CN110268649B - 组合不同长度的同步序列 - Google Patents

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Abstract

一种用于在通信系统中生成复合同步序列的系统和方法。在一个实施例中，装置(110、200、120、300)被配置为：在第一域中提供第一同步序列和第二同步序列，将第一同步序列和第二同步序列变换到第二域中，以及将第二域中的第一同步序列和第二同步序列扩展到到共同长度，以产生扩展后的第一同步序列和扩展后的第二同步序列。所述装置(110、200、120、300)还被配置为：将扩展后的第一同步序列和扩展后的第二同步序列变换到第一域中，以及在第一域中将扩展后的第一同步序列和扩展后的第二同步序列逐元素地相乘，以获得复合同步序列。所提出的扩展是通过频域中的零填充而进行的时域中的内插。通常，具有不同循环移位的Zad‑off‑Chu序列与m序列进行组合。这种组合增加了具有良好的自相关和互相关属性的PRACH的可用序列的数量。

Description

组合不同长度的同步序列
本申请要求2017年2月6日提交的题为“COMBINING SYNCHRONIZATION SEQUENCESOF DIFFERENT LENGTHS”的美国临时申请No.62/455,305的权益，该临时申请通过引用并入本文。
技术领域
本发明总体涉及通信系统，更具体地，涉及用于在通信系统中生成复合同步序列的系统和方法。
背景技术
在典型的无线电通信系统(例如，长期演进(“LTE”))中，来自通电后的用户设备(“UE”)的初始传输通常包括物理随机接入信道(“PRACH”)上的前导码。PRACH前导码是用于如下目的的同步序列：向网络通知加入该网络的用户设备的存在，以及允许网络估计用户设备与网络发送和接收点(“TRP”)之间的往返延迟。对用户设备与发送和接收点之间的往返延迟的估计是可能的，因为用户设备在听到由发送和接收点在下行链路上发送的同步信道传输之后以某一预定时间间隔进行用户设备的PRACH传输。然后，使用所估计的往返延迟来使用户设备配置有定时提前，即，用户设备应该在任何后续传输中通过提早发送来补偿往返延迟，从而确保传输在期望的时间点到达发送和接收点。
往返延迟可能相当大，比正交频分复用(“OFDM”)符号的循环前缀(“CP”)大好几倍，或者甚至比整个OFDM符号都大得多。因此，对于具有大的延迟不确定性的精确检测，通信系统针对PRACH使用特殊的、非常长的OFDM符号，其基于大小是正常离散傅立叶变换的12倍的离散傅里叶变换(“DFT”)，并且还具有长的循环前缀。该解决方案可以在LTE中很好地工作，但是在以大型天线阵列为基础的第五代(“5G”)无线电通信系统中，从实现的角度来看，可能不期望的是针对每个天线分支在专用集成电路(“ASIC”)中潜在地需要特殊的大的离散傅立叶变换。还存在例如与不同信号数字的共存相关的其他潜在问题。
因此，本领域中需要的是一种生成用于通信系统中的通信节点之间的通信的复合同步序列的系统和方法。
发明内容
通过本发明的用于在通信系统中生成复合同步序列的系统和方法的有利实施例，这些和其它问题通常得以解决或避免，并且技术优势通常得以实现。在一个实施例中，一种装置被配置为：在第一域中提供第一同步序列；在第一域中提供第二同步序列，其中第二同步序列的长度与第一同步序列不同；以及将第一同步序列和第二同步序列变换到第二域中。该装置还被配置为：将第二域中的第一同步序列和第二域中的第二同步序列扩展到共同长度，以产生扩展后的第一同步序列和扩展后的第二同步序列；以及将扩展后的第一同步序列和扩展后的第二同步序列变换到第一域中。该装置还被配置为：将第一域中的扩展后的第一同步序列和第一域中的扩展后的第二同步序列逐元素地相乘，以获得复合同步序列。
在另一实施例中，一种装置被配置为：在第一域中提供第一同步序列；在第一域中提供第二同步序列，其中第二同步序列的长度与第一同步序列不同；以及将第一同步序列变换到第二域中。该装置还被配置为：将第二域中的第一同步序列扩展到与第一域中的第二同步序列的共同长度，以产生扩展后的第一同步序列；以及将扩展后的第一同步序列变换到第一域中。该装置还被配置为：将第一域中的扩展后的第一同步序列和第一域中的第二同步序列逐元素地相乘，以获得复合同步序列。
以上概述了本发明的相当广泛的特征和技术优点，以便可以更好地理解下面对本发明的详细描述。以下将描述形成本发明的权利要求的主题的本发明的附加特征和优点。本领域技术人员应该理解，所公开的概念和具体实施例可以被容易地用作修改或设计用于实现与本发明相同目的的其他结构或过程的基础。本领域技术人员还应该认识到，这种等同的构造不脱离所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围。
附图说明
为了更全面地理解本发明，现在结合附图参考以下描述，在附图中：
图1至图3示出了通信系统及其部分的实施例的示图；
图4示出了包括通信网络在内的通信系统的实施例的示意图；
图5示出了通信系统的实施例的框图；
图6示出了物理随机接入信道(“PRACH”)的前导码的信令格式的实施例的图形表示；
图7示出了链路仿真的图形表示，其中该链路仿真示出了组合同步序列的性能；
图8示出了操作通信系统的通信节点的方法的实施例的流程图；以及
图9示出了操作通信系统的通信节点的方法的另一实施例的流程图。
除非另有说明，否则不同附图中的对应数字和符号通常指代对应的部分，并且为了简洁起见在第一实例之后可以不再重新描述。绘制附图以说明示例性实施例的相关方面。
具体实施方式
