CN104135774A - 随机接入前导抗频偏检测方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种随机接入前导抗频偏检测方法与装置，根据信道的相干时间将本地序列分为多个子序列，并分段取出接收序列的每一段数据与本地序列子序列进行相关计算，再对各个分段的相关结果进行累加，根据最后的累加结果判决接收序列中是否存在前导信号。由于采用分段相关计算的方法，所得的相关值更加精准，减少了漏检和虚警概率，有效抑制多普勒频偏的影响，适用于各种信道，且操作易于实现，不需要进行频偏估计和补偿，节省了大量的计算与存储所需的资源和时间。

Description

随机接入前导抗频偏检测方法与装置

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，特别是涉及一种随机接入前导抗频偏检测方法与装置。

背景技术

WCDMA是第三代移动通信系统标准化组织3GPP提出的无线传输技术方案。用户通过公共上行物理信道PRACH(Physical Random Access Channel)接入WCDMA系统，PRACH信道传输的信息由1个或多个长度为4096chips的随机接入前导，和一个长度为10ms或20ms的消息组成。随机接入前导长度为4096chips码片，是对长度为16chips的一个签名序列的256次重复，签名序列共有16个。10ms的随机接入消息包含1个帧数据，20ms的随机接入消息包含2个连续的帧数据。随机接入消息的长度等于当前RACH(Random Access Channel,上行随机接入信道)传输信道的TTI(Transmission Time Interval，传输时间间隔)长度，TTI长度由高层配置。当基站检测到随机接入前导后，由公共下行物理信道AICH(Acquisition Indication Channel)发送肯定或否定应答信息给用户，用户根据AICH中的传输定时参数，在发射上次前导的上行接入时隙之后，在三个或四个上行链路接入时隙上发射随机接入消息。WCDMA基站要正确进行随机接入消息的传输，就要首先正确检测随机接入前导。

在移动通信系统中，信号发射端和信号接收端存在相对速度，由此产生多普勒频偏，在高铁信道中，最大多普勒频偏达到1340Hz，在频偏的影响下，系统性能有较大的恶化，相关峰值的大小和位置会出现较大的偏差，引起漏检概率和虚警概率上升，因此，接收端需要抑制频偏影响，保证前导检测的虚警概率和漏检概率同时达到3GPP组织制定的性能要求。

传统的抑制频偏影响的方法是在检测随机接入前导时，采用预先设置的多个频偏补偿值同时进行频偏补偿，然后判断哪个频偏补偿相关值的峰值能量最大，就用此频偏补偿相关值作为随机接入前导的相关值进行判决检测。但这种方法需要耗费大量软硬件资源，因此预先设置的频偏补偿值不能太多，进而估计出的频偏精度非常粗糙，并且由于噪声的影响，导致与接收到的信号频偏最接近预置频偏对应的能量并不是最大值，噪声对前导相关能量有一定影响，从而影响前导检测的准确性。

另有一种采用迭代检测随机接入信道前导的方法，每次迭代用相干积分结果的自相关函数估计出信号旋转角度，从而估计出一个频偏估计值，用此频偏估计值作为补偿频偏再迭代检测能量大于门限的多径，依此类推，通过多次迭代估计频偏以提高前导检测概率。这种方法不仅耗时长，并且耗费大量软硬件资源，在初次估计频偏时，也容易筛选掉由于噪声影响而造成相关峰值变低的随机接入前导，造成漏检概率上升。

