CN110838882B - 一种检测前导信号的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种检测前导信号的方法及装置，涉及通信技术领域，包括：解调接收的待检测信号，根据预设的前导信号的跳频特性确定待检测信号中各符号组的信道估计值，然后根据跳频特性以及待检测信号中各符号组的信道估计值确定待检测信号的有效功率以及待检测信号的功率修正值，之后再采用待检测信号的功率修正值对待检测信号的有效功率进行修正，确定待检测信号的修正功率，最后根据待检测信号的修正功率确定待检测信号是否为前导信号。由于结合频偏对有效功率的影响确定功率修正值，然后采用功率修正值修正有效功率，故采用修正功率判断待检测信号是否为前导信号时，能有效减小频偏的影响，从而降低前导信号的漏检率和虚检率。

Description

一种检测前导信号的方法及装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种检测前导信号的方法及装置。
背景技术
和长期演进(Long Term Evolution，简称LTE)系统类似，窄带物联网(NarrowBand Internet of Things，简称NB-IoT)系统随机接入的目的也是使得用户终端(UserEquipment，简称UE)和基站之间建立上行同步关系以及请求分配用于上行传输的专用资源。在建立上行同步关系时，UE先发送前导(preamble)信号至基站，基站在接收到前导信号后与UE建立同步。但是在移动环境下存在多普勒频偏导致信号弥散，传统的同步检测算法在检测前导信号时，没有考虑频偏对前导信号检测的影响，导致在高速移动的环境下，前导信号的检测精度较低。
发明内容
由于在高速移动的环境下，多普勒频偏导致前导信号的检测精度较低的问题，本发明实施例提供了一种检测前导信号的方法及装置。
第一方面，本发明实施了提供了一种检测前导信号的方法，包括：
解调接收的待检测信号；
根据预设的前导信号的跳频特性确定所述待检测信号中各符号组的信道估计值；
根据所述跳频特性以及所述待检测信号中各符号组的信道估计值确定所述待检测信号的有效功率以及所述待检测信号的功率修正值；
采用所述待检测信号的功率修正值对所述待检测信号的有效功率进行修正，确定所述待检测信号的修正功率；
根据所述待检测信号的修正功率确定所述待检测信号是否为前导信号。
可选地，所述跳频特性包括符号组之间跳频间隔N个子载波且符号组之间的跳频方向相同，N为大于0的整数。
可选地，所述待检测信号中包括四个符号组，其中，第一符号组与第四符号组之间跳频间隔N个子载波，第二符号组与第三符号组之间跳频间隔N个子载波，第一符号组与第四符号组之间的跳频方向与第二符号组与第三符号组之间的跳频方向相同，所述符号组的信道估计值为符号组中各个符号的信号估计值的平均值；
所述根据所述跳频特性以及所述待检测信号中各符号组的信道估计值确定所述待检测信号的功率修正值，包括：
将所述第一符号组的信道估计值与所述第四符号组的信道估计值共轭相乘，确定第三功率；
将所述第二符号组的信道估计值与所述第三符号组的信道估计值共轭相乘，确定第四功率；
将所述第三功率与所述第四功率共轭相乘确定所述待检测信号的频偏参数；
根据所述待检测信号的频偏参数确定所述待检测信号的功率修正值。
可选地，所述采用所述待检测信号的功率修正值对所述待检测信号的有效功率进行修正，确定所述待检测信号的修正功率，包括：
将所述待检测信号的有效功率与所述待检测信号的功率修正值的比值确定为所述待检测信号的修正功率。
可选地，所述根据所述待检测信号的修正功率确定所述待检测信号是否为前导信号，包括：
根据所述待检测信号的符号组中各符号的信道估计值确定所述待检测信号的总功率；
根据所述待检测信号的总功率和所述待检测信号的修正功率确定所述待检测信号的噪声功率；
根据所述待检测信号的修正功率和所述待检测信号的噪声功率确定所述待检测信号的信噪比；
在确定所述待检测信号的信噪比大于预设阈值时，将所述待检测信号确定为前导信号。
第二方面，本发明实施了提供了一种检测前导信号的装置，包括：
解调模块，用于解调接收的待检测信号；
处理模块，用于根据预设的前导信号的跳频特性确定所述待检测信号中各符号组的信道估计值；根据所述跳频特性以及所述待检测信号中各符号组的信道估计值确定所述待检测信号的有效功率以及所述待检测信号的功率修正值；
修正模块，用于采用所述待检测信号的功率修正值对所述待检测信号的有效功率进行修正，确定所述待检测信号的修正功率；
判断模块，用于根据所述待检测信号的修正功率确定所述待检测信号是否为前导信号。
可选地，所述跳频特性包括符号组之间跳频间隔N个子载波且符号组之间的跳频方向相同，N为大于0的整数。
