CN114257975A - 室内小基站的基带处理单元和随机接入处理方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提出一种室内小基站的基带处理单元和随机接入处理方法,涉及无线通信领域。室内小基站的基带处理单元包括:硬件加速卡,被配置为对远端射频单元RRU转发的上行物理随机接入信道PRACH进行预处理、移除循环前缀、以及快速傅里叶变换FFT后,传输给通用处理器;通用处理器,被配置为对来自硬件加速卡的PRACH信道进行随机接入前导码的检测和时间提前量的估计。基于通用处理器实现基站的随机接入处理,更加灵活和可扩展,解决专有芯片限制;基于硬件加速卡和通用处理器各自的特点,合理划分功能,基站设计复杂度降低。
Description
技术领域
本公开涉及无线通信领域,特别涉及一种室内小基站的基带处理单元和随机接入处理方法。
背景技术
5G(5th Generation,第五代)随机接入过程分为基于竞争的随机接入和基于非竞争的随机接入。基于竞争的随机接入是指当多个用户设备(User Equipment,UE)发送前导码给基站时,由于基站分不清是哪个UE发给它的,于是UE需要发送一条与自己相关的MSG3(一种随机接入信令)给基站,此时基站就能分清是哪个UE发送的。基于非竞争的随机接入是指基站指定UE给基站发送消息,基站分配资源给指定的UE,UE发送基站给定的前导码。
发明人发现,在一些相关技术中,基站的随机接入处理方案是基于基带专有芯片实现,存在扩展性较差,设计较为复杂。
发明内容
本公开实施例基于通用处理器实现基站的随机接入处理,更加灵活和可扩展,解决专有芯片限制;基于硬件加速卡和通用处理器各自的特点,合理划分功能,基站设计复杂度降低。
本公开实施例提出一种室内小基站的基带处理单元,包括:
硬件加速卡,被配置为对远端射频单元RRU转发的上行物理随机接入信道PRACH信道进行预处理、移除循环前缀、以及快速傅里叶变换FFT后,传输给通用处理器;
通用处理器,被配置为对来自硬件加速卡的PRACH信道进行随机接入前导码的检测和时间提前量的估计。
在一些实施例中,通用处理器,被配置为:
对来自硬件加速卡的PRACH信道与逻辑根序列进行互相关运算,得到互相关结果;
对互相关结果进行逆快速傅里叶变换IFFT,得到IFFT结果;
对多个天线的IFFT结果进行合并处理,得到合并结果;
通过对合并结果进行峰值搜索,确定随机接入前导码和时间提前量。
在一些实施例中,通用处理器,在进行合并处理时,被配置为:对多个天线的IFFT结果在所有天线和所有符号上进行累加,得到在子载波上的合并结果。
在一些实施例中,通用处理器在进行合并处理时采用的合并算法为:
其中,cu(k,l,r)表示基于逻辑根序列u在天线r、符号l、子载波k上的IFFT结果,nAnt表示天线r的最大数量,nRepeat表示符号l的最大数量,Pu(k)表示基于逻辑根序列u在子载波k上的合并结果。
在一些实施例中,通用处理器,在确定随机接入前导码和时间提前量时,被配置为:
计算底噪声门限;
针对逻辑根序列的每个零相关区间,对在子载波k上的合并结果进行峰值搜索;
当搜索到的峰值大于底噪声门限时,判定为检测到随机接入前导码;
根据随机接入前导码相应的零相关区间及其长度、逻辑根和子载波k的最大数量,确定随机接入前导码的序号;
根据随机接入前导码相应的零相关区间及其长度和峰值位置、IFFT点数、子载波k的最大数量,确定时间提前量。
在一些实施例中,通用处理器,在计算底噪声门限时,被配置为:
基于IFFT点数对基于逻辑根序列u在子载波k上的合并结果Pu(k)计算第一功率平均值;
剔除各个Pu(k)中幅度大于第一功率平均值和预设噪音阈值之间的乘积的子载波;
基于IFFT点数对剩余的各个Pu(k)计算第二功率平均值,并将第二功率平均值作为底噪声门限。
在一些实施例中,对在子载波k上的合并结果进行峰值搜索和检测随机接入前导码,包括:
其中,v代表逻辑根序列下的不同零相关区间,FoverSamp=NIFFT/LRA表示过采样系数,NcS表示零相关区间v的长度,LRA表示子载波k的最大数量,max()表示取最大值,NIFFT表示IFFT点数,表示向下取整数。
在一些实施例中,通用处理器,在确定随机接入前导码的序号时,被配置为:
在一些实施例中,通用处理器,在确定时间提前量时,被配置为:
根据IFFT点数、子载波k的最大数量、随机接入前导码相应的零相关区间、零相关区间的长度和峰值位置,确定定时偏差;
根据定时偏差、PRACH的子载波间隔、IFFT点数和归一化频率,确定时间提前量。