发明内容

基于上述情况，本发明实施例提出了一种随机接入前导抗频偏检测方法与装置，既满足随机接入前导检测对虚警概率和漏检概率的要求，又不增加基站的通信时延和计算资源。

一种随机接入前导抗频偏检测方法，包括步骤：

将本地序列每隔T个数据分为1段子序列，T表示信道相干时间，单位为码片；

在本地序列的每段子序列后面补上W个零，W表示搜索窗的长度；

从接收序列中，每间隔T个数据，取出T+W个数据，得到接收序列的子序列；

在搜索窗长度W范围内，计算补零后本地序列的子序列与接收序列的子序列的相关值；

累加对应于同个本地序列的所述相关值，根据累加结果的峰值判断是否存在前导信号。

一种随机接入前导抗频偏检测装置，包括：

分段模块，用于将本地序列每隔T个数据分为1段子序列，T表示信道相干时间，单位为码片；

补零模块，用于在本地序列的每段子序列后面补上W个零，W表示搜索窗的长度；

取数模块，用于在接收序列中，每间隔T个数据，取出T+W个数据，得到接收序列的子序列；

相关计算模块，用于在搜索窗长度W范围内，计算补零后本地序列的子序列与接收序列的子序列的相关值；

累加模块，用于累加对应于同个本地序列的所述相关值；

判决模块，用于根据所述累加模块累加结果的峰值判断是否存在前导信号。

本发明实施例随机接入前导抗频偏检测方法与装置，根据信道的相干时间将本地序列分为多个子序列，并分段取出接收序列的每一段数据与本地序列子序列进行相关计算，再对各个分段的相关结果进行累加，根据最后的累加结果判决接收序列中是否存在前导信号。由于采用分段相关计算的方法，所得的相关值更加精准，减少了漏检和虚警概率，有效抑制多普勒频偏的影响，适用于各种信道，且操作易于实现，不需要进行频偏估计和补偿，节省了大量的计算与存储所需的资源和时间。

附图说明

图1为本发明随机接入前导抗频偏检测方法的流程示意图；

图2为本发明随机接入前导抗频偏检测装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例在不做任何频偏估计和补偿的条件下实现前导信号的准确检测，保证虚警概率和漏检概率同时满足性能要求。下面结合附图详细解释本发明。

本发明实施例随机接入前导抗频偏检测方法，如图1所示，包括步骤：

步骤S101、对本地序列进行分段处理，得到本地序列的子序列。此处的本地序列可以预先根据16个签名序列并按照3GPP协议生成，生成的16个本地序列用S_i,j(i＝1,2,...,N,j＝1,2,...,L)表示，其中N＝16，即随机接入前导生成时所用签名序列的个数。对每个本地序列进行分段的过程以第i个本地序列为例说明如下：将第i个本地序列S_i,j(j＝1,2,...,L)平均分为K段，得到K段子序列s_i,(k-1)×T+j(j＝1,2,...,T,k＝1,...,K)，K＝L/T，L表示本地序列长度，单位为码片，T表示信道相干时间，可以预先计算出来，单位也为码片，其与信道最大多普勒频偏有关，且能够被本地序列长度L整除。

步骤S102、对本地序列的子序列进行补零处理，以第i个本地序列的子序列为例说明如下：在K段子序列s_i,(k-1)×T+j(j＝1,2,...,T,k＝1,...,K)后面均补上W个零，得到长度为T+W的序列W表示搜索窗的长度，与小区搜索半径有关。对本地序列的子序列进行补零处理意在消除与取数处理所得序列的长度差异，以便进行相关运算。

步骤S103、对接收序列进行取数处理：从接收序列R_l(l＝1,2,...,L+W)中，每间隔T个数据，取出T+W个数据，得到K段长度为T+W的序列G_k＝R_(k-1)×T+l(l＝1,2,...,T+W,k＝1,...,K)，作为接收序列的子序列。

步骤S104、对本地序列的子序列与接收序列的子序列进行相关计算处理：在搜索窗长度W范围内计算序列C_i,k与序列G_k的相关值，得到K段长度为W的序列Corr_i,k，作为相关值序列。可以采用FFT算法或循环相关算法或一切等同算法，优选地采用FFT算法，则T+W必须是2的整数次幂：

f=IFFT(FFT[G_k]*conj(FFT[C_i,k]))，Corr_i,k＝f[1:W]

采用FFT算法可以提高相关值的运算速度，且FFT算法可用一般的DSP芯片在硬件中实现。

步骤S105、对相关值序列进行累加处理，并根据累加结果的峰值判断是否存在前导信号。累加的可以是相关值本身，也可以是相关值的模，或模的平方。优选地，累加K段序列Corr_i,k的模平方值，得到前导信号相关值的功率时延谱PDP_i：在所有本地序列对应的功率时延谱PDP_i(i＝1,2,...,N)中搜索PDP峰值，若所述PDP峰值超过判决门限，则判定有前导信号存在。再根据所述峰值所属的PDP的序号确定前导信号的签名号，根据PDP的长度确定前导信号的时延信息。若所述PDP峰值没有超过判决门限，则判定接收序列中没有前导信号。

