CN111988258B - 一种基于Zadoff-Chu序列的随机接入信号集合设计方法 - Google Patents

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CN111988258B CN202010909998.2A CN202010909998A CN111988258B CN 111988258 B CN111988258 B CN 111988258B CN 202010909998 A CN202010909998 A CN 202010909998A CN 111988258 B CN111988258 B CN 111988258B
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Abstract

本发明公开了一种基于Zadoff‑Chu序列的随机接入信号集合设计方法，包括以下步骤：步骤1：确定定时不确定度范围Η和频偏范围F；步骤2：在给定不确定度范围Η和频偏范围F情况下，确定集合URA，集合URA为根值μ的集合，根值μ为选取的可用于生成随机接入信号的根值；步骤3：对于集合URA中的任意一个可用的根值μ，确定该根值所对应的有效循环移位集合K；步骤4：对于URA中每一个可用的根值μ，在生成集合K时，最大化集合K所能够包含的元素数量，以使该根值μ所能够生成的正交序列最多。本发明通过对所有循环移位逐一检测的方法，实现了集合K中的循环移位数量最大化，为基于Zadoff‑Chu序列的随机接入信号的根值选择以及循环移位集合生成提供了统一的通用方案。

Description

一种基于Zadoff-Chu序列的随机接入信号集合设计方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体为一种基于Zadoff-Chu序列的随机接入信号集合设计方法。
背景技术
在无线蜂窝通信系统中，随机接入信号主要被用户设备(user equipment,UE)用来进行初始化接入、获得上行同步以及短消息传输。由于系统并不知道是哪一个用户设备将要发送随机接入信号以及何时发送，也就无法为某个特定的用户预留固定的用于发送随机接入信号的专用资源。因而，在蜂窝通信系统中，往往为需要接入的这些潜在的用户设备周期性地预留无需调度的公共资源用以发送随机接入信号。这一共享资源也被称为物理随机接入信道(Physical Random Access Channel,PRACH)。为了使接入点能够在共享的PRACH资源上检测出来自于不同用户的随机接入信号，这些复用相同资源的不同信号必须具备很好的互相关及自相关特性。前者，用以降低不同信号之间的干扰，后者用以给每个信号提供好的定时估计。
在第四代和第五代蜂窝通信系统中，如LTE(Long Term Evolution)以及NR(NewRadio)系统，均采用Zadoff-Chu(简写为ZC)序列生成随机接入信号。这一序列具有理想的自相关及互相关特性，即同一根值(root)不同循环移位的ZC序列之间互相正交。LTE及NR系统中通过对同一个根值的ZC序列进行不同的循环移位得到一组正交的ZC序列生成用于随机接入的不同随机接入信号。然而，对于现实的通信系统，收发设备之间的频偏是不可忽略的一个因素。频偏将破坏同一个根值产生的不同ZC序列相互之间的正交性，进而影响ZC序列用于随机接入的检测和定时性能。在此情况下，并非所有的根值以及循环移位(cyclicshift)都可被用来生成随机接入信号。LTE及NR系统中，通过数学公式给出了在给定小区半径以及频偏范围情况下的随机接入序列生成公式。然而，LTE系统及NR系统中所考虑的频偏都只是局限在某一范围中。例如，LTE系统中的低频偏随机接入场景主要考虑下行同步后UE的晶振同步偏差(假设偏差在±0.1ppm范围内)，不考虑由于UE的运动所带来的多普勒频偏。LTE系统中的高频偏场景中考虑到了用户的多普勒频偏，如120km/h的运动速度所带来的频偏。NR系统中考虑的UE的运动速度可进一步提高至500km/h。当前的标准，仅针对以上有限的频偏范围(LTE低速、高速以及NR中的更高速)分类给出了三种场景下生成随机接入信号可用的根值以及这些根值的循环移位的生成公式。然而，对此之外的频偏尚未考虑如何使用ZC序列来生成随机接入信号。并且，现实的通信标准中，尚没有针对任意频偏或者任意频偏范围都能够通用的随机接入信号生成方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于Zadoff-Chu序列的随机接入信号集合设计方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种基于Zadoff-Chu序列的随机接入信号集合设计方法，包括以下步骤：