根据nTa=value_TA/(Δf·NIFFT/f0),确定时间提前量;
其中,value_TA表示定时偏差,FoverSamp表示根据IFFT点数NIFFT和子载波k的最大数量确定的过采样系数,v表示随机接入前导码相应的零相关区间,NcS表示零相关区间v的长度,maxPos表示峰值位置,表示向下取整数,nTa表示时间提前量,Δf表示PRACH的子载波间隔,Δf·NIFFT表示采样率,f0表示归一化频率。
在一些实施例中,通用处理器,被配置为:在互相关运算之前,对来自硬件加速卡的PRACH信道进行幅度归一化处理。
在一些实施例中,通用处理器,在进行幅度归一化处理时,被配置为:
计算来自硬件加速卡的PRACH信道的幅度均值;
根据幅度均值的大小确定幅度归一化参数;
根据幅度归一化参数对来自硬件加速卡的PRACH信道进行幅度归一化处理。
在一些实施例中,通用处理器,还被配置为根据检测的随机接入前导码,识别准备接入的终端;并根据估计的时间提前量,控制该终端的上行信号到达基站的时间。
在一些实施例中,硬件加速卡包括现场可编程门阵列FPGA硬件加速卡。
本公开实施例提出一种随机接入处理方法,包括:
硬件加速卡对远端射频单元RRU转发的上行物理随机接入信道PRACH进行预处理、移除循环前缀、以及快速傅里叶变换FFT后,传输给通用处理器;
通用处理器对来自硬件加速卡的PRACH信道与逻辑根序列进行互相关运算,得到互相关结果;
通用处理器对互相关结果进行逆快速傅里叶变换IFFT,得到IFFT结果;
通用处理器对多个天线的IFFT结果进行合并处理,得到合并结果;
通用处理器通过对合并结果进行峰值搜索,确定随机接入前导码和时间提前量。
在一些实施例中,通用处理器对多个天线的IFFT结果进行合并处理,包括:
对多个天线的IFFT结果在所有天线和所有符号上进行累加,得到在子载波上的合并结果。
在一些实施例中,通用处理器确定随机接入前导码和时间提前量,包括:
计算底噪声门限;
针对逻辑根序列的每个零相关区间,对在子载波k上的合并结果进行峰值搜索;
当搜索到的峰值大于底噪声门限时,判定为检测到随机接入前导码;
根据随机接入前导码相应的零相关区间及其长度、逻辑根和子载波k的最大数量,确定随机接入前导码的序号;
根据随机接入前导码相应的零相关区间及其长度和峰值位置、IFFT点数、子载波k的最大数量,确定时间提前量。
本公开实施例提出一种非瞬时性计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被硬件加速卡和通用处理器执行时实现任一个实施例所述的随机接入处理方法的步骤。
附图说明
下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。根据下面参照附图的详细描述,可以更加清楚地理解本公开。
显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,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示出本公开一些实施例的室内小基站及其基带处理单元和远端射频单元的示意图。
图2示出本公开一些实施例的室内小基站的随机接入处理方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图,对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
除非特别说明,否则,本公开中的“第一”“第二”等描述用来区分不同的对象,并不用来表示大小或时序等含义。
图1示出本公开一些实施例的室内小基站及其基带处理单元和远端射频单元的示意图。
如图1所示,室内小基站10包括BBU110(Building Baseband Unit,基带处理单元)和RRU120(Remote Radio Unit,远端射频单元)。终端发送的信号通过RRU120传输到BBU110进行处理。
BBU110包括硬件加速卡111和通用处理器112。硬件加速卡111主要卸载一些物理层密集型运算处理,例如物理层的编解码,FFT(fast Fourier transform,快速傅里叶变换),移除循环前缀(Cyclic Prefix,CP)等,但不限于所举示例。根据业务需要硬件加速卡111可以设置一块或多块,例如,实现编解码的第一硬件加速卡和实现前传处理的第二硬件加速卡。硬件加速卡111例如可以基于现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray,FPGA)实现的FPGA硬件加速卡。通用处理器112主要完成RRC(Radio ResourceControl,无线资源控制)/PDCP(Packet Data Convergence Protocol,分组数据汇聚协议)/RLC(Radio Link Control,无线链路层控制协议)/MAC(Media Access Control,介质访问控制)等高层协议栈功能和一些非密集型运算的物理层功能。通用处理器112例如可以是X86通用处理器。
