CN115361260A - 一种prach接收机前端数据处理方法、系统及设备 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种PRACH接收机前端数据处理方法、系统及设备，方法包括以下步骤：S01、对上行信道数据按照PUSCH符号格式做去循环前缀和时频域转换处理，并按接收机的中心频点进行频率补偿后得到上行频域数据；S02、根据PRACH占用的子载波位置，提取对应位置的上行频域数据作为PRACH子载波数据XUL(k,s)；S03、根据PRACH的OFDM符号索引和子载波索引获取相位补偿复数值P(s,k)；S04、根据所得PRACH子载波数据XUL(k,s)和相位补偿复数值P(s,k)计算获得PRACH最终频域数据结果。系统和设备用于执行上述方法。本公开可针对不同OFDM符号的PRACH频域数据进行频域相位的补偿，最终使得从上行公共信道的频域数据中恢复出来的多个符号具有统一的定时采样，实现短格式的多个OFDM符号的相关检测，具有运算量小、适用性广泛的优点。
Description
技术领域
本公开涉及通信信号处理技术领域，具体涉及一种PRACH接收机前端数据处理方法、系统及设备。
背景技术
5G NR作为第5代移动通信国际标准，在全球得到了广泛的推广和应用，给人类生活带来了极大的便利。5G移动通信系统设备主要包括核心网、基站和用户终端。其中，基站主要分为物理层和协议栈。物理层主要负责无线通信的信号处理，协议栈主要负责无线资源调度和网络适配等。PRACH(Physical Random Access Channel，物理随机接入信道)作为基站物理层上的接入信道，是终端发起与基站建立连接的第一条消息。基站上行接收机通过解调PRACH信道来获取UE(用户终端)的接入请求消息，并且估计UE与基站的接入时延参数。
现有5G的PRACH接收机技术，一般是包含前端处理部分和相关检测部分。其中前端处理部分主要包含，PRACH时域数据滤波和降采样，单独对PRACH去CP(Cyclic Prefix，循环前缀)和FFT变换(傅里叶变换)后提取PRACH对应的频域数据；相关检测部分主要包括将接收到的PRACH频域数据与本地的基序列进行快速相关，相关峰值搜索，Preamble ID(前导码ID)和TA(Timing Advance,定时提前)估计。
明显现有的PRACH频域数据的获取需要单独对PRACH时域OFDM符号数据进行FFT变换来获取频域数据，无法复用上行时频域转换模块获取到的频域数据信息，复杂度相对较高；此外还需要额外的接口资源，如常见的前传eCPRI接口的用户面数据报文来单独传送PRACH的频域数据信息，影响实际部署的上下行数据对称性。
中国专利CN114245406A公开了一种物理随机接入信道PRACH峰值检测方法、PRACH峰值检测装置、通信设备、系统及计算机可读存储介质，其提出了一种通过接收低物理层实体输入的前导序列数据，其中，前导序列数据包括标志位以及前导序列，标志位用于指示前导序列的数据类型；将前导序列传输至与标志位对应的处理通路上进行峰值检测，使得高物理层实体能够同时兼容射频拉远单元所采用的两种前导序列码处理方案，该方案存在着以下的缺陷：
其一，该方案只适用于PRACH的长格式类型数据，如格式0，不适用于短格式数据，如B4；
其二，该方案的原理是利用上行频域数据进行PRACH频域数据提取，并进行降采样，每一个PUSCH(Physical Uplink Shared Channel，物理上行共享信道)符号只能恢复PRACH符号的若干样点值；
其三，由于PUSCH循环前缀的插入使得其符号位置与PRACH符号位置不一致，导致恢复出来的PRACH符号会出现非理想定时(时域循环移位)，直接影响最终相关检测值。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本公开目的在于提供一种PRACH接收机前端数据处理方法、系统及设备。本公开可针对不同符号的PRACH频域数据进行频域相位的补偿，最终使得恢复出来多个符号具有统一定时采样，实现短格式的多个OFDM符号的相关检测，具有运算量小、适用性广泛的优点。
本公开所述的一种PRACH接收机前端数据处理方法，包括以下步骤：
S01、对上行信道数据按照PUSCH符号格式做去循环前缀和时频域转换处理，并按接收机的中心频点进行频率补偿后得到上行频域数据；
S02、根据PRACH占用的子载波位置，提取对应位置的上行频域数据作为PRACH 子载波数据XUL(k,s)；
S03、根据PRACH的OFDM符号索引和子载波索引获取相位补偿复数值P(s,k)；
S04、根据所得PRACH子载波数据XUL(k,s)和相位补偿复数值P(s,k)计算获得PRACH最终频域数据结果。