下面详细讨论本示例性实施例的形成和使用。然而，应该理解的是，实施例提供了可以在各种具体上下文中体现的许多可应用发明概念。所讨论的特定实施例仅说明用于形成和使用用于在通信系统中生成复合同步序列的系统、子系统和模块的具体方式。虽然将在第三代合作伙伴计划(“3GPP”)长期演进(“LTE”)通信系统的环境中描述这些原理，但是诸如Wi-Fi无线通信系统之类的任何环境都在本公开的广泛的范围内。
首先参考图1至图3，示出了通信系统100及其部分的实施例的示图。如图1所示，通信系统100包括无线通信设备的一个或多个实例(其中一个被指定为110，并且还被称为用户设备(“UE”))。
无线通信设备110可以是具有可寻址接口(例如，互联网协议(“IP”)地址、蓝牙标识符(“ID”)、近场通信(“NFC”)ID等)、小区无线电网络临时标识符(“C-RNTI”)和/或旨在用于经由接入网络接入服务并且被配置为经由可寻址可口通过通信网络进行通信的任何设备。例如，无线通信设备110可以是(但不限于)：移动电话、智能电话、传感器设备、仪表、车辆、家用电器、医疗设备、媒体播放器、相机或任何类型的消费者电子设备(例如但不限于：电视、收音机、照明装置、平板计算机、膝上型计算机或PC)。无线通信设备110可以是能够经由无线连接或有线连接传送语音和/或数据的便携式、口袋存储式、手持式、计算机包含式或车辆安装式移动设备。无线通信设备110可以具有用于执行监控、控制、测量、记录等的功能并被配置用于连接到诸如本地ad-hoc网络或因特网之类的网络，其中这些功能可以被嵌入在中央处理单元(“CPU”)、微处理器、ASIC等中和/或被其控制/监控。无线通信设备110可以具有无源通信接口(例如，快速响应(Q)代码、射频识别(“RFID”)标签、NFC标签等)或有源通信接口(例如，调制解调器、收发器、发射器-接收器等)。
通信系统100还包括能够与无线通信设备110进行通信的一个或多个无线电接入节点(其中一个被指定为120，例如，eNodeB、gNB或其他基站)以及适合于支持无线通信设备110之间或无线通信设备110和另一通信设备(例如，陆线电话)之间的通信的任何附加元件。尽管所示的无线通信设备110可以表示包括硬件和/或软件的任何合适组合在内的通信设备，但是在特定实施例中，这些无线通信设备110可以表示诸如由图2更详细示出的示例无线通信设备200之类的设备。类似地，尽管所示的无线电接入节点120可以表示包括硬件和/或软件的任何合适组合在内的网络节点，但是在特定实施例中，这些节点可以表示诸如由图3更详细示出的示例无线电接入节点300之类的设备。
如图2所示，示例无线通信设备200包括处理器(或处理电路)210、存储器220、收发器230以及天线240。在特定实施例中，可以通过设备处理器执行计算机可读介质(例如图2所示的存储器)上存储的指令，来提供上由机器型通信(“MTC”)和机器对机器(“M2M”)设备和/或任何其他类型的无线通信设备所提供的上述功能中的一些或全部。无线通信设备200的备选实施例可以包括超出图2中所示的组件之外的附加组件，其中该附加组件可以负责提供设备的功能(包括上面描述的功能中的任何一个和/或支持本文描述的解决方案所需的任何功能)的某些方面。
如图3所示，示例无线电接入节点300包括处理器(或处理电路)310、存储器320、收发器330、网络接口340以及天线350。在特定实施例中，可以通过节点处理器执行计算机可读介质(例如，图3中所示的存储器)上存储的指令，来提供可以基站、节点B、增强型节点B、基站控制器、无线电网络控制器、中继站和/或任何其他类型的网络节点提供的本文描述的功能中的一些或全部。无线电接入节点300的备选实施例可以包括负责提供附加功能(包括上面标识的功能中的任何一个和/或支持本文描述的解决方案所需的任何功能)的附加组件。
可以利用一个或多个处理设备实现的处理器执行与其操作相关联的功能，包括但不限于：天线增益/相位参数的预编码、形成通信消息的各个比特的编码和解码、信息的格式化和相应通信设备的总体控制。与通信资源的管理相关的示例性功能包括但不限于：硬件安装、流量管理、性能数据分析、配置管理、安全性、计费等。处理器可以具有适合于本地应用环境的任何类型，并且作为非限制性示例可以包括以下中的一个或多个：通用计算机、专用计算机、微处理器、数字信号处理器(“DSP”)、现场可编程门阵列(“FPGA”)、专用集成电路(“ASIC”)和基于多核处理器架构的处理器。
存储器可以是一个或多个存储器，并且可以具有适合于本地应用环境的任何类型，并且可以使用任何合适的易失性或非易失性数据存储技术(例如，基于半导体的存储器件、磁存储器件和系统、光学存储器件和系统、固定存储器和可拆卸存储器)来实现。在存储器中存储的程序可以包括当由相关联的处理器执行时使相应通信设备能够执行其预期任务的程序指令或计算机程序代码。当然，存储器可以形成数据缓冲器，用于将数据发送至该数据缓冲器或者从该数据缓冲器发送数据。如本文所述的系统、子系统和模块的示例性实施例可以至少部分地由处理器、硬件或其组合可执行的计算机软件来实现。
收发器将信息调制到载波波形上，以便由相应通信设备经由相应天线发送给另一通信设备。相应收发器解调经由天线接收的信息，以供其他通信设备进一步处理。收发器能够支持相应通信设备的双工操作。网络接口执行与收发器与核心网络通信类似的功能。
现在转向图4，示出了通信系统的实施例的示意图，其中该通信系统包括连接到主机计算机的通信网络(例如，3GPP型蜂窝网络)410。通信网络410包括接入网络411(例如，无线电接入网络)和核心网络414。接入网络411包括多个基站412a、412b、412c，例如NB、eNB、gNB或其他类型的无线接入点，每个基站定义对应的覆盖区域413a、413b、413c。每个基站412a、412b、412c可通过有线连接或无线连接415连接到核心网络414。位于覆盖区域413c中的第一用户设备(“UE”)491被配置为无线连接到对应的基站412c或由对应的基站412c寻呼。覆盖区域413a中的第二用于设备492可无线连接到对应的基站412a。虽然在该示例中示出了多个用户设备491、492，但是所公开的实施例同样适用于单独的用户设备位于覆盖区域中或者单独的用户设备连接到对应的基站412的情况。
