathrm{nca}}-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{1}{k!}{(N_a\&CenterDot;N_{\mathrm{nca}}\&CenterDot;T_r)}^k$ 根据虚警概率要求，得出相对门限T_r。

步骤四，由可知，知道噪声水平γ_n和相对门限T_r，可以计算得到绝对检测门限T_det。

步骤五，在各个检测窗口内搜索最大值，并将各个窗口内的最大值与步骤四中的绝对检测门限进行比较，若最大值大于绝对检测门限，则认为此窗口内有PRACH接入，否则，认为没有PRACH接入。

从该方案中得知，此门限设定方法中包含的多天线合并算法，使用的是直接相加的方法进行合并，并且后续的门限计算和检测也是按照直接相加的方法进行合并，天线数对于门限设定有影响。这种将多天线合并和门限设定混合到一起的算法，不能体现出多天线合并的分集接收增益。并且考虑了非相干积累的情况，实际情况中，此方案使用范围广，但是对于特定场景下的前导序列检测，理论分析复杂，计算也比较复杂。

2、技术方案二

步骤一，对于分别获得的多天线的频域相关计算结果，利用IFFT获得信道的CIR信息。这里可以使用IFFT的LTI相知减少IFFT计算次数，即先对多天线的频域相关结果进行合并后再进行IFFT操作。

步骤二，对于步骤1中的时域序列，根据Ncs的大小进行用户监测窗的划分以进行各个用户的PRACH的检测。用户监测窗的时间长度为：

步骤三，在目标用户监测窗内，首先根据阈值A检测出峰值位置Nmax，并记录峰值位置。具体为：如果用户监测窗内没有数据大于阈值A，则认为没有PRACH接入。如果有大于阈值A的数据，则在大于阈值A的数据中寻找峰值。其中，阈值A为 $\mathrm{ThreA}=N_{\mathrm{ZC}}\&CenterDot;\sqrt{10^\left(\frac{-9.8}{10}\right)\&CenterDot;N_0^2}\&PlusMinus;\mathrm{ThreA}\_\mathrm{factor}\&CenterDot;(N_0^{\&prime;}/\sqrt{10^\left(\frac{10{\log }_{10}\left(N_{\mathrm{ant}}\right)}{10}\right)}),$ 式中为高斯白噪声方差，为相关后的噪声方差，N_ant为接收的天线数目，ThreA_factor为调整因子。

步骤四，在步骤三中认为有PRACH接入的目标用户监测窗中确定用户的CIR范围。首先根据最大时延扩展确定一个初始的CIR范围Wcir，建设CIR窗的启示位置Ncir位于[Nmax-Wcir/3]，分别从Wcir的两端[Nmax-Wcir/3]+Wcir向中间搜索，搜索原则为第一个大于阈值A的点，这里分别建设为Ncir_left和Ncir_right。

步骤五，分别计算步骤四中得到的CIR窗内的信号功率Pcir以及CIR窗外的噪声功率方差以更新噪声方差。

步骤六，由步骤五中的得到的新的噪声方差进一步得到阈值B，然后比较峰值与阈值B的大小，峰值大于阈值B，认为有PRACH接入，反之，则认为没有PRACH接入。其中，阈值B为 $\mathrm{ThreB}=N_{\mathrm{ZC}}\&CenterDot;\sqrt{10^\left(\frac{\mathrm{PRTP}-\mathrm{PRTP}\_\mathrm{factor}}{10}\right)\&CenterDot;N_0^2}\&PlusMinus;\mathrm{ThreB}\_\mathrm{factor}\&CenterDot;(N_0^{\&prime;}/\sqrt{10^\left(\frac{10{\log }_{10}\left(N_{\mathrm{ant}}\right)}{10}\right)}),$ PRTP及其调整项为与信道有关的功率及调整因子，ThreB_factor是调整因子。

此方案中，首先需要知道PRACH信道的信噪比，从此方法的原文献中可知，信噪比的估计算法比较复杂，需要花费大量的时间进行迭代估计信噪比。

另外此方案中，在进行IFFT之前进行合并，在IFFT之后直接使用时域卷积序列进行检测，没有使用功率延迟分布进行检测，因此在设定门限时，均需计算开方值，计算较复杂。