可选地，所述待检测信号中包括四个符号组，其中，第一符号组与第四符号组之间跳频间隔N个子载波，第二符号组与第三符号组之间跳频间隔N个子载波，第一符号组与第四符号组之间的跳频方向与第二符号组与第三符号组之间的跳频方向相同，所述符号组的信道估计值为符号组中各个符号的信号估计值的平均值；
所述处理模块具体用于：
将所述第一符号组的信道估计值与所述第四符号组的信道估计值共轭相乘，确定第三功率；
将所述第二符号组的信道估计值与所述第三符号组的信道估计值共轭相乘，确定第四功率；
将所述第三功率与所述第四功率共轭相乘确定所述待检测信号的频偏参数；
根据所述待检测信号的频偏参数确定所述待检测信号的功率修正值。
可选地，所述修正模块具体用于：
将所述待检测信号的有效功率与所述待检测信号的功率修正值的比值确定为所述待检测信号的修正功率。
可选地，所述判断模块具体用于：
根据所述待检测信号的符号组中各符号的信道估计值确定所述待检测信号的总功率；
根据所述待检测信号的总功率和所述待检测信号的修正功率确定所述待检测信号的噪声功率；
根据所述待检测信号的修正功率和所述待检测信号的噪声功率确定所述待检测信号的信噪比；
在确定所述待检测信号的信噪比大于预设阈值时，将所述待检测信号确定为前导信号。
本发明实施例中，由于在检测有效功率后，结合频偏对有效功率的影响确定功率修正值，然后采用功率修正值对有效功率进行修正后确定修正功率，从而提高了检测有效功率的精度。由于待检测信号的总功率没有发生变化，当对有效功率修正后，再将总功率与有效功率的差值确定为噪声功率，从而提高了检测噪声功率的精度，最后根据噪声功率和修正功率确定信噪比，并采用信噪比判断待检测信号是否为前导信号时，能有效降低前导信号的漏检率和虚检率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施适用的一种系统架构图；
图2本发明实施提供的一种NPRACH的结构示意图；
图3本发明实施提供的一种检测前导信号的方法的流程示意图；
图4本发明实施提供的一种确定功率修正值的方法的流程示意图；
图5本发明实施提供的一种检测前导信号的方法的流程示意图；
图6本发明实施提供的一种检测前导信号的装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了方便理解，下面对本发明实施例中涉及的名词进行解释。
窄带物联网：万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。
跳频：载波频率在很宽频带范围内按某种图案(序列)进行跳变。
漏检率：基站未检测到终端设备发送的前导信号的概率。
虚检率：基站在终端设备没有发送前导信号时判定终端设备发送了前导信号的概率。
本发明实施例适用的系统架构如图1所示，该系统架构中包括终端设备101以及网络设备102。
终端设备101为处于移动环境中的感知终端，该感知终端可以为温湿度传感器、二维码标签、射频识别(Radio Frequency Identification，简称RFID)标签和读写器、摄像头、红外线、全球定位系统(Global Positioning System，简称GPS)等。终端设备101采集数据后，将数据上传至网络设备102。终端设备101通过无线网络与网络设备102连接。终端设备101将数据上传至网络设备101之前，先发送前导信号与网络设备102建立同步关系。网络设备102中检测前导信号的装置在检测到终端设备101发送的前导信号时，确定与终端设备101之间的同步关系。建立同步关系后，终端设备101将采集的数据上传至网络设备102。网络设备101是一种将终端设备101接入到无线网络的设备，包括但不限于：演进型节点B(evolved node B，eNB)、无线网络控制器(radio network controller，RNC)、节点B(nodeB，NB)、基站控制器(base station controller，BSC)、基站收发台(base transceiverstation，BTS)、家庭基站(例如，home evolved nodeB，或home node B，HNB)、基带单元(baseband unit，BBU)、基站(g nodeB，gNB)、传输点(transmitting and receivingpoint，TRP)、发射点(transmitting point，TP)、移动交换中心等，此外，还可以包括wifi接入点(access point，AP)等。
本发明实施例中检测前导信号的方法适用于窄带物联网中移动的终端设备与基站之间建立同步关系的场景，终端设备通过窄带物理随机接入信道(Narrowband PhysicalRandom Access Channel，简称NPRACH)发送前导信号至基站。每个用户的NPRACH信道仅占用一个子载波，子载波带宽为3.75kHz。前导信号在时间上持续较长时间发送，且可以重复发送多次，重复发送次数可以为1次、2次、4次、8次、16次、32次、64次、128次。不同时刻通过跳频的方式选择不同子载波发送，具体地，终端设备从基站配置的NPRACH band中随机选择一个起始子载波，然后从起始子载波开始，根据跳频图案跳频发送前导信号。