通信网络410本身连接到主机计算机430，其中主机计算机730可以体现在独立服务器、云实现的服务器、分布式服务器的硬件和/或软件中，或者体现为服务器群中的处理资源。主机计算机430可以由服务提供商所有或在服务提供商控制之下，或者可以由服务提供商操作或代表服务提供商操作。通信网络410和主机计算机430之间的连接421、422可以直接从核心网络414扩展到主机计算机430，或者可以经过可选的中间网络420。中间网络420可以是公共、私人或托管网络中的一个或多于一个的组合；中间网络420(如果有的话)可以是骨干网络或互联网；特别地，中间网络420可以包括两个或更多个子网络(未示出)。
图4的通信系统作为整体，实现了连接的用户设备491、492之一和主机计算机430之间的连接。该连接可以被描述为过顶(“OTT”)连接450。主机计算机430和所连接的用户设备491、492被配置为使用接入网络411、核心网络414、任何中间网络420和可能的其他中间基础设施(未示出)作为中介经由OTT连接450传送数据和/或信令。OTT连接450所通过的参与通信设备不知道上行链路和下行链路通信的路由，在此意义上，OTT连接450可以是透明的。例如，基站412可以不被告知或不需要被告知关于进入的下行链路通信的过去的路由，该下行链路通信具有源自主机计算机430并要被转发(例如，移交)给所连接的用户设备491的数据。类似地，基站412不需要知道源自用户设备491并朝向主机计算机430的输出的上行链路通信的未来的路由。
现在转到图5，示出了通信系统500的实施例的框图。在通信系统500中，主机计算机510包括硬件515，其中硬件515包括通信接口516，该通信接口516被配置为与通信系统500的不同通信设备的接口建立并保持有线连接或无线连接。主机计算机510还包括处理电路(处理器)518，其可以具有存储和/或处理能力。特别地，处理电路518可以包括适于执行指令的一个或多个可编程处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列或这些(未示出)的组合。主机计算机510还包括软件511，软件511被存储在主机计算机510中或可由其访问，并且可以由处理电路518执行。软件511包括主机应用512。主机应用512可以操作用于向远程用户提供服务，该远程用户例如是经由OTT连接550连接的用户设备(“UE”)530，该OTT连接550终止于用户设备530和主机计算机510。在向远程用户提供服务时，主机应用512可以提供使用OTT连接550所发送的用户数据。
通信系统500还包括在通信系统中设置的基站520，该基站520包括使其能够与主机计算机510和用户设备530通信的硬件525。硬件525可以包括：通信接口526，用于建立并保持与通信系统500的不同通信设备的接口的有线连接或无线连接；以及无线电接口527，用于至少建立并保持与用户设备530的无线连接570，其中用户设备530位于由基站520提供服务的覆盖区域(图5中未示出)中。通信接口526可以被配置为促进与主计算机510的连接560。连接560可以是直接的，或者其可以穿过通信系统的核心网络(图5中未示出)和/或通过位于通信系统外部的一个或多个中间网络。在所示实施例中，基站520的硬件525还包括处理电路(处理器)528，其中该处理电路(处理器)528可以包括适于执行指令的一个或多个可编程处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列或它们的组合(未示出)。基站520还具有内部存储的或者可经由外部连接访问的软件521。
通信系统500还包括用户设备530。用户设备530包括具有无线电接口537的硬件535，其中该无线电接口537被配置为与服务于用户设备530当前所在的覆盖区域的基站520建立并保持无线连接570。用户设备530的硬件535还包括处理电路(处理器)538，其中该处理电路(处理器)538可以包括可以包括适于执行指令的一个或多个可编程处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列或它们的组合(未示出)。用户设备530还包括软件531，其中软件531被存储在用户设备530中或可由其访问，并且可由处理电路538执行。软件531包括客户端应用532。客户端应用532可以操作用于在主机计算机510的支持下，经由用户设备530向人类或非人类用户提供服务。在主机计算机510中，正在执行的主机应用512可以经由OTT连接550与正在执行的客户端应用532通信，其中该OTT连接550终止于用户设备530和主机计算机510。在向用户提供服务时，客户端应用532可以从主机应用512接收请求数据，并响应于请求数据来提供用户数据。OTT连接550可以传输请求数据和用户数据两者。客户端应用532可以与用户交互以生成其提供的用户数据。
要注意，图5中所示的主机计算机510、基站520和用户设备530可以分别与图4的主机计算机430、基站412a、412b、412c之一和用户设备491、492之一相同。也就是说，这些实体的内部工作方式可以如图5所示，并且独立地，周围网络拓扑可以是图4的网络拓扑。