此方案还使用了系统设定的功率值和路损等参数，这些参数都是先验的参数，使用这些参数进行门限的计算受实际信道的影响比较大。并且此方法是在白噪声情况的信道条件下计算得到的，对于ETU信道，需要使用调整因子进行调整，在实际系统中，信道变化情况比较复杂，因此调整因子的确定需要根据大量仿真进行估计，准确度不高。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种TDD LTE系统中的PRACH序列的检测方法，简化了PRACH序列检测的复杂度。

为达到上述目的，本发明所述一种TDD LTE系统中的PRACH序列的检测方法，包括以下步骤：

对各个天线上得到的功率延迟分布序列进行等增益合并处理，得到平均功率延迟分布序列；

划分多个检测窗口，将上述平均功率延迟分布序列中采样点的值均分到多个检测窗口内；

根据平均功率延迟分布序列中采样点的值利用第一计算公式得到第一检测门限值，并比较进入各个检测窗口内采样点的值与第一检测门限值的大小：

若检测窗口内采样点的值没有超过第一检测门限值，则没有前导信号到达；

反之，搜索对应检测窗口内采样点值的最大值；

将上述得到的平均功率延迟分布序列中所有采样点的值与第一检测门限值比较，提取所有小于第一检测门限值的采样点值，根据第二计算公式得出所有提取值的平均值，记为噪声等级值；

根据预设虚警概率值利用第三计算公式得出相对门限值，然后根据相对门限值和上述得到的噪声等级值利用第四计算公式得到第二检测门限值；

将上述搜索到的对应检测窗口内的采样点值的最大值与第二检测门限值进行比较：

若信号最大值超过第二检测门限值，则此检测窗口内有PRACH序列接入；

反之，无PRACH序列接入。

优选地，所述第一计算公式为其中，T_A为第一检测门限值，A_factor为调整项，N_IFFT为上述平均功率延迟分布序列中采样点的个数，Z_s(n)为各个采样点的值。

优选地，所述第二计算公式为其中，λ_w为噪声等级值，N_sa为参与求和的采样点个数总和，为平均功率延迟分布序列中采样点值小于第一检测门限值的总和。

优选地，所述第三计算公式为其中，F_r为虚警概率值，T_r为相对门限值，N_a为天线个数。

优选地，所述第四计算公式为T_B＝B_factor·λ_w·T_r，其中，T_B为第二检测门限值，T_r为相对门限值，λ_w为噪声等级值，B_factor为调整项。

本发明的有益效果为：

1、本发明所述检测方法将多天线合并与检测门限的计算分离开来，简化相对门限的计算；

2、根据接收序列本身进行检测，不需要使用系统的功率参数，不需要估计PRACH信道信噪比，不需要根据信道类型进行调整，降低计算的复杂度。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。

本发明实施例所述一种TDD LTE系统中的PRACH序列的检测方法，包括以下步骤：

对各个天线上得到的功率延迟分布序列进行等增益合并处理，得到平均功率延迟分布序列；

划分多个检测窗口，将上述平均功率延迟分布序列中采样点的值均分到多个检测窗口内；

根据平均功率延迟分布序列中采样点的值利用第一计算公式得到第一检测门限值，第一计算公式为其中，T_A为第一检测门限值，A_factor为调整项，N_IFFT为上述平均功率延迟分布序列中采样点的个数，Z_s(n)为各个采样点的值，随后比较进入各个检测窗口内采样点的值与第一检测门限值的大小：

若检测窗口内采样点的值没有超过第一检测门限值，则没有前导信号到达；

反之，搜索对应检测窗口内采样点值的最大值；

将上述得到的平均功率延迟分布序列中所有采样点的值与第一检测门限值比较，提取所有小于第一检测门限值的采样点值，根据第二计算公式得出所有提取值的平均值，记为噪声等级值；所述第二计算公式为其中，λ_w为噪声等级值，N_sa为参与求和的采样点个数总和，为平均功率延迟分布序列中采样点值小于第一检测门限值的总和；

根据预设虚警概率值利用第三计算公式得出相对门限值，所述第三计算公式为其中，F_r为虚警概率值，T_r为相对门限值，N_a为天线个数，当系统的天线个数给定后，相对门限与虚警概率是固定的。这样的话，就可以预先计算出相对门限与虚警概率的对应关系表存储起来，实时检测时查表确定相对门限的值。

