CN102958188B - 随机接入前导码的生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种随机接入前导码的生成方法，通过对ZC序列的特性进行分析，利用公式推导的方法，将复杂的DFT换算简化成迭代运算，从而可以极大简化随机接入前导码生成的复杂度，降低系统压力，节省产品成本。

Description

随机接入前导码的生成方法

技术领域

本发明涉及移动通信系统中的编码技术，特别是涉及随机接入前导码的生成方法。

背景技术

LTE系统中，选用了具有良好自相关和互相关特性的ZadoffChu(ZC)序列，作为随机接入前导码，序列长度为839或139点，前者用于频分复用(FDD)和时分复用(TDD)系统的格式0～3，后者用于TDD系统的格式4。在协议3GPP TS36.211中对序列特性进行了详细定义。每个小区有64个前导码，用户设备(UE)根据一定原则选取其中一个进行发送基站(eNB)检测该前导码的能量、到达时刻、序列号等内容后向UE发送响应及后续一系列流程，从而达到接入系统等目的。

LTE系统的上行接入方式采用了单载波频分多址(SC-FDMA)，在发送侧，时域产生的信号需要变换到频域，然后进行子载波映射。在发送侧生成随机接入前导码序列时，需要进行循环移位操作，以便接收侧对发送用户进行识别。同时，在接收侧，为了降低检测器的复杂度，通常也采用在频域进行运算。这要求将时域产生的前导码序列变换到频域。

序列x_u(k)的傅利叶变换DFT定义为：其中，W＝e^-j2π/N，N为序列点数。

由于序列点数N＝839/139，为素数，使得DFT变换的复杂度很高，每一个根为u的序列需要N²次复数乘法，实时的计算变得非常困难。如果采用事先计算好序列的DFT加以存储的方法，则需要839*839*4+139*139*4＝2.9M的内存空间，这对于任何一种嵌入式系统来说，都是很大的消耗，不宜采用。因此，为了简化运算过程，考虑在频域上直接产生该序列。

目前已提出一种在频域上产生随机接入前导码序列的方法，该方法能够在不采用DFT计算的情况下，直接获得频域序列的映射值，但是该方法的运算中存在大量的除法和模操作，对系统运算单元的需求大，不利于在嵌入式系统中实现。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种随机接入前导码的生成方法，该方法复杂度低、易于实现。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：

一种随机接入前导码的生成方法，该方法包括以下步骤：

a1、当信号接收设备接收到信号时，获取随机接入前导码的系统配置参数；

a2、所述信号接收设备根据所述系统配置参数，获取所述随机接入前导码的直流分量X_u(0)；初始化迭代变量k＝0，n＝0，X_u(k)＝X_u(0)；

a3、所述信号接收设备按照k1＝(k+u)％N，获取下一频域序列点的索引，其中，u为系统配置的根序列号，N为序列点数；确定迭代系数W^-(k+u)，其中，W＝e^-j2π/N，计算得到索引k1对应的频域点值X_u(k1)＝X_u(k)W^-(k+u)；如果n＝N-1，则将当前得到的N点频域点值作为用于对所述信号进行解码的随机接入前导码，否则，k＝k1，n＝n+1，重新执行本步骤。

一种随机接入前导码的生成方法，该方法包括以下步骤：

b1、当信号发送设备需要生成发送信号时，获取随机接入前导码的系统配置参数；

b2、所述信号发送设备根据所述系统配置参数，获取所述随机接入前导码的直流分量X_u(0)；初始化迭代变量k＝0，s(0)＝0，t(0)＝(N₀(u+1)d％N+C_v％N)％N；其中， C_v为发送侧预设的循环移位值，u为系统配置的根序列号，N为序列点数；

b3、所述信号发送设备按照s(k+1)＝s(k)+t(k)，获得迭代系数指数s(k+1)；按照t(k+1)＝t(k)+d，计算迭代系数指数递增值t(k+1)；根据所述s(k+1)和所述X_u(0)，获取下一频域点值X_u(k+1)；如果n等于N-1，则将当前得到的N点频域点值作为用于对所述信号进行编码的随机接入前导码，否则，按照k＝k+1更新k，按照n＝n+1更新n，重新执行本步骤。

综上所述，本发明提出的随机接入前导码的生成方法，基于对ZC序列的特性进行分析，利用公式推导的方法，将复杂的DFT换算简化成迭代运算，极大的简化了生成随机接入前导码的复杂度，从而降低系统压力，节省产品成本。

附图说明

图1为本发明实施例一的流程示意图；

图2为本发明实施例二的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。

首先，对本发明的实现原理阐述如下：

根据36.211，随机接入前导x_u，v(k)定义为：

x_u，v(k)＝x_u((k+vN_CS)modN)

其中，x_u(k)＝e^{-jπuk(k+1)/N}＝W^uk(k+1)/2，k＝0，1，...，N-1，N是素数，W＝e^-j2π/N，

序列x_u(k)的DFT定义为： $X_u\left(n\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{x}_u\left(k\right)W^{\mathrm{nk}}$