步骤1：确定定时不确定度范围(即可能的时延所对应的shifts或者samples范围)H和频偏范围
Figure GDA0002963248620000021
步骤2：在给定定时不确定度范围H和频偏范围
Figure GDA0002963248620000022
情况下，确定集合URA，集合URA为根值μ的集合，根值μ为选取的可用于生成随机接入信号的根值；
步骤3：对于集合URA中的任意一个可用的根值μ，确定该根值所对应的有效循环移位集合K；
步骤4：对于URA中每一个可用的根值μ，在生成集合K时，最大化集合K所能够包含的元素数量，以使该根值μ所能够生成的正交序列最多。
优选地，根据小区半径大小以及应用场景，确定定时不确定范围H＝{0,1,L,W-1}和频偏范围
Figure GDA0002963248620000023
△λ＝△f/△fsc为归一化频偏，△f为收发设备之间的频偏，△fsc为随机接入信号的子载波宽度，W为自然数。
优选地，所述步骤2中的根值μ具备以下特点：
(1)μ为正整数，1≤μ≤N-1，其中N表示随机接入的Zadoff-Chu序列长度，Zadoff-Chu序列的生成公式为
Figure GDA0002963248620000024
长度N为质数；
(2)对于集合
Figure GDA0002963248620000025
中的任意两个元素△κ1和△κ2
Figure GDA0002963248620000026
Figure GDA0002963248620000027
它们能够满足集合
Figure GDA0002963248620000028
和集合
Figure GDA0002963248620000029
的交集为空集，也即
Figure GDA00029632486200000210
集合
Figure GDA00029632486200000213
该集合
Figure GDA00029632486200000211
中包含了所有具有以下特征的不同元素△κ：
(a)△κ为整数，它的取值满足0≤|△κ|≤N/2；(b)存在
Figure GDA00029632486200000212
能够使|γ(△κ,△λ)|≥|γ(△κ＝0,△λ)|，其中，
Figure GDA0002963248620000031
集合H△κ表示将窗口H循环移位△κ之后的定时不确定度窗口，定义为
H△κ@(H+△κ)modN＝{(0+△κ)modN,(1+△κ)modN,L,(W-1+△κ)modN}，
其中，“mod N”表示模除N取余。
优选地，所述步骤4的具体方法为：
步骤4-1：初始化集合K为空集，
Figure GDA0002963248620000032
P为所有可能的循环移位集合，初始化为P＝{0,1,L,N-1}；
步骤4-2：选择集合P中的第一个元素κ0＝P(0)＝0，作为集合K中所包含的第一个元素，集合K更新为K＝{κ0}，则集合
Figure GDA0002963248620000033
中的所有其它元素将无法加入集合K作为生成随机接入信号的有效循环移位；集合
Figure GDA0002963248620000034
定义为
Figure GDA0002963248620000035
也即这些集合
Figure GDA0002963248620000036
Figure GDA0002963248620000037
的并集，而
Figure GDA0002963248620000038
定义为
Figure GDA0002963248620000039
Figure GDA00029632486200000310
包含了将κ0的定时检测窗口循环△κ后所对应的循环移位；此时，更新集合P，也即从集合P中去除
Figure GDA00029632486200000311
中包含的元素，
Figure GDA00029632486200000312
步骤4-3：选择更新后的集合P中的第一个元素，也即κ1＝P(0)，若κ1满足
Figure GDA00029632486200000313
时，κ1可加入集合K，即κ1可成为一个有效的循环移位，集合K更新为K＝KU{κ1}＝{κ0,κ1}，而集合
Figure GDA00029632486200000314