步骤S101、S102、S104、S105是对每个本地序列依次执行分段处理、补零处理、相关计算处理和累加处理的过程。步骤S103的取数处理可以在步骤S104的相关计算处理之前的任意时刻执行，不限于步骤S103。

在最大多普勒频偏为1340Hz的高铁信道中，本发明实施例所提供的随机接入前导抗频偏检测方法可将WCDMA系统的上行接收机设置为2倍过采样，并且其采样点与真实的采样点有1/2chip偏差的情况下，仍满足3GPP组织制定的前导检测性能要求，并且有1dB以上的余量。

本发明实施例随机接入前导抗频偏检测装置，如图2所示，包括：

分段模块101，用于对本地序列进行分段处理，本地序列有16个，以第i个本地序列的分段过程为例说明如下：将第i个本地序列S_i,j(j＝1,2,...,L)平均分为K段，得到K段子序列s_i,(k-1)×T+j(j＝1,2,...,T,k＝1,...,K)，K＝L/T，L表示本地序列长度，单位为码片，T表示信道相干时间，可以预先计算出来，单位也为码片，其与信道最大多普勒频偏有关，且能够被本地序列长度L整除。

补零模块102，用于对本地序列的子序列进行补零处理，以第i个本地序列的子序列为例说明如下：在K段子序列s_i,(k-1)×T+j(j＝1,2,...,T,k＝1,...,K)后面均补上W个零，得到长度为T+W的序列W表示搜索窗的长度，与小区搜索半径有关。对本地序列的子序列进行补零处理意在消除与取数处理所得序列的长度差异，以便进行相关运算。

取数模块103，用于对接收序列进行取数处理：对接收序列R_l(l＝1,2,...,L+W)，每间隔T个数据，取出T+W个数据，得到K段长度为T+W的序列G_k＝R_(k-1)×T+l(l＝1,2,...,T+W,k＝1,...,K)，作为接收序列的子序列。

相关计算模块104，用于对本地序列的子序列与接收序列的子序列进行相关计算处理：在搜索窗长度W范围内计算序列C_i,k与序列G_k的相关值，得到K段长度为W的序列Corr_i,k，作为相关值序列。可以采用FFT算法或循环相关算法或一切等同算法，如采用FFT算法，T+W则必须是2的整数次幂：

f=IFFT(FFT[G_k]*conj(FFT[C_i,k]))，Corr_i,k＝f[1:W]

采用FFT算法可以提高相关值的运算速度，且FFT算法可用一般的DSP芯片在硬件中实现。

累加模块105，用于对相关值序列进行累加处理，累加的可以是相关值本身，也可以是相关值的模，或模的平方。优选地，累加K段序列Corr_i,k的模平方值，得到前导信号相关值的功率时延谱PDP_i：

判决模块106，用于根据所述累加模块累加结果的峰值判断是否存在前导信号。如累加模块累加相关值序列的模平方值，则判决模块根据所得功率时延谱的峰值判断接收序列中是否存在前导信号：在所有本地序列对应的功率时延谱PDP_i(i＝1,2,...,N)中搜索PDP峰值，若所述PDP峰值超过判决门限，则判定有前导信号存在。再根据所述峰值所对应的本地序列及在本地序列中所对应的子序列，即可确定前导信号的签名号及时延信息。若所述PDP峰值没有超过判决门限，则判定接收序列中没有前导信号。

分段模块101、补零模块102、相关计算模块104和累加模块105是对每个本地序列依次执行分段处理、补零处理、相关计算处理和累加处理的模块。取数模块103对接收序列的的取数处理可以在相关计算处理之前的任意时刻执行。

如图2所示，分段模块101、补零模块102、相关计算模块104、累加模块105和判决模块106依次相连，取数模块103与相关计算模块104相连，从而构成本装置的一个实施例。

作为一个优选的实施例，本装置还可以包括本地序列生成模块，用于根据16个签名序列并按照3GPP协议生成与接收序列做相关的本地序列S_i,j(i＝1,2,...,N,j＝1,2,...,L)，其中N＝16，即随机接入前导生成时所用签名序列的个数。分段模块101则对所生成的本地序列进行上述分段处理。