硬件加速卡111的处理速度非常块,可以卸载一些物理层密集型运算处理,从而降低通用处理器112的负荷,提升BBU的性能功耗比。
下面结合图2具体描述BBU110的硬件加速卡111和通用处理器112各自的功能。
图2示出本公开一些实施例的基站的随机接入处理方法的流程示意图。
如图2所示,该基站的随机接入处理方法包括:步骤200-250,其中,步骤200由硬件加速卡执行,步骤210-250由通用处理器执行。
在步骤200,硬件加速卡对RRU转发的上行PRACH(Physical Random AccessChannel,物理随机接入信道)进行预处理、移除循环前缀、以及快速傅里叶变换FFT后,传输给通用处理器。
PRACH是终端一开始发起呼叫时的接入信道,终端接收到PRACH响应消息后,会根据基站指示的信息在PRACH信道发送RRC Connection Request(RRC连接请求)消息,建立RRC连接。
然后,通用处理器对来自硬件加速卡的PRACH信道进行随机接入前导码的检测和时间提前量的估计,具体参见步骤210-250。
在步骤210,通用处理器对来自硬件加速卡的PRACH信道进行幅度归一化处理。
输入:
输出:
Y(k,l,r),表示归一化后的天线r、符号l、子载波k上接收到的PRACH信道。
归一化处理算法具体参见(1-3)。
(1)通过如下公式,计算来自硬件加速卡的PRACH信道的幅度均值fMeanAmp
其中,nAnt表示天线r的最大数量,nRepeat表示符号l的最大数量,LRA表示子载波k的最大数量。
(2)根据幅度均值的大小,确定幅度归一化参数nBit,具体公式如下:
(3)根据幅度归一化参数对来自硬件加速卡的PRACH信道进行幅度归一化处理,具体公式如下:
在步骤220,通用处理器对PRACH信道与逻辑根序列进行互相关运算,得到互相关结果。
输入:
Y(k,l,r),表示归一化后的天线r、符号l、子载波k上接收到的PRACH信道,
Xu(k),表示本地的逻辑根序列,例如为本地的ZC((Zadoff-chu))序列,
其中,PRACH的逻辑根序列是采用ZC序列作为逻辑根序列(以下简称为ZC逻辑根序列),由于每个小区前导序列是由ZC逻辑根序列通过循环移位(cyclic shift也即零相关区间配置,Ncs表示零相关区间的长度)生成,每个小区的前导(Preamble)序列为64个,UE使用的前导序列是随机选择或由eNB分配的循环前缀(Cyclic Prefix,CP)。随机接入前导码preamble,用于随机接入时识别UE身份。
输出:
Cu(k,l,r)表示互相关结果
互相关处理算法为:
Cu(k,l,r)=conj(Y(k,l,r))·Xu(k),
其中,conj()表示互相关运算。
在步骤230,通用处理器对互相关结果进行逆快速傅里叶变换(Invert FastFourier Transformation,IFFT),得到IFFT结果。
输入:
Cu(k,l,r),表示天线r、符号l、子载波k上的互相关结果
NIFFT,表示IFFT点数,例如为1024
输出:
cu(k,l,r),表示天线r、符号l、子载波k上的IFFT变换结果
IFFT处理算法为:
cu(k,l,r)=ifft(Cu(k,l,r))
其中,ifft()表示IFFT运算。
在步骤240,通用处理器进行多天线合并,即对多个天线的IFFT结果进行合并处理,得到合并结果。
输入:
cu(k,l,r),表示天线r、符号l、子载波k上的IFFT变换结果
输出:
Pu(k),表示多天线合并后子载波k上的合并结果
具体算法为:
其中,cu(k,l,r)表示(基于逻辑根序列u的)在天线r、符号l、子载波k上的IFFT结果,nAnt表示天线r的最大数量,nRepeat表示符号l的最大数量,Pu(k)表示(基于逻辑根序列u的)在子载波k上的合并结果。
在步骤250,通用处理器通过对合并结果进行峰值搜索,确定随机接入前导码和时间提前量。
输入:
Pu(k),表示多天线合并后子载波k上的合并结果
输出:
PreambleIdx,表示PRACH检测的随机接入前导码的序号(Preamble Index),