示例性地，设定终端设备NPRACH重复发送两次前导信号，前导信号由四个符号组(Symbol group)构成，四个符号组在时间上连续，每个符号组由5个OFDM符号和一个CP符号组成，5个OFDM符号均发1。NPRACH band由12个子载波构成，每个子载波带宽为3.75kHz。终端设备在一个NPRACH band中12个子载波之间跳频发送前导信号，跳频特性包括第一特性和第二特性，其中第一特性为：第一符号组和第二符号组之间的跳频间隔为正负1个子载波，第三符号组和第四符号组之间的跳频间隔为正负1个子载波，第一符号组和第二符号组之间的跳频方向与第三符号组和第四符号组之间的跳频方向相反。第二特性为：第二符号组和第三符号组之间跳频间隔为正负6个子载波，第一符号组和第四符号组之间跳频间隔为正负6个子载波。第一符号组和第四符号组之间的跳频方向与第二符号组和第三符号组之间的跳频方向相同。
终端设备发送前导信号时NPRACH的结构具体如图2所示，终端设备在第一次发送前导信号时选取子载波0为起始子载波，通过子载波0发送第一符号组。从子载波0正跳一个子载波确定子载波1，通过子载波1发送第二符号组。从子载波1正跳6个子载波确定子载波7，通过子载波7发送第三符号组。从子载波7负跳1个子载波确定子载波6，通过子载波6发送第四符号组。终端设备在第二次发送前导信号时，随机选取子载波作为起始子载波。设定选取子载波8为起始子载波，通过子载波8发送第一符号组。从子载波8正跳一个子载波确定子载波9，通过子载波9发送第二符号组。从子载波9负跳6个子载波确定子载波3，通过子载波3发送第三符号组。从子载波3负跳1个子载波确定子载波2，通过子载波2发送第四符号组。
基于图1所示的系统架构图，本发明实施例提供了一种检测前导信号的方法的流程，该方法的流程可以由基站中检测前导信号的装置执行，如图3所示，包括以下步骤：
步骤S301，解调接收的待检测信号。
待检测信号由终端设备发送，检测前导信号的装置将时域序列去CP，然后进行傅里叶变换得到频域序列。
步骤S302，根据预设的前导信号的跳频特性确定待检测信号中各符号组的信道估计值。
在一种可能的实施方式中，跳频特性为符号组之间跳频间隔N个子载波且符号组之间的跳频方向相同，N为大于0的整数。
示例性地，设定待检测信号由四个符号组构成，N为3，第一符号组与第二符号组之间跳频间隔3个子载波，第二符号组和第三符号组之间跳频间隔3个子载波，第三符号组和第四符号组之间跳频间隔3个子载波，相邻两个符号组之间的跳频方向相同。
在一种可能的实施方式中，跳频特性为符号组之间跳频间隔M个子载波且符号组之间的跳频方向相反，M为大于0的整数。
示例性地，设定待检测信号由四个符号组构成，M为1，第一符号组与第二符号组之间跳频间隔一个子载波，第二符号组和第三符号组之间跳频间隔一个子载波，第三符号组和第四符号组之间调频间隔一个子载波，相邻两个符号组之间的跳频方向相反。
在一种可能的实施方式中，跳频特性包括第一特性和第二特性，其中第一特性为符号组之间跳频间隔M个子载波且符号组之间的跳频方向相反，M为大于0的整数。第二特性为符号组之间跳频间隔N个子载波且符号组之间的跳频方向相同，N为大于M的整数。
示例性地，设定待检测信号由四个符号组构成，M为1，N为6，第一符号组与第二符号组之间跳频间隔一个子载波，第三符号组和第四符号组之间调频间隔一个子载波，第一符号组与第二符号组之间的跳频方向与第三符号组与第四符号组之间的跳频方向相反。第一符号组与第四符号组之间跳频间隔六个子载波，第二符号组和第三符号组之间跳频间隔六个子载波，第一符号组与第四符号组之间的跳频方向与第二符号组与第三符号组之间的跳频方向相同。
终端设备与检测前导信号的装置之间预先约定好前导信号的跳频特性以及前导信号重复发送的次数。检测前导信号的装置将从各个子载波接收的信号解调后，解时频资源映射，根据预先约定好的跳频特性从解调的信号中获取待检测信号的各个符号组，根据信号对应的频域序列中确定各个符号组中各个符号对应的频域信道估计值。
示例性地，设定NPRACH band由12个子载波构成，每个子载波带宽为3.75kHz。终端设备与检测前导信号的装置预先约定前导信号发送一次，前导信号由4个符号组构成，跳频特性为采用子载波1发送第一符号组，采用子载波0发送第二符号组，采用子载波6发送第三符号组，采用子载波7发送第四符号组。检测前导信号的装置解调12个子载波中的信号，然后对信号进行傅里叶变换得到频域序列。从子载波1、子载波0、子载波6和子载波7对应的信号中确定待检测信号的4个符号组。解时频资源映射从频域序列中确定4个符号组中各个符号对应的频域信道估计值。