中的所有其它元素将无法加入集合K作为生成随机接入信号的有效循环移位，也即集合P中需去除
Figure GDA00029632486200000315
包含的元素，更新为
Figure GDA00029632486200000316
而κ1若不能满足
Figure GDA00029632486200000317
的条件，则κ1不可加入集合K，此时集合P中需去除元素κ1，更新为P＝P-{κ1}@{κ|κ∈P,κ≠κ1}；
步骤4-4：之后，从更新后的集合P中再次选择第一个元素，κi＝P(0)，检测该元素κi能否加入到集合K中，若κi满足以下条件，则κi将可作为有效的循环移位添加至集合K中：对于当前集合K中的每一个元素κj(κj∈K)，κi均满足
Figure GDA0002963248620000041
此时，将κi添加至集合K中，集合K更新为K＝KU{κi}，集合P更新为
Figure GDA0002963248620000042
若对于某一个元素κj(κj∈K)，κi不能满足
Figure GDA0002963248620000043
则κi将不可作为有效循环移位加入集合K中，集合P更新为P＝P-{κi}＝{κ|κ∈P,κ≠κi}；
步骤4-5：重复步骤4-4的过程，直至集合P为空集，也即
Figure GDA0002963248620000044
此时所得到的集合K即为最终的有效循环移位的集合。
优选地，所述步骤2中的根值μ具备以下特点：
(1)μ为正整数，1≤μ≤N-1，其中N表示随机接入的ZC序列长度，ZC序列的生成公式为
Figure GDA0002963248620000045
N为质数；
(2)μ所对应的干扰移位偏差集合
Figure GDA0002963248620000046
中的任意一个元素均满足以下条件：
Figure GDA0002963248620000047
|△κ|≥W，其中W＝|H|为定时不确定度窗口长度。集合
Figure GDA0002963248620000048
中包含了所有具有以下特征的不同元素△κ：(a)△κ为整数，它的范围在0<|△κ|≤N/2；(b)存在一个整数m能够使得等式i＝μ·△κ+mN成立，其中i为一个非0整数(i≠0)，其取值范围满足1≤|i|≤lmax-lmin或者2lmin≤|i|≤2lmax。其中，
Figure GDA0002963248620000049
符号
Figure GDA00029632486200000410
表示不大于x的最大整数。
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)现有的蜂窝通信标准只枚举了有限的三种频偏范围下分别可用的根值以及这些根值的有效循环移位集合K相应的生成公式，并且公式复杂。而在这些频偏范围外如何选择可用的根值以及如何生成循环移位集合尚未被考虑。本设计方案首先避免了针对这些不同频偏值或者频偏范围通过分类讨论建立不同数学公式的复杂情况，同时去除了对频偏范围的约束，可将频偏进行拓展，具有通用性。
(2)本发明通过对所有循环移位逐一检测的方法，实现了集合K中的循环移位数量最大化，从而可最大化单个可用根值所能够生成的正交随机接入序列的数量。该设计方法为之后基于Zadoff-Chu序列的随机接入信号的根值选择以及循环移位集合生成提供了统一的通用方案。
附图说明
图1是本发明为根值μ＝66，循环移位κ＝0的原始序列的正确检测概率图。
图2是本发明为
Figure GDA0002963248620000051
|H|＝W＝15时，根值μ＝66所对应的集合K(见表2)除去κ＝0这一原始发送序列的其它序列的虚警概率图。
图3是本发明第一种根值选择方案的流程图。
图4是本发明第二种根值选择方案的流程图。
图5是本发明可用根值的循环移位集合K设计流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
请参阅图3、图4和图5，本发明提供一种基于Zadoff-Chu序列的随机接入信号集合设计方法，包括以下步骤：
步骤1：确定定时不确定度范围(即可能的时延所对应的shifts或者samples范围)H和频偏范围
Figure GDA0002963248620000052
步骤2：在给定定时不确定度范围H和频偏范围
Figure GDA0002963248620000053
情况下，确定集合URA，集合URA为根值μ的集合，根值μ为选取的可用于生成随机接入信号的根值；
步骤3：对于集合URA中的任意一个可用的根值μ，确定该根值所对应的有效循环移位集合K；