在图5中，已抽象地描绘了OTT连接550以说明经由基站520在主机机计算机510和用户设备530之间的通信，而没有明确地涉及任何中间设备和经由这些设备的消息的精确路由。网络基础设施可以确定路由，其可以被配置为对于用户设备530或运营主机计算机510的服务提供商或这二者隐藏起来。当OTT连接550是活跃的时，网络基础设施可以进一步做出动态改变路由的决定(例如，基于负载平衡考虑或网络的重新配置)。
可以提供测量过程以用于监视数据速率、时延和作为一个或多个实施例的改进对象的其他因素。还可以存在可选的网络功能，用于响应于测量结果的变化而重新配置主机计算机510和用户设备530之间的OTT连接550。测量过程和/或用于重新配置OTT连接550的网络功能可以在主机计算机510的软件511中或在用户设备530的软件531中或在这二者中实现。在实施例中，传感器(未示出)可以被部署在OTT连接550所穿过的通信设备中或与这些通信设备相关联地部署；传感器可以通过提供上文例举的监控量的值或者提供软件511、531可以从中计算或估计监控量的其他物理量的值来参与测量过程。OTT连接550的重新配置可以包括消息格式、重传设置、优选路由等；重新配置不需要影响基站520，并且该重新配置对于基站520可以是不知道或察觉不到的。这些过程和功能可以是本领域已知和已被实践的。在某些实施例中，测量可以涉及专有用户设备信令，其中该专有用户设备信令便于主机计算机510对吞吐量、传播时间、延迟等的测量。测量可以通过以下方式实现：软件511、531使用OTT连接550发送消息(特别是空消息或“虚拟”消息)，同时对传播时间、错误等进行监视。此外，通信系统500可以采用如本文所述的原理。
在题为“TRANSMISSION AND RECEPTION OF A RANDOM ACCESS PREAMBLE SIGNAL”的美国专利申请公开No.2017/0006638以及题为“ENHANCED PRACH PREAMBLE FORMAT”的美国专利申请公开No.2017/0006637中描述了用于估计用户设备与通信节点(例如，发送和接收点)之间的往返延迟的解决方案，其通过引用并入本文。在这些应用中，不是使用特殊的长OFDM符号，而是使用重复多次的正常OFDM符号，在重复之间没有循环前缀，如根据现在要参考的图6所示的下层的新无线电(“NR”)中的实施例所示。
现在转向图6，示出了PRACH的前导码的信令格式的实施例的图形表示。更具体地，图6在图6的上部示出了LTE PRACH离散傅里叶变换(“DFT”)格式与时间，并且在下部示出了本文针对NR的引入的NR PRACH离散傅里叶变换格式。通过新格式，每个OFDM符号有效地用作下一个OFDM符号的长循环前缀。新格式也可以应用于PRACH前导码，其中，每个OFDM符号具有循环前缀。
然而，使用由几个短序列而不是单个长序列形成的PRACH前导码的潜在问题在于，更加难以找到足够大的一组具有良好的自相关和互相关属性的不同序列。良好的自相关属性对于精确的延迟估计是有利的。具有良好的互相关属性的许多序列在蜂窝系统中是优选的，用于同时(i)确保不同附近小区中的用户设备使用不同的序列，使得来自不同小区中的用户设备的PRACH不会被发送和接收点错误地检测到；并且(ii)确保存在用于分配给每个小区的很多序列，使得减少使用相同序列的两个用户设备同时联系网络的风险，特别是在每个用户设备从所分配的组中随机地选择序列的情况下，这在诸如LTE的无线电通信系统中是常见的。例如，众所周知的典型的长度为N的序列类型(例如，Zadoff-Chu(“ZC”)序列和金氏序列(Gold sequence)仅限于大约N个具有良好的相关属性的不同序列。诸如m序列之类的其他类型仅限于一个或几个具有良好的相关属性的序列。此后，自相关和互相关属性有时统被称为相关属性。例如，参见1996年P.Fan和M.Darnell所著的题为“SEQUENCEDESIGN FOR COMMUNICATIONS APPLICATIONS“的书籍得到与Zadoff-Chu序列、Gold序列和m序列(又称为最大长度序列)相关的描述，其通过引用并入本文。
在一些特定情况下，可以使用超出该限制的各种技术。例如，如果已知环境中的最大传播延迟在延迟参数Tdelay以下，则对于每个原始序列(具有良好的相关属性)，可以生成除了循环移位0、Tdelay、2Tdelay、3Tdelay...之外都相同的一组序列，可以证明该组序列也具有良好的相关属性(与所有移位和原始序列)。然而，如果原始序列很短，则在典型环境中可能没有或有很少的不同移位。
在2017年1月16至20日Huawei，HiSilicon，3GPP TSG-RAN WG1 RAN1-NR#1，Spokane，USA的题为“RACH PREAMBLE DESIGN FOR NR”的文档R1-1700034中提出了针对该潜在问题的解决方案，其通过引用并入本文。该文献描述了用于生成具有良好的自相关和互相关属性的许多不同序列的方法。这是通过将(非移位的)Zadoff-Chu序列逐元素地与m序列的不同循环移位版本相乘来实现的。例如，如果N是素数，则可以生成具有良好的相关属性的N-1个不同的Zadoff-Chu序列，每个Zadoff-Chu序列可以与具有0，...N-1范围内的任何循环前缀的m序列进行组合(长度也是N)，从而形成具有良好的自相关和互相关属性的(N-1).N个不同序列。其他这种序列组合也是可能的。在之前已经提出了作为用于设计具有良好的相关属性的序列的手段将类似啁啾的序列(Zadoff-Chu是其典型示例)和具有良好的相关属性的二进制序列(m序列是其典型示例)进行组合的总体构思，如2006年5月27至29日由Hamad-Ameen在土耳其伊斯坦堡的“proceedings of the 5th WSEAS InternationalConf.on Telecommunications and Informatics”pp.371-376中公开的题为“PROPOSEDSETS OF POLYPHASE SPREADING SEQUENCES FOR DS-CDMA SYSTEM”的文档中所描述的，其通过引用并入本文。