进一步地，将符号组内各个符号的频域信道估计值的平均值作为符号组的信号估计值，从而减少噪声的影响。
示例性地，设定符号组由5个OFDM符号和一个CP符号组成，去掉CP符号后进行傅里叶变换确定5个OFDM符号的频域信道估计值，然后将5个OFDM符号的频域信道估计值的平均值作为符号组的信道估计值，符号组的信道估计值记为y(s,g)。其中，s为前导信号重复发送的次数，s＝1，2，…，Nrep，g为待检测信号中符号组的组号。
步骤S303，根据跳频特性以及待检测信号中各符号组的信道估计值确定待检测信号的有效功率以及待检测信号的功率修正值。
步骤S304，采用待检测信号的功率修正值对待检测信号的有效功率进行修正，确定待检测信号的修正功率。
步骤S305，根据待检测信号的修正功率确定待检测信号是否为前导信号。
由于根据待检测信号中符号组的跳频特性以及符号组的信道估计值确定待检测信号的有效功率以及功率修正值，通过功率修正值对有效功率进行修正后得到修正功率，根据待检测信号的修正功率确定待检测信号是否为前导信号，减小了频偏对前导信号检测的影响，故终端设备处于高速环境下仍能保证前导信号的检测精度，便于终端设备与基站之间建立同步关系。
可选地，在步骤S303中，根据跳频特性将待检测信号中符号组的信号估计值两两共轭相乘，然后将共轭相乘的结果取平均确定待检测信号的有效功率。
示例性，设定待检测信号包括4个符号组，跳频特性包括第一特性和第二特性，第一特性为：第一符号组与第二符号组之间跳频间隔一个子载波，第三符号组和第四符号组之间调频间隔一个子载波，第一符号组与第二符号组之间的跳频方向与第三符号组与第四符号组之间的跳频方向相反。第二特性为：第一符号组与第四符号组之间跳频间隔六个子载波，第二符号组和第三符号组之间跳频间隔六个子载波，第一符号组与第四符号组之间的跳频方向与第二符号组与第三符号组之间的跳频方向相同。
根据跳频特性中的第一特性将第一符号组的信道估计值与第二符号组的信道估计值共轭相乘确定第一功率，具体符合下述公式(1)：
W1＝y*(s,1)y(s,2)………………(1)
其中，W1为第一功率，y(s,1)为第一符号组的信道估计值，y(s,2)为第二符号组的信道估计值。
根据跳频特性中的第一特性将第三符号组的信道估计值与第四符号组的信道估计值共轭相乘确定第二功率，具体符合下述公式(2)：
W2＝y(s,3)y*(s,4)………………(2)
其中，W2为第二功率，y(s,3)为第三符号组的信道估计值，y(s,4)为第四符号组的信道估计值。
根据第一功率和第二功率确定待检测信号的第一等效功率具体符号下述公式(3)：
Figure BDA0001768093860000111
其中，
Figure BDA0001768093860000112
为待检测信号的第一等效功率。
根据跳频特性中的第二特性将第一符号组的信道估计值与第四符号组的信道估计值共轭相乘确定第三功率，具体符合下述公式(4)：
W3＝y*(s,1)y(s,4)………………(4)
其中，W3为第三功率，y(s,1)为第一符号组的信道估计值，y(s,4)为第四符号组的信道估计值。
根据跳频特性中的第二特性将第二符号组的信道估计值与第三符号组的信道估计值共轭相乘确定第四功率，具体符合下述公式(5)：
W4＝y(s,3)y*(s,2)………………(5)
其中，W4为第四功率，y(s,2)为第二符号组的信道估计值，y(s,3)为第三符号组的信道估计值。
根据第三功率和第四功率确定待检测信号的第二等效功率，具体符号下述公式(6)：
Figure BDA0001768093860000113
其中，
Figure BDA0001768093860000114
为待检测信号的第二等效功率。
将第一等效功率和第二等效功率的平均值确定为待检测信号的有效功率，当前导信号重复发送多次时，求多次重复的平均值作为待检测信号的有效功率，具体符号以下公式(7)：
Figure BDA0001768093860000115
其中，S为待检测信号的有效功率。
本申请的发明人发现在采用公式(1)至公式(7)对应的公式计算待检测信号的有效功率并基于该有效功率判断待检测信号是否为前导信号时，随着终端所处环境的移动速度增大，检测精度降低。具体地，当移动速度低于30Km/h时，即频偏Δf在[-50Hz，50Hz]时，前导信号的检测性能尚可接受。当移动速度高于30Km/h时，频偏将导致待检测信号的有效功率估计结果偏小，而噪声功率估计偏大，致使信噪比偏小，并逐步失去可辨识性，其中，速度与频偏的关系如表1所示：
表1
速度(km/h) 频偏(Hz)
0 0
30 50
60 100
120 200
为此，本申请的发明人结合频偏的影响对有效功率的计算过程进行分析，得到：第一功率符合以下公式(8)：