步骤4：对于URA中每一个可用的根值μ，在生成集合K时，最大化集合K所能够包含的元素数量，以使该根值μ所能够生成的正交序列最多。
根据小区半径大小以及应用场景，确定定时不确定范围H＝{0,1,L,W-1}和频偏范围
Figure GDA0002963248620000054
△λ＝△f/△fsc为归一化频偏，△f为收发设备之间的频偏，△fsc为子载波宽度，W为自然数。
请参阅图3所示，所述步骤2中集合URA中的根值μ具备以下特点：
(1)μ为正整数，1≤μ≤N-1，其中N表示随机接入的Zadoff-Chu序列长度，Zadoff-Chu序列的生成公式为
Figure GDA0002963248620000055
长度N为质数；
(2)对于集合
Figure GDA0002963248620000056
中的任意两个元素△κ1和△κ2
Figure GDA0002963248620000057
它们能够满足集合
Figure GDA0002963248620000058
和集合
Figure GDA0002963248620000059
的交集为空集，也即
Figure GDA00029632486200000510
集合
Figure GDA00029632486200000511
该集合
Figure GDA00029632486200000512
中包含了所有具有以下特征的不同元素△κ：
(a)△κ为整数，它的取值满足0≤|△κ|≤N/2；(b)存在
Figure GDA0002963248620000061
能够使|γ(△κ,△λ)|≥|γ(△κ＝0,△λ)|，其中，
Figure GDA0002963248620000062
集合H△κ表示将窗口H循环移位△κ之后的定时不确定度窗口，定义为
H△κ@(H+△κ)modN＝{(0+△κ)modN,(1+△κ)modN,L,(W-1+△κ)modN}，
其中，“mod N”表示模除N取余。
请参阅图4所示，所述步骤2中集合URA中的根值μ具备以下特点：
(1)μ为正整数，1≤μ≤N-1，其中N表示随机接入的ZC序列长度，ZC序列的生成公式为
Figure GDA0002963248620000063
N为质数；
(2)μ所对应的干扰移位偏差集合
Figure GDA0002963248620000064
中的任意一个元素均满足以下条件：
Figure GDA0002963248620000065
|△κ|≥W，其中W＝|H|为定时不确定度窗口长度。集合
Figure GDA0002963248620000066
中包含了所有具有以下特征的不同元素△κ：(a)△κ为整数，它的范围在0<|△κ|≤N/2；(b)存在一个整数m能够使得等式i＝μ·△κ+mN成立，其中i为一个非0整数(i≠0)，其取值范围满足1≤|i|≤lmax-lmin或者2lmin≤|i|≤2lmax，其中，
Figure GDA0002963248620000067
符号
Figure GDA0002963248620000068
表示不大于x的最大整数。
请参阅图5所示，所述步骤4的具体方法为：
步骤4-1：初始化集合K为空集，
Figure GDA0002963248620000069
P为所有可能的循环移位集合，初始化为P＝{0,1,L,N-1}；
步骤4-2：选择集合P中的第一个元素κ0＝P(0)＝0，作为集合K中所包含的第一个元素，集合K更新为K＝{κ0}，则集合
Figure GDA00029632486200000610
中的所有其它元素将无法加入集合K作为生成随机接入信号的有效循环移位；集合
Figure GDA00029632486200000611
定义为
Figure GDA00029632486200000612
也即这些集合
Figure GDA00029632486200000613
Figure GDA00029632486200000614
的并集，而
Figure GDA00029632486200000615
定义为
Figure GDA00029632486200000616
Figure GDA00029632486200000617
包含了将κ0的定时检测窗口循环△κ后所对应的循环移位；此时，更新集合P，也即从集合P中去除
Figure GDA0002963248620000071
中包含的元素，
Figure GDA0002963248620000072
步骤4-3：选择更新后的集合P中的第一个元素，也即κ1＝P(0)，若κ1满足
Figure GDA0002963248620000073