通过将具有不同循环移位的Zadoff-Chu序列乘以非移位m序列，可以实现类似的效果。也可以使用Zadoff-Chu移位和m序列移位的混合，只要在相关用例中不出现不期望的歧义。应注意，本文介绍的方法可适用于所有这些类型的移位。还应注意，本文讨论的Zadoff-Chu序列和m序列之间的相对移位不应与下文所讨论的几倍于Tdelay的总体共同移位混淆。
两个序列的逐元素组合需要两个序列具有相等的长度。然而，对于在其他方面具有吸引力的某些序列组合而言，这不是必须满足的(参见，例如，2017年1月16至20日Huawei，HiSilicon，3GPP TSG-RAN WG1 RAN1-NR#1，Spokane，USA的题为“RACH PREAMBLEDESIGN FOR NR”的文档R1-1700034中描述的用于ZCxM设计原理的有效实现，其通过引用并入本文)。为了生成具有给定长度N的许多不同的Zadoff-Chu序列，N是素数，而m序列的长度具有2n-1的形式，其中n是整数。必须同时满足这两个要求限制了对序列长度的可能的选择。
该限制在实践中证明是高度相关的，因为在爱立信文档R1-1700298“NR PRACHDESIGN”(其通过引用并入本文)中描述的针对NR的PRACH前导码设计的最近的提议中，子载波的数量应该是72(对于所有载波频率，然而子载波间隔可以变化)，这意味着用于良好的检测性能的同步序列应该具有长度N＝72或仅略短，例如，因为否则的话，延迟估计精度会显著降低。但是，N≤72的既是素数又是具有2n-1形式的数的最大数是31。注意，在上文引用的文献R1-1700034中，该方法以长度为63的序列为例，其使得仅能够生成两个具有良好的相关属性的Zadoff-Chu序列。
如本文所介绍的，描述了用于以产生与根据等长序列的简单的逐元素相乘所预期的相关属性相同或相似的相关属性的方式来组合具有不等长度的两个序列的方法。在实施例中，这通过在时域(“TD”)中生成两个序列来实现。然后，对于每个序列，分别进行以下操作：(i)使用离散傅里叶变换将序列转换到频域(“FD”)，(ii)例如，如果频域表示短于期望的子载波数量，则用零将其填充到期望的子载波数量(对于两个序列相同)，以及(iii)使用逆离散傅里叶变换(“IDFT”)将序列转换回到时域。最后，将两个现在等长的时域序列逐元素地相乘。这在时域中产生具有(接近)期望的相关属性的序列。
虽然本文描述的实施例示出了使用PRACH的序列设计的上下文，但是本文描述的概念可以同样适用于需要许多具有良好的相关属性的序列的其他应用。本文描述的实施例能够构建具有良好的自相关和互相关属性的大量序列，这进而可以例如改善PRACH前导码或其他信号检测性能，从而使得用户设备连接和/或切换过程在诸如5G网络之类的网络中更快且更可靠。
现在转向图7，示出了链路仿真的图形表示，其中该链路仿真示出了组合同步序列的性能，所述组合同步序列产生可接受的单链路性能，同时允许具有良好的相关属性的大量序列。图7示出了本文介绍的用于组合两个不等长度的序列(长度为71的Zadoff-Chu(“ZC”)序列和长度为63的m序列)的过程提供了与组合两个相同长度的序列(长度为63的Zadoff-Chu和长度为63的m序列)类似的性能。同时，使用新的长度为71的Zadoff-Chu(“ZC”)序列允许构建4410(70·63)个序列，而使用长度为63的Zadoff-Chu(“ZC”)仅允许构造126(2·63)个具有良好的互相关属性的序列。本文介绍的方法以产生与根据等长序列的简单的逐元素相乘所预期的相关属性相同或相似的相关属性的方式来组合两个不等长度的序列。
在实施例中，以保持每个单独序列的相关属性的方式分别将每个序列的长度扩展到共同长度。这可以通过将每个时域(“TD”)序列分别转换为类似频域(类似“FD”)的表示(例如，使用离散傅里叶变换(“DFT”))来实现。当然，其他类型的变换也是可能的，例如但不限于Walsh(沃尔什)变换和离散余弦变换(“DCT”)。然后，在转换回到时域表示之前，该过程在类似频域的表示中将每个序列分别填充到期望的长度，例如72个子载波。在序列具有相同的长度之后，它们可以逐元素地相乘。
更详细地说，该过程包括在时域(“TD”)中生成两个序列。然后，对于每个序列，分别进行以下操作：(i)使用离散傅里叶变换将序列转换到频域(“FD”)；(ii)如果例如频域表示比期望的子载波数量短，则用零将其填充到期望的子序列载波数量(对于两个序列相同)；(iii)使用逆离散傅立叶变换将序列转换回到时域。然后，将两个(现在等长的)时域序列逐元素地相乘。然后，通过DFTS-OFDM调制，即，通过与时域序列相同数量的子载波变换到频域，然后是零填充、执行逆离散傅立叶变换、以及与循环前缀级联。应注意，至少对于相关长度的逆离散傅立叶变换，硬件加速器在通信节点中是可用的，因此从实现的角度来看，可以方便地使用DFT/IDFT。