Figure BDA0001768093860000121
其中，H为信道估计值，x为symbol符号1，T为一个symbol group时间长度，τ为终端的TA偏差值，fs为3.75khz，Δf为频偏。
第二功率符合以下公式(9)：
Figure BDA0001768093860000122
其中，H为信道估计值，x为symbol符号1，T为一个symbol group时间长度，τ为终端的TA偏差值，fs为3.75khz，Δf为频偏。
根据第一功率和第二功率确定第一等效功率具体符号下述公式(10)：
Figure BDA0001768093860000123
其中，H为信道估计值，x为symbol符号1，T为一个symbol group时间长度，Δf为频偏。
第三功率符合以下公式(11)：
Figure BDA0001768093860000131
其中，H为信道估计值，x为symbol符号1，T为一个symbol group时间长度，τ为终端的TA偏差值，fs为3.75khz，Δf为频偏。
第四功率符合以下公式(12)：
Figure BDA0001768093860000132
其中，H为信道估计值，x为symbol符号1，T为一个symbol group时间长度，τ为终端的TA偏差值，fs为3.75khz，Δf为频偏。
根据第三功率和第四功率确定第二等效功率具体符号下述公式(13)：
Figure BDA0001768093860000133
其中，H为信道估计值，x为symbol符号1，T为一个symbol group时间长度，Δf为频偏。
根据第一等效功率和第二等效功率确定待检测信号的有效功率，具体符号以下公式(14)：
Figure BDA0001768093860000134
由公式(14)可知，当频偏Δf为0时，cos(2πΔfT)为1，得到的S＝|Hx|2为在待检测信号在没有频偏影响下的有效功率。但是随着终端设备所处环境的移动速度增大时，cos(2πΔfT)也会相应减小，使得待检测信号的有效功率减小，采用待检测信号的有效功率识别前导信号时，将导致漏检率和虚检率升高。
为了减少频偏对待检测信号的有效功率的影响，本发明实施例中根据跳频特性以及待检测信号中各符号组的信道估计值确定待检测信号的功率修正值，设定待检测信号中包括四个符号组，其中，第一符号组与第四符号组之间跳频间隔N个子载波，第二符号组与第三符号组之间跳频间隔N个子载波，第一符号组与第四符号组之间的跳频方向与第二符号组与第三符号组之间的跳频方向相同，具体包括以下步骤，如图4所示：
步骤S401，将第一符号组的信道估计值与第四符号组的信道估计值共轭相乘，确定第三功率。
步骤S402，将第二符号组的信道估计值与第三符号组的信道估计值共轭相乘，确定第四功率。
示例性地，设定N为6时，第三功率具体如公式(11)所示，第四功率具体如公式(12)所示。
步骤S403，将第三功率与第四功率共轭相乘确定待检测信号的频偏参数。
具体地，频偏参数的计算过程如公式(15)所示：
R(s)＝y*(s,1)y(s,4)*conj(y(s,3)y*(s,2))＝|Hx|4ej2π2ΔfT……(15)
其中R(s)为频偏参数，H为信道估计值，x为symbol符号1，T为一个symbol group时间长度，Δf为频偏。
当重复多次发送前导信号时，可以将重复多次的频偏参数取平均值，从而提高频偏参数的精度。
步骤S404，根据待检测信号的频偏参数确定待检测信号的功率修正值。
具体地，首先根据频偏参数计算频偏带来的相位差，具体如公式(16)所示：
φ＝angle(R)/2＝2πΔfT………………(16)
其中，φ为频偏带来的相位差，T为一个symbol group时间长度，Δf为频偏。
根据频偏带来的相位差得到待检测信号的功率修正值，具体如公式(17)所示：
f＝||cos(φ)||………………(17)
其中，φ为频偏带来的相位差，f为待检测信号的功率修正值。
进一步地，在步骤S304中，确定待检测信号的有效功率后和功率修正值后，将待检测信号的有效功率与待检测信号的功率修正值的比值确定为待检测信号的修正功率。
示例性地，采用公式(1)至公式(7)确定待检测信号的有效功率，采用公式(11)、公式(12)、公式(15)至公式(17)计算待检测信号的功率修正值，然后将待检测信号的有效功率与待检测信号的功率修正值确定待检测信号的修正功率，如公式(18)所示：
S'＝S/f………………(18)
其中，S'为待检测信号的修正功率，S为待检测信号的有效功率，f为待检测信号的功率修正值。
可选地，在采用功率修正值对有效功率进行修正之前，可以先判断频偏带来的相位差φ是否为0，若是，可以不对有效功率进行修正。
可选地，在采用功率修正值对有效功率进行修正之前，可以计算||R(s)||的值，当||R(s)||小于预设值时，可以不对有效功率进行修正。