nTa,表示PRACH检测到随机接入前导码后估算的时间提前量确定随机接入前导码和时间提前量的过程具体参见(1-5)。
(1)计算底噪声门限。
剔除各个Pu(k)中幅度大于第一功率平均值meanPu和预设噪音阈值fNoiseThreshold之间的乘积(fNoiseThreshold·meanPu)的子载波;
(2)针对逻辑根序列的每个零相关区间,对在子载波k上的合并结果进行峰值搜索。
其中,v代表逻辑根序列下的不同零相关区间,FoverSamp=NIFFT/LRA=1024/LRA表示过采样系数,NCS表示零相关区间v的长度,LRA表示子载波k的最大数量。
(3)当搜索到的峰值大于底噪声门限时,判定为检测到随机接入前导码。
(4)根据随机接入前导码相应的零相关区间及其长度、逻辑根和子载波k的最大数量,确定随机接入前导码的序号。
(5)根据随机接入前导码相应的零相关区间及其长度和峰值位置、IFFT点数、子载波k的最大数量,确定时间提前量。
在一些实施例中,根据IFFT点数、子载波k的最大数量、随机接入前导码相应的零相关区间、零相关区间的长度和峰值位置,确定定时偏差;根据定时偏差、PRACH的子载波间隔、IFFT点数和归一化频率,确定时间提前量。
其中,value_TA表示定时偏差,FoverSamp表示根据IFFT点数NIFFT和子载波k的最大数量LRA确定的过采样系数,v表示随机接入前导码相应的零相关区间,NCS表示零相关区间v的长度,maxPos表示峰值位置,表示向下取整数,nTa表示时间提前量,Δf表示PRACH的子载波间隔,Δf·NIFFT表示采样率,f0表示归一化频率。NIFFT例如为1024,对于Δf=30kHz的PRACH,对应采样率为30.72MHz,对于Δf=1.25kHz的PRACH,对应采样率为1.28MHz,f0例如为3.84MHz,从而将定时偏差归一化到3.84MHz,也即,
在确定随机接入前导码和时间提前量之后,通用处理器可以根据检测的随机接入前导码,识别准备接入的终端;并根据估计的时间提前量,控制该终端的上行信号到达基站的时间。
基于通用处理器实现基站的随机接入处理,更加灵活和可扩展,解决专有芯片限制;基于硬件加速卡和通用处理器各自的特点,合理划分功能,基站设计复杂度降低;高性能的多天线合并和峰值搜索方法,保证接入检查性能。
综上所述,在随机接入处理过程中,通用处理器112被配置为:
对来自硬件加速卡的PRACH信道进行幅度归一化处理;
对来自硬件加速卡的PRACH信道与逻辑根序列进行互相关运算,得到互相关结果;
对互相关结果进行逆快速傅里叶变换IFFT,得到IFFT结果;
对多个天线的IFFT结果进行合并处理,得到合并结果;
通过对合并结果进行峰值搜索,确定随机接入前导码和时间提前量。
其中,通用处理器112的上述各步骤的具体实现方法参考前述,这里不再赘述。
本公开一些实施例还提出一种非瞬时性计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被硬件加速卡和通用处理器执行时实现随机接入处理方法的步骤。
本领域内的技术人员应当明白,本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本公开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,本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机程序代码的非瞬时性计算机可读存储介质(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。
本公开是参照根据本公开实施例的方法、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。应理解为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。
以上所述仅为本公开的较佳实施例,并不用以限制本公开,凡在本公开的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (18)
1.一种室内小基站的基带处理单元,其特征在于,包括:
硬件加速卡,被配置为对远端射频单元RRU转发的上行物理随机接入信道PRACH信道进行预处理、移除循环前缀、以及快速傅里叶变换FFT后,传输给通用处理器;
通用处理器,被配置为对来自硬件加速卡的PRACH信道进行随机接入前导码的检测和时间提前量的估计。