这两个序列可以是但不限于：类似啁啾的序列(例如，Zadoff-Chu序列、广义的Zadoff-Chu序列、Frank序列、广义的Frank序列、Milewski序列、Ipatov序列，广义的类似啁啾(“GCL”)的序列(如由Popovic在IEEE Transactions on Information Theory，vol.38，no.4，pp.1406-1409，Jul 1992发表的题为“GENERALIZED CHIRP LIKE POLYPHASESEQUENCES WITH OPTIMUM CORRELATION PROPERTIES”的论文中所描述的，其通过引用并入本文)、Mow序列(如由MoW在“Proceedings of 1995IEEE International Symposium onInformation Theory”Whistler，BC，1995，pp.459中发表的题为“A UNIFIED CONSTRUCTIONOF PERFECT POLYPHASE SEQUENCES”的论文所描述的，其通过引用并入本文))以及二进制序列(例如，m序列、Barker序列、Golay序列等)。然而，两个其他类型的序列或两个类似类型的序列的组合也是可能的。
该方法还可以用于组合三个或更多个序列。然后，在将每个序列逐元素地相乘之前，可以将每个序列(或每个序列的序列)扩展到共同长度。另一选项是在(通过在时域中逐元素地相乘)组合序列之前首先将序列的子集扩展到共同长度，以形成新序列，然后在时域中进行最终组合之前将该序列和其他序列扩展到共同长度。如果序列之一经历不同的循环移位，则可以在扩展到共同长度之前或之后执行循环移位。
这里描述的方法对于除时域中的单纯的逐元素相乘之外的其他类型的组合也可以是有用的。例如，加权加法(使用实数或复数权重进行的线性组合)是可能的。例如，可以将两个实值二进制序列组合成一个复合序列，然后将该复合序列与第一序列(例如，Zadoff-Chu序列)逐元素地相乘。
在各个(非组合)序列被存储在存储器中的通信节点(或通常为设备)中，可以有利的是在频域中或内插时域中将这些序列以已填充状态来存储。然后，只需要实时地进行逐元素相乘。备选地，如果所涉及的序列可以直接在频域中生成(这例如适用于Zadoff-Chu序列)，则可以有利的是在频域中直接生成序列，从而省略了每个序列从时域到频域的初始转换。
在可能的实施方式中，不同长度的(两个或更多个)序列在时域中生成，分别被变换到频域并用零填充，被变换到时域，其中在逐元素相乘之前或之后添加循环前缀。这里，用零填充可以高达系统带宽，即，频域中的子载波的数量对应于无线电中使用的采样速率。
在一些场景中，各个序列之一的长度可能已经等于期望的组合序列长度。在这种情况下，需要对其余的较短时域序列应用到频域的转换和零填充。
在一些实施例中，最终的逐元素相乘可以在频域中作为循环卷积来执行。虽然严格地说这在计算上比时域中的相乘效率低，但是在载波带宽中的附加信号在频域中过于聚合并且被一起变换到时域的情况下可能是优选的。对于如短PRACH前导码示例的较短序列来说，计算上的影响可以被认为是可忽略的。
如果在某一应用中，期望在频域中而不是在时域中具有良好的相关属性的序列，则可以使用上述的一般方法，区别在于通过以下操作来扩展到相同长度：使用逆离散傅里叶变换转换到时域，在时域中填充到期望的长度，然后使用离散傅里叶变换(或者如果在类似时域的域中使用另一变换)转换回到频域。
可以在典型应用中执行以下步骤。第一步是创建类型A的第一序列(例如，Zadoff-Chu)，然后创建类型B的第二序列(例如，m序列)，其中第二序列的长度与第一序列不同。下一步是通过(但不限于)离散傅立叶变换、0填充和逆离散傅立叶变换的步骤将每个序列分别扩展到共同长度。此后，在时域中将等长序列逐元素地相乘，并且用户设备发送序列以供发送和接收点或另一用户设备检测。类型A和类型B序列可以相同。可以(可能在用户设备处，以及发送和接收点配置)预先计算对序列进行相乘之前的步骤，以形成存储在其存储器中的序列。
因此，介绍了一种方法，该方法对具有良好的相关属性但长度不等的两个序列进行组合，通过这种组合方式产生的自相关属性与组合两个相同类型的等长序列所预期的自相关属性相类似。更具体地，在时域中将两个序列逐元素地相乘之前，以基本上保留相关属性的方式将两个不同长度的序列扩展到共同长度(或者将一个序列扩展以匹配另一序列)。在将两个序列逐元素地相乘之前，使用离散傅里叶变换将两个具有良好的相关属性的序列分别转换到频域，扩展到期望的长度，然后使用逆离散傅立叶变换转换回到时域。
现在转向图8，示出了操作通信系统的通信节点的方法800的实施例的流程图。方法800在开始步骤或模块810处开始。在步骤或模块820处，方法800包括在第一域(例如，时域(“TD”))中提供第一同步序列。在步骤或模块830处，方法800通过以下操作而继续：在第一域中提供第二同步序列，其中第二同步序列的长度与第一同步序列不同。第一同步序列的类型可以与第二同步序列不同。例如，第一同步序列可以是Zadoff-Chu序列，并且第二同步序列可以是m序列。
在步骤或模块840处，方法800还包括例如经由对第一同步序列和第二同步序列应用离散傅立叶变换来将第一同步序列和第二同步序列变换到第二域(例如，频域(“FD”))中。在步骤或模块850处，方法800通过以下操作而继续：例如通过对第二域中的第一同步序列和第二同步序列应用零填充来将它们扩展到共同长度。在步骤或模块860处，方法800包括例如通过对扩展后的第一同步序列和扩展后的第二同步序列应用逆离散傅立叶变换来将它们变换到第一域中。
在步骤或模块870处，方法800还包括将第一域中的扩展后的第一同步序列和第二同步序列逐元素地相乘，以获得复合同步序列。复合同步序列可以被用作物理随机接入信道前导码。在步骤或模块880处，方法800包括将复合同步序列从通信节点(例如，用户设备)发送给另一通信节点(例如，无线电接入节点或用户设备)。应该注意，可以预先计算用于获得复合同步序列的前述步骤或模块，并存储在通信节点的存储器中。另外，如果在第二域中提供第一和第二同步序列，则方法800可以在扩展第一和第二同步序列之前不必将它们转换到第二域中。该方法在步骤或模块890处结束。