时，κ1可加入集合K，即κ1可成为一个有效的循环移位，集合K更新为K＝KU{κ1}＝{κ0,κ1}，而集合
Figure GDA0002963248620000074
中的所有其它元素将无法加入集合K作为生成随机接入信号的有效循环移位，也即集合P中需去除
Figure GDA0002963248620000075
包含的元素，更新为
Figure GDA0002963248620000076
而κ1若不能满足
Figure GDA0002963248620000077
的条件，则κ1不可加入集合K，此时集合P中需去除元素κ1，更新为P＝P-{κ1}@{κ|κ∈P,κ≠κ1}；
步骤4-4：之后，从更新后的集合P中再次选择第一个元素，κi＝P(0)，检测该元素κi能否加入到集合K中，若κi满足以下条件，则κi将可作为有效的循环移位添加至集合K中：对于当前集合K中的每一个元素κj(κj∈K)，κi满足
Figure GDA0002963248620000078
此时，将κi添加至集合K中，集合K更新为K＝KU{κi}，集合P更新为
Figure GDA0002963248620000079
若对于某一个元素κj(κj∈K)，κi不能满足
Figure GDA00029632486200000710
则κi将不可作为有效循环移位加入集合K中，集合P更新为P＝P-{κi}＝{κ|κ∈P,κ≠κi}；
步骤4-5：重复步骤4-4的过程，直至集合P为空集，也即
Figure GDA00029632486200000711
此时所得到的集合K即为最终的有效循环移位的集合。
蜂窝通信系统，例如4G的LTE系统或5G的NR系统，通常根据小区半径大小确定定时不确定度也即定时的可能范围H＝{0,1,L,W-1}。因为每个用户设备在蜂窝小区中的位置不同，用户设备与基站之间的往返传输时延也相应地不同，从而造成了接入点接收随机接入信号时延的不确定性。用户设备与基站之间的往返传输时延的最大值由蜂窝小区半径所决定，即2R/c，其中R表示蜂窝小区半径，c表示光速，c＝3×108m/s，此外，由于多径时延扩展(delay spread)影响，发送信号与接收信号之间可能的时延间隔也会相应增加。因而，最大可能地传输时延包含两个部分，一部分即为小区半径所对应的最大往返传输时延2R/c，另一部分为多径时延扩展τspread，总计为2R/c+τspread。
假设在生成随机接入序列时，采用的Zadoff-Chu序列长度为N，该序列的持续时间为Tseq，那么最大可能的时延对应的移位(shifts或者samples)数量为(2R/c+τspread)N/Tseq，考虑实际取整，以及设置一定的冗余，那么采用同一个根值生成随机接入的两个有效移位之间的移位间隔往往取为
Figure GDA00029632486200000712
其中
Figure GDA00029632486200000713
表示不小于x的最小整数，NG表示预留的保护移位。
举例而言，例如，在4G LTE系统中，取N＝839，Tseq＝0.8ms，τspread＝5.21μs。当小区半径R＝0.79km时，
Figure GDA0002963248620000081
考虑保护间隔，往往取
Figure GDA0002963248620000082
也即设置定时不确定度窗口为H＝{0,1,L,12}。再比如，当小区半径R＝1.08km时，
Figure GDA0002963248620000083
往往取
Figure GDA0002963248620000084
也即设置定时不确定度为H＝{0,1,L,14}。所以，可以说定时不确定度H直接与小区半径相关。
发送随机接入信号时，上行频偏主要取决于下行同步后用户设备的晶振同步偏差以及多普勒频偏。比如假设用户设备的晶振同步偏差在δ＝±0.1ppm之内。以LTE系统为例，若工作在fc＝2GHz载频，则相应的晶振同步偏差在△fsyn＝δ·fc＝±0.1ppm×2GHz＝±200Hz之内。
LTE系统中的低频偏随机接入应用场景，主要考虑用户设备的晶振同步偏差，也即假设用户设备静止，则-200Hz≤△f≤200Hz。随机接入子载波宽度为△fsc＝1.25kHz，则归一化频偏范围为-0.16≤△λ＝△f/△fsc≤0.16。
LTE系统中的高频偏场景中考虑到了用户的多普勒频偏。比如用户
Figure GDA0002963248620000085
的运动速度(在高速公路开车时)所带来的多普勒频偏最大为
Figure GDA0002963248620000086