2.根据权利要求1所述的基带处理单元,其特征在于,通用处理器,被配置为:
对来自硬件加速卡的PRACH信道与逻辑根序列进行互相关运算,得到互相关结果;
对互相关结果进行逆快速傅里叶变换IFFT,得到IFFT结果;
对多个天线的IFFT结果进行合并处理,得到合并结果;
通过对合并结果进行峰值搜索,确定随机接入前导码和时间提前量。
3.根据权利要求2所述的基带处理单元,其特征在于,通用处理器,在进行合并处理时,被配置为:
对多个天线的IFFT结果在所有天线和所有符号上进行累加,得到在子载波上的合并结果。
5.根据权利要求2所述的基带处理单元,其特征在于,通用处理器,在确定随机接入前导码和时间提前量时,被配置为:
计算底噪声门限;
针对逻辑根序列的每个零相关区间,对在子载波k上的合并结果进行峰值搜索;
当搜索到的峰值大于底噪声门限时,判定为检测到随机接入前导码;
根据随机接入前导码相应的零相关区间及其长度、逻辑根和子载波k的最大数量,确定随机接入前导码的序号;
根据随机接入前导码相应的零相关区间及其长度和峰值位置、IFFT点数、子载波k的最大数量,确定时间提前量。
6.根据权利要求5所述的基带处理单元,其特征在于,通用处理器,在计算底噪声门限时,被配置为:
基于IFFT点数对基于逻辑根序列u在子载波k上的合并结果Pu(k)计算第一功率平均值;
剔除各个Pu(k)中幅度大于第一功率平均值和预设噪音阈值之间的乘积的子载波;
基于IFFT点数对剩余的各个Pu(k)计算第二功率平均值,并将第二功率平均值作为底噪声门限。
9.根据权利要求5所述的基带处理单元,其特征在于,通用处理器,在确定时间提前量时,被配置为:
根据IFFT点数、子载波k的最大数量、随机接入前导码相应的零相关区间、零相关区间的长度和峰值位置,确定定时偏差;
根据定时偏差、PRACH的子载波间隔、IFFT点数和归一化频率,确定时间提前量。
11.根据权利要求1所述的基带处理单元,其特征在于,通用处理器,被配置为:
在互相关运算之前,对来自硬件加速卡的PRACH信道进行幅度归一化处理。
12.根据权利要求11所述的基带处理单元,其特征在于,通用处理器,在进行幅度归一化处理时,被配置为:
计算来自硬件加速卡的PRACH信道的幅度均值;
根据幅度均值的大小确定幅度归一化参数;
根据幅度归一化参数对来自硬件加速卡的PRACH信道进行幅度归一化处理。
13.根据权利要求1所述的基带处理单元,其特征在于,
通用处理器,还被配置为根据检测的随机接入前导码,识别准备接入的终端;并根据估计的时间提前量,控制该终端的上行信号到达基站的时间。
14.根据权利要求1所述的基带处理单元,其特征在于,
硬件加速卡包括现场可编程门阵列FPGA硬件加速卡。
15.一种随机接入处理方法,其特征在于,包括:
硬件加速卡对远端射频单元RRU转发的上行物理随机接入信道PRACH进行预处理、移除循环前缀、以及快速傅里叶变换FFT后,传输给通用处理器;
通用处理器对来自硬件加速卡的PRACH信道与逻辑根序列进行互相关运算,得到互相关结果;
通用处理器对互相关结果进行逆快速傅里叶变换IFFT,得到IFFT结果;
通用处理器对多个天线的IFFT结果进行合并处理,得到合并结果;
通用处理器通过对合并结果进行峰值搜索,确定随机接入前导码和时间提前量。
16.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,通用处理器对多个天线的IFFT结果进行合并处理,包括:
对多个天线的IFFT结果在所有天线和所有符号上进行累加,得到在子载波上的合并结果。
17.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,通用处理器确定随机接入前导码和时间提前量,包括:
计算底噪声门限;
针对逻辑根序列的每个零相关区间,对在子载波k上的合并结果进行峰值搜索;
当搜索到的峰值大于底噪声门限时,判定为检测到随机接入前导码;
根据随机接入前导码相应的零相关区间及其长度、逻辑根和子载波k的最大数量,确定随机接入前导码的序号;
根据随机接入前导码相应的零相关区间及其长度和峰值位置、IFFT点数、子载波k的最大数量,确定时间提前量。
18.一种非瞬时性计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被硬件加速卡和通用处理器执行时实现权利要求15-17中任一项所述的随机接入处理方法的步骤。
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