直接在频域生成该DFT的过程，如下：

$x_u\left(k\right)W^{\mathrm{nk}}=W^{u[k(k+1)+2\frac{n}{u}k]/2}=W^{u[k(k+1)+2\mathrm{dk}]/2},$ $d=\frac{n}{u}\mathrm{mod}N$

那么，

$x_u\left(k\right)W^{\mathrm{nk}}=W^{u[k(k+1)+2\mathrm{dk}]/2}\frac{W^{\mathrm{ud}(d+1)/2}}{W^{\mathrm{ud}(d+1)/2}}$

$=W^{-\mathrm{ud}(d+1)/2}{W}^{u(k+d)(k+d+1)/2}$

$=W^{-\frac{n(n+u)}{2u}}{x}_u(k+d)$

最终得到：

$X_u\left(n\right)=W^{-\frac{n(n+u)}{2u}}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{x}_u(k+d)=W^{-\frac{n(n+u)}{2u}}{X}_u\left(0\right)$

因此，要计算X_u(n)不需要进行DFT计算的变换，只需要计算X_u(0)和的乘法就可直接得到相应的频域值，其中X_u(0)是直流分量，可以提前计算好加以存储，可以使用迭代的方法得到，迭代过程如下：

令 $S\left(n\right)=W^{-\frac{n(n+u)}{2u}},$

则 $S(n+u)=W^{-\frac{(n+u)(n+u+u)}{2u}}=W^{-\frac{n(n+u)}{2u}}{W}^{-(n+u)}=S\left(n\right)W^{-(n+u)}.$

迭代过程消除了中的被除数2u，从而简化了迭代过程。

根据以上推导，得到以下的接收侧随机接入前导码频域序列生成过程：

初始化k＝0，n＝0，s(0)＝1。

依次迭代生成其他N-1点的频域序列：

k1＝(k+u)％N

X_u(k1)＝X_u(k)W^-(k+u)

通过以上过程，可以快速生成根为u的ZC序列对应的DFT，从而用于eNB侧进行随机接入前导码的接收。而发送侧还需要在ZC序列基础上进行循环移位才能得到需要发送的最终序列。根据数字信号处理的理论，时域的循环移位等于频域的相移，于是：

$X_u((n+C_v)\%N)\↔X_u\left(k\right)W^{-k{C}_v}$

$X_u\left(k\right)W^{-k{C}_v}=W^{-\frac{k(k+u)}{2u}-k{C}_v}{X}_u\left(0\right),$ 其中，C_v为发送侧的循环移位值。

这里，要计算的索引值为令 $d=\left(\frac{1}{u}\right)\%N,$ $N_0=\left(\frac{1}{2}\right)\%N$

则有：

s(k)＝k(k+u)dN₀+kC_v

s(k+1)＝s(k)+N₀(2k+u+1)d+C_v

t(k)＝N₀(2k+u+1)d+C_v

t(k+1)＝t(k)+2N₀d＝t(k)+d

根据以上推导，得到以下的发送侧随机接入前导码频域序列生成过程：

初始化s(0)＝0；t(0)＝(N₀(u+1)d％N+C_v％N)％N

然后可通过迭代，依次计算得到：

s(k+1)＝s(k)+t(k)

t(k+1)＝t(k)+d

通过上述分析可见：通过对ZC序列的特性进行分析，利用公式推导的方法，将复杂的DFT换算简化成迭代运算，分别对根序列的频域序列和带循环移位的前导码的频域序列给出相应计算方法，可以极大地简化处理复杂度，降低系统压力，节省产品成本。

实施例一为本发明在接收侧生成根序列的前导码频域序列的方法。图1为实施例一的流程示意图，如图1所示，该方法包括：

步骤101：当信号接收设备接收到信号时，获取随机接入前导码的系统配置参数。

具体地，所述前导码配置参数包括根序列号u和序列点数N。

步骤102：所述信号接收设备根据所述配置参数，获取所述随机接入前导码的直流分量X_u(0)；初始化迭代变量k＝0，n＝0，X_u(k)＝X_u(0)；

本步骤X_u(0)的获取可采用现有方法实现，如可通过查表实现，在此不再赘述。

步骤103：所述信号接收设备按照k1＝(k+u)％N，获取下一频域序列点的索引，其中，u为系统配置的根序列号，N为序列点数；确定迭代系数W^-(k+u)，其中，W＝e^-j2π/N，按照X_u(k1)＝X_u(k)W^-(k+u)，计算得到索引k1对应的频域点值X_u(k1)。

这里，W^-(k+u)的具体确定方法可以是实时计算、查表获取、迭代生成等。例如，可直接根据公式W^-(k+u)＝e^{(-j2π/N)·(-(k+u))}计算得到，或者通过查找预设的迭代系数映射表获得，所述映射表中的W^-(k+u)值，根据公式W^-(k+u)＝e^{(-j2π/N)·(-(k+u))}计算得到。