因此，本文已经介绍了在通信系统中生成复合同步序列的系统和方法。在一个实施例中(并且继续参考上述附图)，一种装置(例如，具有处理电路210的用户设备110、200或具有处理电路310的无线电接入节点120、300)在通信系统(100)中可操作，并且被配置为：在第一域(例如，时域)中提供(820)第一同步序列，以及在第一域中提供(830)第二同步序列，其中第二同步序列的长度与第一同步序列不同。第一同步序列(例如，Zadoff-Chu序列)的类型可以与第二同步序列(例如，m序列)不同。该装置(110、200、120、300)还被配置为：将第一同步序列和第二同步序列变换(840，例如，通过应用离散傅立叶变换)到第二域(例如，频域)中，以及将第二域中的第一同步序列和第二域中的第二同步序列扩展(850，例如，通过应用零填充)到共同长度，以产生扩展后的第一同步序列和扩展后的第二同步序列。
该装置(110、200、120、300)还被配置为：将扩展后的第一同步序列和扩展后的第二同步序列变换(860，例如，通过应用逆离散傅里叶变换)到第一域中，以及将第一域中的扩展后的第一同步序列和扩展后的第二同步序列逐元素地相乘(870)，以获得复合同步序列。该装置(110、200、120、300)还被配置为：将复合同步序列发送(880)给另一通信节点(例如，另一用户设备110、200或无线电接入节点120、300)。可以预先计算复合同步序列并将复合同步序列存储在装置(110、200、120、300)的存储器(220、320)中，并将其用作物理随机接入信道前导码。
应当理解，可以将扩展两个同步序列的过程减为仅扩展同步序列之一，特别是在另一同步序列具有适当的长度的情况下。在这种情况下，将执行非扩展的同步序列和扩展后的同步序列的乘法。此外，在上述乘法步骤之前，该方法可以使同步序列之一循环地移位多个步长，并且然后执行逐元素乘法。
现在转到图9，示出了操作通信系统的通信节点的方法900的实施例的流程图。方法900在开始步骤或模块910处开始。在步骤或模块920处，方法900包括在第一域(例如，时域(“TD”))中提供第一同步序列。在步骤或模块930处，方法900通过以下操作而继续：在第一域中提供长度与第一同步序列不同的第二同步序列。第一同步序列的类型可以与第二同步序列不同。例如，第一同步序列可以是Zadoff-Chu序列，并且第二同步序列可以是m序列。
在步骤或模块940处，方法900还包括例如通过对第一同步序列应用离散傅立叶变换来将第一同步序列变换到第二域中(例如，频域(“FD”))中。在步骤或模块950处，方法900通过以下操作而继续：例如通过对第二域中的第一同步序列应用零填充来将第二域中的第一同步序列扩展到与第一域中的第二同步序列的共同长度。在步骤或模块960处，方法900包括例如通过对扩展后的第一同步序列应用逆离散傅立叶变换来将扩展后的第一同步序列变换到第一域中。
在步骤或模块970处，方法900还包括将第一域中的扩展后的第一同步序列和第一域中的第二同步序列逐元素地乘以，以获得复合同步序列。复合同步序列可以用作物理随机接入信道前导码。在步骤或模块980处，方法900包括将复合同步序列从通信节点(例如，用户设备)发送给另一通信节点(例如，无线电接入节点或用户设备)。应该注意，可以预先计算用于获得复合同步序列的前述步骤或模块，并存储在通信节点的存储器中。另外，如果在第二域中提供第一同步序列，则方法900可以在扩展第一同步序列之前不将其变换到第二域中。该方法在步骤或模块990处结束。
因此，本文已经介绍了在通信系统中生成复合同步序列的系统和方法。在一个实施例中(并且继续参考上述附图)，一种装置(例如，具有处理电路210的用户设备110、200或具有处理电路310的无线电接入节点120、300)在通信系统(100)中可操作，并且被配置为：在第一域(例如，时域)中提供(920)第一同步序列，以及在第一域中提供(930)第二同步序列，其中第二同步序列的长度与第一同步序列不同。第一同步序列(例如，Zadoff-Chu序列)的类型可以与第二同步序列(例如，m序列)不同。该装置(110、200、120、300)还被配置为：将第一同步序列变换(940，例如，通过应用离散傅立叶变换)到第二域(例如，频域)中，以及将第二域中的第一同步序列扩展(950，例如，通过应用零填充)到与第一域中的第二同步序列的共同长度，以产生扩展后的第一同步序列。
该装置(110、200、120、300)还被配置为：将扩展后的第一同步序列变换(960，例如，通过应用逆离散傅里叶变换)到第一域中，以及将第一域中的扩展后的第一同步序列和第一域中的第二同步序列逐元素地相乘(970)，以获得复合同步序列。该装置(110、200、120、300)还被配置为将复合同步序列发送(980)给另一个通信节点(例如，另一用户设备110、200或无线电接入节点120、300)。可以预先计算复合同步序列并将复合同步序列存储在装置(110、200、120、300)的存储器(220、320)中，并将其用作物理随机接入信道前导码。
如上所述，示例性实施例提供了一种方法和包括提供用于执行该方法的步骤的功能的各种模块在内的对应装置。模块可以被实现为硬件(以包括集成电路(例如，专用集成电路)的一个或多个芯片来体现)，或者可以被实现为用于由处理器执行的软件或固件。特别地，在固件或软件的情况下，示例性实施例可以作为计算机程序产品来提供，其中该计算机程序产品包括计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上包含用于由计算机处理器执行的计算机程序代码(即，软件或固件)。计算机可读存储介质可以是非暂时性的(例如，磁盘；光盘；只读存储器；闪存设备；相变存储器)或暂时性的(例如，电传播信号、光传播信号、声学传播信号或其他形式的传播信号，例如载波、红外信号、数字信号等)。处理器和其他组件通常通过一个或多个总线或桥(也称为总线控制器)来耦接。存储设备和承载数字流量的信号分别代表一个或多个非暂时性或暂时性计算机可读存储介质。因此，给定电子设备的存储设备通常存储用于在该电子设备(例如，控制器)的一个或多个处理器的集合上执行的代码和/或数据。