在最大多普勒频偏为1340Hz的高铁信道中，本发明实施例所提供的随机接入前导抗频偏检测装置可将WCDMA系统的上行接收机设置为2倍过采样，并且其采样点与真实的采样点有1/2chip偏差的情况下，仍满足3GPP组织制定的前导检测性能要求，并且有1dB以上的余量。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种随机接入前导抗频偏检测方法，其特征在于，包括步骤：

将本地序列每隔T个数据分为1段子序列，T表示信道相干时间，单位为码片；

在本地序列的每段子序列后面补上W个零，W表示搜索窗的长度；

从接收序列中，每间隔T个数据，取出T+W个数据，得到接收序列的子序列；

在搜索窗长度W范围内，计算补零后本地序列的子序列与接收序列的子序列的相关值；

累加对应于同个本地序列的所述相关值，根据累加结果的峰值判断是否存在前导信号。

2.根据权利要求1所述的随机接入前导抗频偏检测方法，其特征在于，所述步骤累加对应于同个本地序列的所述相关值，根据累加结果的峰值判断是否存在前导信号具体包括：

累加对应于同个本地序列的所述相关值的模平方值，得到前导信号相关值的功率时延谱；

在所有本地序列对应的功率时延谱中搜索峰值，若所述峰值超过判决门限，则判定有前导信号存在。

3.根据权利要求2所述的随机接入前导抗频偏检测方法，其特征在于，在判定有前导信号存在后，还包括步骤：

根据所述峰值所属的功率时延谱及功率时延谱的长度，确定前导信号的签名号及时延信息。

4.根据权利要求1或2或3所述的随机接入前导抗频偏检测方法，其特征在于，在将本地序列每隔T个数据分为1段子序列之前，还包括步骤：

根据签名序列并按照3GPP协议生成本地序列。

5.根据权利要求1或2或3所述的随机接入前导抗频偏检测方法，其特征在于，采用FFT算法计算所述相关值：

f=IFFT(FFT[G_k]*conj(FFT[C_i,k]))，Corr_i,k＝f[1:W]；

G_k表示接收序列的子序列，C_i,k表示补零后第i个本地序列的子序列，Corr_i,k表示相关值序列，T+W是2的整数次幂。

6.一种随机接入前导抗频偏检测装置，其特征在于，包括：

分段模块，用于将本地序列每隔T个数据分为1段子序列，T表示信道相干时间，单位为码片；

补零模块，用于在本地序列的每段子序列后面补上W个零，W表示搜索窗的长度；

取数模块，用于在接收序列中，每间隔T个数据，取出T+W个数据，得到接收序列的子序列；

相关计算模块，用于在搜索窗长度W范围内，计算补零后本地序列的子序列与接收序列的子序列的相关值；

累加模块，用于累加对应于同个本地序列的所述相关值；

判决模块，用于根据所述累加模块累加结果的峰值判断是否存在前导信号。

7.根据权利要求6所述的随机接入前导抗频偏检测装置，其特征在于，

所述累加模块所累加的是对应于同个本地序列的所述相关值的模平方值，得到前导信号相关值的功率时延谱，所述判决模块在所有本地序列对应的功率时延谱中搜索峰值，若所述峰值超过判决门限，则判定有前导信号存在。

8.根据权利要求7所述的随机接入前导抗频偏检测装置，其特征在于，所述判决模块还用于在判定有前导信号存在后，根据所述峰值所属的功率时延谱及功率时延谱的长度，确定前导信号的签名号及时延信息。

9.根据权利要求6或7或8所述的随机接入前导抗频偏检测装置，其特征在于，还包括本地序列生成模块，用于根据签名序列并按照3GPP协议生成本地序列，所述分段模块再对生成的本地序列进行分段。

10.根据权利要求6或7或8所述的随机接入前导抗频偏检测装置，其特征在于，所述相关计算模块还用于采用FFT算法计算所述相关值：

f=IFFT(FFT[G_k]*conj(FFT[C_i,k]))，Corr_i,k＝f[1:W]；

G_k表示接收序列的子序列，C_i,k表示补零后第i个本地序列的子序列，Corr_i,k表示相关值序列，T+W是2的整数次幂。