步骤104：所述信号接收设备判断n是否等于N-1，如果是，则执行步骤106；否则，执行步骤105。

步骤105：按照k＝k1更新k，按照n＝n+1更新n，执行步骤103。

步骤106：将当前得到的N点频域点值作为用于对所述信号进行解码的随机接入前导码。

实施例二为本发明在发送侧生成带循环移位的前导码频域序列的方法。图2为实施例二的流程示意图，如图2所示，该方法包括：

步骤201、当信号发送设备需要生成发送信号时，获取随机接入前导码的系统配置参数。

具体地，所述前导码配置参数包括根序列号u和序列点数N。

步骤202、所述信号发送设备根据所述系统配置参数，获取所述随机接入前导码的直流分量X_u(0)；初始化迭代变量k＝0，s(0)＝0，t(0)＝(N₀(u+1)d％N+C_v％N)％N；其中， C_v为发送侧预设的循环移位值，u为系统配置的根序列号，N为序列点数。

步骤203、所述信号发送设备按照s(k+1)＝s(k)+t(k)，获得迭代系数指数s(k+1)；按照t(k+1)＝t(k)+d，计算迭代系数指数递增值t(k+1)；根据所述s(k+1)和所述X_u(0)，获取下一频域点值X_u(k+1)。

本步骤中，所述X_u(k+1)可以直接根据公式计算得到。也可以根据u和k，查找预设的频域点值映射表获得，所述频域点值映射表中的X_u(k+1)值，根据公式计算得到。

步骤204、所述信号发送设备判断n是否等于N-1，如果是则执行步骤206，否则，执行步骤205。

步骤205、按照k＝k+1更新k，按照n＝n+1更新n，执行步骤203。

步骤206、将当前得到的N点频域点值作为用于对所述信号进行编码的随机接入前导码。

从上述技术方案可以看出，本发明通过对ZC序列的特性进行分析，利用公式推导的方法，将复杂的DFT换算简化成迭代运算，分别对根序列的频域序列和带循环移位的前导码的频域序列给出了计算方法，从而极大的简化了信号发送和接收时的处理复杂度，降低系统压力，节省产品成本。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种随机接入前导码的生成方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a1、当信号接收设备接收到信号时，获取随机接入前导码的系统配置参数；所述前导码配置参数包括根序列号u和序列点数N；

a2、所述信号接收设备根据所述系统配置参数，获取所述随机接入前导码的直流分量X_u(0)；初始化迭代变量k＝0，n＝0，X_u(k)＝X_u(0)；

a3、所述信号接收设备按照k1＝(k+u)％N，获取下一频域序列点的索引，其中，u为系统配置的根序列号，N为序列点数；确定迭代系数W^-(k+u)，其中，W＝e^-j2π/N，计算得到索引kl对应的频域点值X_u(k1)＝X_u(k)W^-(k+u)；如果n＝N－1，则将当前得到的N点频域点值作为用于对所述信号进行解码的随机接入前导码，否则，k＝k1，n＝n+1，重新执行本步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述迭代系数W^-(k+u)根据u和k，查找预设的迭代系数映射表获得，所述映射表中的W^-(k+u)值，根据公式W^-(k+u)＝e^{(-j2π/N)·(-(k+u))}计算得到。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述迭代系数W^-(k+u)根据公式W^-(k+u)＝e^{(-j2π/N)·(-(k+u))}计算得到。

4.一种随机接入前导码的生成方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

b1、当信号发送设备需要生成发送信号时，获取随机接入前导码的系统配置参数；

b2、所述信号发送设备根据所述系统配置参数，获取所述随机接入前导码的直流分量X_u(0)；初始化迭代变量k＝0，s(0)＝0，t(0)＝(N₀(u+1)d％N+C_v％N)％N；其中，C_v为发送侧预设的循环移位值，u为系统配置的根序列号，N为序列点数；

b3、所述信号发送设备按照s(k+1)＝s(k)+t(k)，获得迭代系数指数s(k+1)；按照t(k+1)＝t(k)+d，计算迭代系数指数递增值t(k+1)；根据所述s(k+1)和所述X_u(0)，获取下一频域点值X_u(k+1)，其中，所述X_u(k+1)根据公式得到；如果n等于N－1，则将当前得到的N点频域点值作为用于对所述信号进行编码的随机接入前导码，否则，按照k＝k+1更新k，按照n＝n+1更新n，重新执行本步骤。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述X_u(k+1)根据u和k，查找预设的频域点值映射表获得，所述频域点值映射表中的X_u(k+1)值，根据公式 $X_u(k+1)W^{-(k+1)C_v}=W^{s(k+1)}{X}_u\left(0\right)$ 计算得到。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述系统配置参数包括根序列号u和序列点数N。