通过对有效功率的计算过程进行分析，确定频偏对有效功率的影响，然后根据频偏对有效功率的影响确定功率修正值，通过功率修正值对有效功率进行修正，减少频偏对有效功率的影响，从而进一步提高检测前导信号的精度。
可选地，在步骤S305中，根据待检测信号的修正功率确定待检测信号是否为前导信号具体包括以下步骤，如图5所示：
步骤S501，根据待检测信号的符号组中各符号的信道估计值确定待检测信号的总功率。
可选地，将待检测信号的符号组中各个符号的频域信道估计值的模取平方后再求平均值，将求得的平均值确定为待检测信号的总功率。当前导信号重复发送多次时，可获取多个待检测信号，然后将各个待检测信号的总功率取平均值。
示例性地，设定待检测信号包括4个符号组，每个符号组中包含5个OFDM符号，则待检测信号的总功率具体符合以下公式(19)：
Figure BDA0001768093860000161
其中，Q为待检测信号的总功率，s为前导信号重复发送的次数，s＝1，2，…，Nrep，m为待检测信号中符号的序列号，y′(s,m)为待检测信号中符号的频域信道估计值。
可选地，将待检测信号中各符号组的信道估计值的模取平方后的平均值确定为待检测信号的总功率，其中符号组的信道估计值为符号组中各个符号的信道估计值的平均值。当前导信号重复发送多次时，可获取多个待检测信号，然后将各个待检测信号的总功率取平均值。
示例性地，设定待检测信号包括4个符号组，则待检测信号的总功率具体符合以下公式(20)：
Figure BDA0001768093860000162
其中，Q为待检测信号的总功率，s为前导信号重复发送的次数，s＝1，2，…，Nrep，n为待检测信号中符号组的组号，y(s,n)为待检测信号中符号组的信道估计值。
步骤S502，根据待检测信号的总功率和待检测信号的修正功率确定待检测信号的噪声功率。
将待检测信号的总功率与待检测信号的修正功率的差值确定为待检测信号的噪声功率，具体符合以下公式(21)：
N＝Q-S′………………(21)
其中，Q为待检测信号的总功率，S′为待检测信号的修正功率，N为待检测信号的噪声功率。
步骤S403，根据待检测信号的修正功率和待检测信号的噪声功率确定待检测信号的信噪比。
待检测信号的信噪比的计算公式如公式(22)所示：
SNR＝S′/N………………(22)
其中，SNR为待检测信号的信噪比，S′为待检测信号的修正功率，N为待检测信号的噪声功率。
步骤S504，判断待检测信号的信噪比是否大于预设阈值，若是，则执行步骤S505，否则执行步骤S506。
步骤S505，将待检测信号确定为前导信号。
步骤S506，将待检测信号确定为非前导信号。
阈值是综合考虑漏检率和虚检率预先设置的。由于在检测有效功率后，结合频偏对有效功率的影响确定功率修正值，然后采用功率修正值对有效功率进行修正后确定修正功率，从而提高了检测有效功率的精度。由于待检测信号的总功率没有发生变化，当对有效功率修正后，再将总功率与修正功率率的差值确定为噪声功率，从而提高了检测噪声功率的精度，最后根据噪声功率和修正功率确定信噪比，并采用信噪比判断待检测信号是否为前导信号时，能有效降低前导信号的漏检率和虚检率。
为了验证本发明实施中提供的一种检测前导信号的方法的可行性，本申请的发明人对不修正有效功率检测前导信号以及修正有效功率检测前导信号的情况进行仿真。具体地，NPRACH band包括12个子载波sc，终端设备通过子载波0发送前导信号，功率为1，频域平均信噪比为1024，终端设备所处环境的速度及对应的频偏freqoffset如表1所示。不修正有效功率时，12个子载波上接收到的待检测信号的有效功率如表2所示:
表2
Figure BDA0001768093860000181
由表2可知,当速度为0时,频偏为0Hz,由于前导信号通过子载波0发送,故在12个子载波中,子载波0上解调的待检测信号的有效功率比其他子载波上的待检测信号的有效功率都大。当频偏为0Hz时，子载波0上解调的待检测信号的有效功率接近理想功率1。但是当速度增大时，频偏对应增加，子载波0上解调的待检测信号的有效功率减小，有效功率的减小规律满足本发明实施了中分析得出||cos(2πΔfT)||。
采用待检测信号的总功率减去待检测信号的有效功率确定待检测信号的噪声功率，具体地，12个子载波上接收到的待检测信号的噪声功率如表3所示:
表3
Figure BDA0001768093860000182
Figure BDA0001768093860000191
由表3可知，当速度增大时，频偏对应增加，子载波0上解调的待检测信号的有效功率减小，从而导致子载波0上解调的待检测信号的噪声功率增大。
将待检测信号的有效功率与待检测信号的噪声功率的比值确定为待检测信号的信噪比，具体地，12个子载波上接收到的待检测信号的信噪比如表4所示：