在这一情况下，总的频偏范围为-644Hz≤△f≤644Hz，也即-0.52≤△λ＝△f/△fsc≤0.52。实际上，LTE系统中还可考虑更高速的应用场景，比如
Figure GDA0002963248620000087
在这一情况下，将使得△fspread进一步增加，也即使得△λ的范围进一步扩大。
5G的NR系统中，用户设备的运动速度可进一步提高，如v＝500km/h，在这种情况下，将使得△fspread进一步增大。同时，该系统的工作频率fc也可进一步升高，使得△fspread和△fsyn也进一步扩大。这两者都使得频偏的范围△λ可能进一步扩大。也即频偏不确定度
Figure GDA0002963248620000088
增大。
简单而言，频偏不确定度
Figure GDA0002963248620000089
也即频偏的可能范围，由△fsyn和△fspread共同决定。其中，△fsyn由用户设备的晶振偏差决定。而△fspread由用户设备的运动速度所决定，或者可以称为我们需要考虑的应用场景，比如室内用户(用户设备静止)、高速公路上的用户(中速运动的设备)、高铁上的用户(高速运动的设备)等等。所以，可以简单看作频偏不确定度
Figure GDA00029632486200000810
直接与具体应用场景有关。
下面结合具体的数据计算对本发明的设计方法做进一步解释说明：
假设频偏不确定度范围
Figure GDA0002963248620000091
定时不确定度|H|＝W＝15，Zadoff-Chu序列长度N＝839，则所有根值为1≤μ≤838。
按照步骤2，我们将在此情况下这些根值中不可用的根值集合记为UNRA，如表1所示。则其它的根值均为可用的根值，也即属于集合URA。如图3所示，采用第一种根值选择方案。以根值μ＝60为例，它所对应的集合
Figure GDA0002963248620000092
为
Figure GDA0002963248620000093
当
Figure GDA0002963248620000094
Figure GDA0002963248620000095
此时，
Figure GDA0002963248620000096
因而，根值μ＝60在此情况下为不可用根值。如图4所示，采用第二种根值选择方案。在
Figure GDA0002963248620000097
时，lmin＝0，lmax＝1，i＝-2,-1,1,2。以根值μ＝60为例，它所对应的干扰移位偏差集合
Figure GDA0002963248620000098
其中，元素-14和14不满足
Figure GDA0002963248620000099
|△κ|≥W＝15的条件。因而，根值μ＝60在此情况下为不可用根值。两种根值选择方案下，均可得到不可用的根值集合记为UNRA，如表1所示。而剩余的根值即为可用的根值，它们构成集合URA。
表1为
Figure GDA00029632486200000910
|H|＝W＝15时，不可用的根值集合UNRA中的根值数据。
表1
μ 1 2 60 70 84 93 105 120 129 140 168 210 229 240
μ 258 279 280 305 336 373 419 420 466 503 534 559 560 581
μ 599 610 629 671 699 710 719 734 746 755 769 779 837 838
从集合URA中，任意选择一个根值，按步骤3和4得到它所对应的循环移位集合K。例如根值μ＝66，它所对应的集合K如表2所示。
表2为
Figure GDA00029632486200000911
|H|＝W＝15时，根值μ＝66对应的集合K中的数据。
表2
循环移位序号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
循环移位值κ 0 15 30 45 60 253 268 283 298 313 506 521 536 551 566
以μ＝66，表2中集合K包含的循环移位生成随机接入序列。选择其中的任意一个序列作为发送序列，并假设在这一随机接入资源内只有发送该序列的设备接入，例如选择循环移位κ＝0的原始序列发送。图1为该序列的正确检测概率，图2为其它序列的虚警概率。在频偏处于
Figure GDA00029632486200000912