此后，根据相对门限值和上述得到的噪声等级值利用第四计算公式得到第二检测门限值；所述第四计算公式为T_B＝B_factor·λ_w·T_r，其中，T_B为第二检测门限值，T_r为相对门限值，λ_w为噪声等级值；

将上述搜索到的对应检测窗口内的采样点值的最大值与第二检测门限值进行比较：

若信号最大值超过第二检测门限值，则此检测窗口内有PRACH序列接入；

反之，无PRACH序列接入。

下面以具体实施例对上述方法的原理过程进行解释说明：

该实施例包括以下步骤：

步骤1：

设定两根天线，在该两个天线上分别得到的功率延迟分布序列为a、b。其中每个功率延迟分布序列内的采样点个数均为6个，因此，序列a＝(10、3、7、5、8、9)，序列b＝(6、9、11、7、6、9)，那么两个序列增益合并后得到的平均功率延迟分布序列c＝(10+6，3+9，7+11，5+7，8+6，9+9)/2＝(8、6、9、6、7、9)。

步骤2：

设定指数长度N_ZC＝3，循环移动偏移量N_CS＝6，那么检测窗口宽度则可划分为3个窗口，分别为M1、M2、M3。窗口M1分得的平均功率延迟分布采样点值为(8，6)，窗口M2分得的平均功率延迟分布采样点值为(9，6)，窗口M3分得的平均功率延迟分布采样点值为(7，9)。

步骤3：

设置调整项A_factor＝0.8，则第一检测门限值 通过窗口M1、窗口M2、窗口M3内的采样点值与第一检测门限值的比较，三个窗口内的采样点值均有大于第一检测门限值的值，则三个窗口为目标窗口，搜索到各个窗口内的最大值为8、9、9。

步骤4：

通过评价功率延迟分布序列内的所有采样点值与第一检测门限值的比较，提取出小于第一检测门限值的采样点值为6、6、7，个数为3个，因此可得出噪声等级值

步骤5：

由于天线数为2，取F_r＝99.9％，解出T_r＝9.24。设置B_factor＝0.146，则第二检测门限值T_B＝B_factor·λ_w·T_r＝0.146*6.3*9.24＝8.5。

步骤6：

在目标窗口M1、目标窗口M2、目标窗口M3内，通过最大采样点值与第二检测门限值的比较，得出窗口M2和窗口M3可有PRACH序列接入，窗口M1没有PRACH序列接入。

以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种TDD LTE系统中的PRACH序列的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

对各个天线上得到的功率延迟分布序列进行等增益合并处理，得到平均功率延迟分布序列；

划分多个检测窗口，将上述平均功率延迟分布序列中采样点的值均分到多个检测窗口内；

根据平均功率延迟分布序列中采样点的值利用第一计算公式得到第一检测门限值，并比较进入各个检测窗口内采样点的值与第一检测门限值的大小：

若检测窗口内采样点的值没有超过第一检测门限值，则没有前导信号到达；

反之，搜索对应检测窗口内采样点值的最大值；

将上述得到的平均功率延迟分布序列中所有采样点的值与第一检测门限值比较，提取所有小于第一检测门限值的采样点值，根据第二计算公式得出所有提取值的平均值，记为噪声等级值；

根据预设虚警概率值利用第三计算公式得出相对门限值，然后根据相对门限值和上述得到的噪声等级值利用第四计算公式得到第二检测门限值；

将上述搜索到的对应检测窗口内的采样点值的最大值与第二检测门限值进行比较：

若信号最大值超过第二检测门限值，则此检测窗口内有PRACH序列接入；

反之，无PRACH序列接入；

其中，所述第一计算公式为其中，T_A为第一检测门限值，A_factor为调整项，N_IFFT为上述平均功率延迟分布序列中采样点的个数，Z_s(n)为各个采样点的值；

所述第二计算公式为其中，λ_w为噪声等级值，N_sa为参与求和的采样点个数总和，为平均功率延迟分布序列中采样点值小于第一检测门限值的总和；

所述第三计算公式为其中，F_r为虚警概率值，T_r为相对门限值，N_a为天线个数；

所述第四计算公式为T_B＝B_factor·λ_w·T_r，其中，T_B为第二检测门限值，T_r为相对门限值，λ_w为噪声等级值，B_factor为调整项。