表4
Figure BDA0001768093860000192
由表4可知，当速度增大时，频偏对应增加，子载波0上解调的待检测信号的信噪比减小，当速度大于等于30Km/h，频偏Δf大于等于50Hz时，子载波0上解调的待检测信号的信噪比下降明显，出现了子载波0上解调的待检测信号的信噪比小于其他子载波上解调的待检测信号的信噪比的情况，比如当Δf等于50Hz时，子载波0上解调的待检测信号的信噪比小于子载波1上解调的待检测信号的信噪比。当Δf等于100Hz时，子载波0上解调的待检测信号的信噪比小于子载波1、子载波3、子载波6、子载波7、子载波9上解调的待检测信号的信噪比。当Δf等于200Hz时，子载波0上解调的待检测信号的信噪比小于其他子载波上解调的待检测信号的信噪比。将待检测信号的信噪比与预设阈值比较检测前导信号时，可能将子载波0上的待检测信号确定为非前导信号，而将其他子载波上的待检测信号确定为前导信号，导致前导信号的虚检率和漏检率较高。
采用本发明实施中提供的技术方案对有效功率进行修正后，12个子载波上接收到的待检测信号的修正功率如表5所示:
表5
Figure BDA0001768093860000201
由表5可知，采用功率修正值对有效功率进行修正后，当速度增大时，频偏对应增加，但是子载波0上解调的待检测信号的修正功率基本没有减小，且修正功率接近理想功率1。
采用待检测信号的总功率减去待检测信号的修正功率确定待检测信号的噪声功率，具体地，12个子载波上接收到的待检测信号的噪声功率如表6所示:
表6
Figure BDA0001768093860000211
由表6可知，当速度增大时，频偏对应增加，子载波0上解调的待检测信号的噪声功率基本不变。
将待检测信号的有效功率与待检测信号的噪声功率的比值确定为待检测信号的信噪比，具体地，12个子载波上接收到的待检测信号的信噪比如表7所示：
表7
Figure BDA0001768093860000212
Figure BDA0001768093860000221
由表7可知，当速度增大时，频偏对应增加，子载波0上解调的待检测信号的信噪比并没有减小，且子载波0上解调的待检测信号的信噪比远大于其他子载波上解调的待检测信号的信噪比，故可以将阈值设置为一个较高的值，然后将待检测信号的信噪比与阈值进行比较，从各个子载波对应的待检测信号中检测出前导信号。由此可见，本发明实施例中的技术方案能有效减小频偏对前导信号的影响，降低前导信号的虚检率和漏检率。
基于相同的技术构思，本发明实施例提供了一种检测前导信号的装置，如图6所示，该装置600包括：
解调模块601，用于解调接收的待检测信号；
处理模块602，用于根据预设的前导信号的跳频特性确定所述待检测信号中各符号组的信道估计值；根据所述跳频特性以及所述待检测信号中各符号组的信道估计值确定所述待检测信号的有效功率以及所述待检测信号的功率修正值；
修正模块603，用于采用所述待检测信号的功率修正值对所述待检测信号的有效功率进行修正，确定所述待检测信号的修正功率；
判断模块604，用于根据所述待检测信号的修正功率确定所述待检测信号是否为前导信号。
可选地，所述跳频特性包括符号组之间跳频间隔N个子载波且符号组之间的跳频方向相同，N为大于0的整数。
可选地，所述待检测信号中包括四个符号组，其中，第一符号组与第四符号组之间跳频间隔N个子载波，第二符号组与第三符号组之间跳频间隔N个子载波，第一符号组与第四符号组之间的跳频方向与第二符号组与第三符号组之间的跳频方向相同，所述符号组的信道估计值为符号组中各个符号的信号估计值的平均值；
所述处理模块602具体用于：
将所述第一符号组的信道估计值与所述第四符号组的信道估计值共轭相乘，确定第三功率；
将所述第二符号组的信道估计值与所述第三符号组的信道估计值共轭相乘，确定第四功率；
将所述第三功率与所述第四功率共轭相乘确定所述待检测信号的频偏参数；
根据所述待检测信号的频偏参数确定所述待检测信号的功率修正值。
可选地，所述修正模块603具体用于：
将所述待检测信号的有效功率与所述待检测信号的功率修正值的比值确定为所述待检测信号的修正功率。
可选地，所述判断模块604具体用于：
根据所述待检测信号的符号组中各符号的信道估计值确定所述待检测信号的总功率；
根据所述待检测信号的总功率和所述待检测信号的修正功率确定所述待检测信号的噪声功率；
根据所述待检测信号的修正功率和所述待检测信号的噪声功率确定所述待检测信号的信噪比；
在确定所述待检测信号的信噪比大于预设阈值时，将所述待检测信号确定为前导信号。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种检测前导信号的方法，其特征在于，包括：
解调接收的待检测信号；
根据预设的前导信号的跳频特性确定所述待检测信号中各符号组的信道估计值；