定时不确定度处于|H|＝W＝15的情况下，该设计方案能够很好的对抗频偏，发送序列具有很好的检测性能，受频偏影响可忽略。同时其它序列受到频偏所带来的干扰也很小，例如，在SNR＝-15dB时(此处的SNR为received sample SNR，其中SNR表示signal-to-noise ratio，也即信噪比)，其它序列的虚警概率均在1％以下。
现有的蜂窝通信标准只枚举了有限的几种频偏范围下可用的根值以及有效循环移位集合K相应的生成公式，并且公式复杂。而在这些频偏范围外的可用根值的选择以及循环移位集合的生成尚未被考虑。本设计方案首先避免了针对这些不同频偏场景分类讨论建立不同数学公式的复杂情况，同时去除了对频偏范围的约束，可将频偏进行拓展，具有通用性。本发明通过对所有循环移位逐一检测的算法，实现了集合K中的循环移位数量最大化，从而可最大化单个根值所能够生成的正交随机接入序列的数量。该设计方法为之后基于Zadoff-Chu序列的随机接入信号的根值选择以及循环移位集合生成提供了统一的通用方案。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (5)

1.一种基于Zadoff-Chu序列的随机接入信号集合设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：确定定时不确定度范围H和频偏范围
Figure FDA00029632486100000113
；
步骤2：在给定定时不确定度范围H和频偏范围
Figure FDA00029632486100000114
情况下，确定集合URA，集合URA为根值μ的集合，根值μ为选取的可用于生成随机接入信号的根值；
步骤3：对于集合URA中的任意一个可用的根值μ，确定该根值所对应的有效循环移位集合K；
步骤4：对于URA中每一个可用的根值μ，在生成集合K时，最大化集合K所能够包含的元素数量，以使该根值μ所能够生成的正交序列最多。
2.根据权利要求1所述的基于Zadoff-Chu序列的随机接入信号集合设计方法，其特征在于，根据小区半径大小以及应用场景，确定定时不确定范围H＝{0,1,L,W-1}和频偏范围
Figure FDA0002963248610000011
△λ＝△f/△fsc为归一化频偏，△f为收发设备之间的频偏，△fsc为随机接入信号的子载波宽度，W为自然数。
3.根据权利要求2所述的基于Zadoff-Chu序列的随机接入信号集合设计方法，其特征在于，所述步骤2中的根值μ具备以下特点：
(1)μ为正整数，1≤μ≤N-1，其中N表示随机接入的Zadoff-Chu序列长度，Zadoff-Chu序列的生成公式为
Figure FDA0002963248610000012
N为质数；
(2)对于集合
Figure FDA0002963248610000013
中的任意两个元素△κ1和△κ2
Figure FDA0002963248610000014
Figure FDA0002963248610000015
它们能够满足集合
Figure FDA0002963248610000016
和集合
Figure FDA0002963248610000017
的交集为空集，也即
Figure FDA0002963248610000018
集合
Figure FDA0002963248610000019
该集合
Figure FDA00029632486100000110
中包含了所有具有以下特征的不同元素△κ：
(a)△κ为整数，它的取值满足0≤|△κ|≤N/2；(b)存在
Figure FDA00029632486100000111
能够使|γ(△κ,△λ)|≥|γ(△κ＝0,△λ)|，其中，
Figure FDA00029632486100000112
集合H△κ表示将窗口H循环移位△κ之后的定时不确定度窗口，定义为
H△κ@(H+△κ)modN＝{(0+△κ)modN,(1+△κ)modN,L,(W-1+△κ)modN}，
其中，mod N表示模除N取余。
4.根据权利要求2所述的基于Zadoff-Chu序列的随机接入信号集合设计方法，其特征在于，所述步骤4的具体方法为：
步骤4-1：初始化集合K为空集，
Figure FDA0002963248610000021
P为所有可能的循环移位集合，初始化为P＝{0,1,L,N-1}；
步骤4-2：选择集合P中的第一个元素κ0＝P(0)＝0，作为集合K中所包含的第一个元素，集合K更新为K＝{κ0}，则集合
Figure FDA0002963248610000022
中的所有其它元素将无法加入集合K作为生成随机接入信号的有效循环移位；集合
Figure FDA0002963248610000023