尽管已经详细描述了实施例及其优点，但是应该理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变、替换和变更。例如，上面讨论的许多特征和功能可以用软件、硬件或固件或它们的组合来实现。而且，许多特征、功能和操作它们的步骤可以被重新排序、省略、添加等，并且仍然落在各种实施例的广泛范围内。
此外，各种实施例的范围不旨在受限于说明书中描述的过程、机器、制造、事项组成、装置、方法和步骤的特定实施例。本领域普通技术人员将容易理解，根据本公开，也可以使用与对应实施例执行大致相同的功能或实现相同结果的目前存在或稍后开发的过程、机器、制造、事项组成、装置、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在在其范围内包括这样的过程、机器、制造、事项组成、装置、方法或步骤。

Claims (15)

1.一种在通信系统(100)中可操作的装置(110、200、120、300)，包括：
处理电路(210、310)，被配置为：
在第一域中提供第一同步序列；
在所述第一域中提供第二同步序列，其中所述第二同步序列的长度与所述第一同步序列不同；
将所述第一同步序列和所述第二同步序列变换到第二域中，其中，所述第一域是时域，并且所述第二域是频域；
将所述第二域中的所述第一同步序列和所述第二域中的所述第二同步序列扩展到共同长度，以产生扩展后的第一同步序列和扩展后的第二同步序列；
将所述扩展后的第一同步序列和所述扩展后的第二同步序列变换到所述第一域中；以及
将所述第一域中的所述扩展后的第一同步序列和所述第一域中的所述扩展后的第二同步序列逐元素地相乘，以获得用于物理随机接入信道前导码的复合同步序列。
2.根据权利要求1所述的装置(110、200、120、300)，其中，所述处理电路(210、310)被配置为将所述复合同步序列发送给通信节点。
3.根据权利要求1所述的装置(110、200、120、300)，其中，所述第一同步序列的类型与所述第二同步序列不同。
4.根据权利要求1所述的装置(110、200、120、300)，其中，所述第一同步序列是Zadoff-Chu序列，并且所述第二同步序列是m序列。
5.根据权利要求1所述的装置(110、200、120、300)，其中，所述处理电路(210、310)被配置为通过对所述第一同步序列和所述第二同步序列应用离散傅里叶变换来将所述第一同步序列和所述第二同步序列变换到所述第二域中。
6.根据权利要求1所述的装置(110、200、120、300)，其中，所述处理电路(210、310)被配置为通过对所述第一同步序列和所述第二同步序列应用零填充来扩展所述第二域中的所述第一同步序列和所述第二同步序列。
7.根据权利要求1所述的装置(110、200、120、300)，其中，所述处理电路(210、310)被配置为通过对所述扩展后的第一同步序列和所述扩展后的第二同步序列应用逆离散傅里叶变换来将所述扩展后的第一同步序列和所述扩展后的第二同步序列变换到所述第一域中。
8.根据权利要求1所述的装置(110、200、120、300)，其中，所述处理电路(210、310)被配置为预先计算所述复合同步序列并将所述复合同步序列存储在所述装置(110、200、120、300)的存储器(220、320)中。
9.一种在通信系统(100)中操作通信节点(110、200、120、300)的方法(800)，包括：
在第一域中提供(820)第一同步序列；
在所述第一域中提供(830)第二同步序列，其中所述第二同步序列的长度与所述第一同步序列不同；
将所述第一同步序列和所述第二同步序列变换(840)到第二域中，其中，所述第一域是时域，并且所述第二域是频域；
将所述第二域中的所述第一同步序列和所述第二域中的所述第二同步序列扩展(850)到共同长度，以产生扩展后的第一同步序列和扩展后的第二同步序列；
将所述扩展后的第一同步序列和所述扩展后的第二同步序列变换(860)到所述第一域中；以及
将所述第一域中的所述扩展后的第一同步序列和所述第一域中的所述扩展后的第二同步序列逐元素地相乘(870)，以获得用于物理随机接入信道前导码的复合同步序列。
10.根据权利要求9所述的方法(800)，还包括：将所述复合同步序列发送(880)给另一通信节点。
11.根据权利要求9所述的方法(800)，其中，所述第一同步序列的类型与所述第二同步序列不同。
12.根据权利要求9所述的方法(800)，其中，所述第一同步序列是Zadoff-Chu序列，并且所述第二同步序列是m序列。
13.根据权利要求9所述的方法(800)，其中，将所述第一同步序列和所述第二同步序列变换(840)到所述第二域中包括：对所述第一同步序列和所述第二同步序列应用离散傅里叶变换。
14.根据权利要求9所述的方法(800)，其中，扩展(850)所述第二域中的所述第一同步序列和所述第二同步序列包括：对所述第一同步序列和所述第二同步序列应用零填充。
15.根据权利要求9所述的方法(800)，其中，将所述扩展后的第一同步序列和所述扩展后的第二同步序列变换(860)到所述第一域中包括：对所述扩展后的第一同步序列和所述扩展后的第二同步序列应用逆离散傅里叶变换。
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