根据所述跳频特性以及所述待检测信号中各符号组的信道估计值确定所述待检测信号的有效功率以及所述待检测信号的功率修正值；
采用所述待检测信号的功率修正值对所述待检测信号的有效功率进行修正，确定所述待检测信号的修正功率；
根据所述待检测信号的修正功率确定所述待检测信号是否为前导信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述跳频特性包括符号组之间跳频间隔N个子载波且符号组之间的跳频方向相同，N为大于0的整数。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述待检测信号中包括四个符号组，其中，第一符号组与第四符号组之间跳频间隔N个子载波，第二符号组与第三符号组之间跳频间隔N个子载波，第一符号组与第四符号组之间的跳频方向与第二符号组与第三符号组之间的跳频方向相同，所述符号组的信道估计值为符号组中各个符号的信号估计值的平均值；
所述根据所述跳频特性以及所述待检测信号中各符号组的信道估计值确定所述待检测信号的功率修正值，包括：
将所述第一符号组的信道估计值与所述第四符号组的信道估计值共轭相乘，确定第三功率；
将所述第二符号组的信道估计值与所述第三符号组的信道估计值共轭相乘，确定第四功率；
将所述第三功率与所述第四功率共轭相乘确定所述待检测信号的频偏参数；
根据所述待检测信号的频偏参数确定所述待检测信号的功率修正值。
4.如权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所述采用所述待检测信号的功率修正值对所述待检测信号的有效功率进行修正，确定所述待检测信号的修正功率，包括：
将所述待检测信号的有效功率与所述待检测信号的功率修正值的比值确定为所述待检测信号的修正功率。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述待检测信号的修正功率确定所述待检测信号是否为前导信号，包括：
根据所述待检测信号的符号组中各符号的信道估计值确定所述待检测信号的总功率；
根据所述待检测信号的总功率和所述待检测信号的修正功率确定所述待检测信号的噪声功率；
根据所述待检测信号的修正功率和所述待检测信号的噪声功率确定所述待检测信号的信噪比；
在确定所述待检测信号的信噪比大于预设阈值时，将所述待检测信号确定为前导信号。
6.一种检测前导信号的装置，其特征在于，包括：
解调模块，用于解调接收的待检测信号；
处理模块，用于根据预设的前导信号的跳频特性确定所述待检测信号中各符号组的信道估计值；根据所述跳频特性以及所述待检测信号中各符号组的信道估计值确定所述待检测信号的有效功率以及所述待检测信号的功率修正值；
修正模块，用于采用所述待检测信号的功率修正值对所述待检测信号的有效功率进行修正，确定所述待检测信号的修正功率；
判断模块，用于根据所述待检测信号的修正功率确定所述待检测信号是否为前导信号。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述跳频特性包括符号组之间跳频间隔N个子载波且符号组之间的跳频方向相同，N为大于0的整数。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述待检测信号中包括四个符号组，其中，第一符号组与第四符号组之间跳频间隔N个子载波，第二符号组与第三符号组之间跳频间隔N个子载波，第一符号组与第四符号组之间的跳频方向与第二符号组与第三符号组之间的跳频方向相同，所述符号组的信道估计值为符号组中各个符号的信号估计值的平均值；
所述处理模块具体用于：
将所述第一符号组的信道估计值与所述第四符号组的信道估计值共轭相乘，确定第三功率；
将所述第二符号组的信道估计值与所述第三符号组的信道估计值共轭相乘，确定第四功率；
将所述第三功率与所述第四功率共轭相乘确定所述待检测信号的频偏参数；
根据所述待检测信号的频偏参数确定所述待检测信号的功率修正值。
9.如权利要求6至8任一所述的装置，其特征在于，所述修正模块具体用于：
将所述待检测信号的有效功率与所述待检测信号的功率修正值的比值确定为所述待检测信号的修正功率。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述判断模块具体用于：
根据所述待检测信号的符号组中各符号的信道估计值确定所述待检测信号的总功率；
根据所述待检测信号的总功率和所述待检测信号的修正功率确定所述待检测信号的噪声功率；
根据所述待检测信号的修正功率和所述待检测信号的噪声功率确定所述待检测信号的信噪比；
在确定所述待检测信号的信噪比大于预设阈值时，将所述待检测信号确定为前导信号。
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