定义为
Figure FDA0002963248610000024
也即集合
Figure FDA0002963248610000025
的并集，而
Figure FDA0002963248610000026
定义为
Figure FDA0002963248610000027
Figure FDA0002963248610000028
包含了将κ0的定时检测窗口循环△κ后所对应的循环移位；此时，更新集合P，也即从集合P中去除
Figure FDA0002963248610000029
中包含的元素，
Figure FDA00029632486100000210
步骤4-3：选择更新后的集合P中的第一个元素，也即κ1＝P(0)，若κ1满足
Figure FDA00029632486100000211
时，κ1可加入集合K，即κ1可成为一个有效的循环移位，集合K更新为K＝KU{κ1}＝{κ0,κ1}，而集合
Figure FDA00029632486100000212
中的所有其它元素将无法加入集合K作为生成随机接入信号的有效循环移位，也即集合P中需去除
Figure FDA00029632486100000213
包含的元素，更新为
Figure FDA00029632486100000214
而κ1若不能满足
Figure FDA00029632486100000215
的条件，则κ1不可加入集合K，此时集合P中需去除元素κ1，更新为P＝P-{κ1}@{κ|κ∈P,κ≠κ1}；
步骤4-4：之后，从更新后的集合P中再次选择第一个元素，κi＝P(0)，检测该元素κi能否加入到集合K中，若κi满足以下条件，则κi将可作为有效的循环移位添加至集合K中：对于当前集合K中的每一个元素κj(κj∈K)，κi均满足
Figure FDA0002963248610000031
此时，将κi添加至集合K中，集合K更新为K＝KU{κi}，集合P更新为
Figure FDA0002963248610000032
若对于某一个元素κj(κj∈K)，κi不能满足
Figure FDA0002963248610000033
则κi将不可作为有效循环移位加入集合K中，集合P更新为P＝P-{κi}＝{κ|κ∈P,κ≠κi}；
步骤4-5：重复步骤4-4的过程，直至集合P为空集，也即
Figure FDA0002963248610000034
此时所得到的集合K即为最终的有效循环移位的集合。
5.根据权利要求2所述的基于Zadoff-Chu序列的随机接入信号集合设计方法，其特征在于，所述步骤2中的根值μ具备以下特点：
(1)μ为正整数，1≤μ≤N-1，其中N表示随机接入的ZC序列长度，ZC序列的生成公式为
Figure FDA0002963248610000035
N为质数；
(2)μ所对应的干扰移位偏差集合
Figure FDA0002963248610000036
中的任意一个元素均满足以下条件：
Figure FDA0002963248610000037
|△κ|≥W，其中W＝|H|为定时不确定度窗口长度，集合
Figure FDA0002963248610000038
中包含了所有具有以下特征的不同元素△κ：(a)△κ为整数，它的范围在0<|△κ|≤N/2；(b)存在一个整数m能够使得等式i＝μ·△κ+mN成立，其中i为一个非0整数，其取值范围满足1≤|i|≤lmax-lmin或者2lmin≤|i|≤2lmax，其中，
Figure FDA0002963248610000039
符号
Figure FDA00029632486100000310
表示不大于x的最大整数。
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Application publication date: 20201124

Assignee: Xiedeng IoT (Suzhou) Co.,Ltd.

Assignor: NANJING FORESTRY University

Contract record no.: X2023980047851

Denomination of invention: A Design Method for Random Access Signal Set Based on Zadoff Chu Sequence

Granted publication date: 20210504

License type: Common License

Record date: 20231123