优选地，所述步骤S01中，对上行信道数据按如下公式做去循环前缀和时频域转换处理：
其中，x(n,s)表示上行信道数据的OFDM符号s上的第n个采样点，N为OFDM符号的FFT样点数目，k为子载波索引，且子载波索引K的取值范围满足区间[0，N-1]。
优选地，所述步骤S01中，按如下公式进行频率补偿：
其中，X'UL(k,s)表示上行频域数据，f0表示PRACH接收机的中心频点，fscs表示上行通道的子载波间隔，Ns表示OFDM符号s的符号起点与其子帧起点之间的样点间隔。
优选地，所述步骤S02具体为：
XUL(k,s)＝X'UL(k,s)，k∈[ks，ke]；
其中，ks和ke分别表示PRACH占用的子载波位置的起点和终点。
优选地，所述步骤S03中，根据PRACH的OFDM符号和子载波索引在预存的相位补偿查找表中查找获取相位补偿复数值P(s,k)；所述相位补偿查找表通过如下步骤构建：
S031、对PRACH子载波数据XUL(k,s)按如下公式做去上行频率补偿运算：
其中，p(s)表示OFDM符号s的频率补偿量；
S032、按如下公式计算PRACH子载波数据XUL(k,s)的相位补偿量q(k,s)：
其中，Δn(s)表示PRACH的OFDM符号与PUSCH的OFDM符号起点位置之间的采样时间偏差；
S033、由步骤S031、步骤S032得：
则有相位补偿复数值
根据上式，遍历PRACH的OFDM符号s和子载波索引k，计算获得N*S个相位补偿复数值P(s,k)，构建所述相位补偿查找表，所述相位补偿查找表用于反映OFDM符号s和子载波索引k与相位补偿复数值P(s,k)的对应关系。
优选地，将所述相位补偿查找表存储在存储器中用于实时调用查找。
优选地，所述步骤S04中，按如下公式计算获得PRACH最终频域数据结果：
Xcomp(k,s)＝XUL(k,s)P(s,k)。
本公开的一种PRACH接收机前端数据处理系统，包括：
预处理模块，其用于对上行信道数据按照PUSCH符号格式做去循环前缀和时频域转换处理，并按接收机的中心频点进行频率补偿后得到上行频域数据；
提取模块，其用于根据PRACH占用的子载波位置，提取对应位置的上行频域数据作为PRACH子载波数据XUL(k,s)；
查找模块，其用于根据PRACH的OFDM符号和子载波索引获取相位补偿复数值 P(s,k)；
频域数据结果计算模块，其用于根据所得PRACH子载波数据XUL(k,s)和相位补偿复数值P(s,k)计算获得PRACH最终频域数据结果。
本公开的一种PRACH接收机，用于执行如上所述的PRACH接收机前端数据处理方法以对接收的上行信道数据进行处理。
本公开所述的一种PRACH接收机前端数据处理方法、系统及设备，其优点在于，本公开通过PRACH的OFDM符号和子载波索引获取相位补偿复数值P(s,k)，进而对 PRACH最终频域数据结果进行频域相位的补偿，最终使得恢复出来多个OFDM符号具有统一定时采样，确保频域数据结果恢复的准确性，同时可适用于不同符号的PRACH 频域数据计算，实现短格式的多个OFDM符号的相关检测，具有运算量小、适用性广泛的优点。
本公开通过构建用于反映OFDM符号s和子载波索引k与相位补偿复数值P(s,k) 的对应关系的相位补偿查找表，可快速准确地根据OFDM符号s和子载波索引k查找到对应的相位补偿复数值P(s,k)，可便于PRACH对上行信道数据的准确快速处理。
附图说明
图1是本公开所述一种PRACH接收机前端数据处理方法的步骤流程图；
图2是本公开所述相位补偿查找表构建过程的步骤流程图；
图3是本公开实施例所述B4格式的PRACH数据的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本公开所述的一种PRACH接收机前端数据处理方法，包括以下步骤：
S01、对上行信道数据按照PUSCH符号格式做去循环前缀和时频域转换处理，并按接收机的中心频点进行频率补偿后得到上行频域数据；具体的，上行通道数据可以为包含PRACH短格式的上行公共频域数据。接收机在接收上行信道数据后，对上行信道数据做去循环前缀和时频域转换处理，具体如下：
对上行信道数据按如下公式做去循环前缀和时频域转换处理：
其中，x(n,s)表示上行信道数据的OFDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，正交频分复用)符号s上的第n个采样点，N为OFDM符号的FFT样点数目，k为子载波索引，且子载波索引K的取值范围满足区间[0，N-1]。
按如下公式进行频率补偿：
其中，X'UL(k,s)表示上行频域数据，f0表示PRACH接收机的中心频点，fscs表示上行通道的子载波间隔，Ns表示OFDM符号s的符号起点与其子帧起点之间的样点间隔。
S02、根据PRACH占用的子载波位置，提取对应位置的上行频域数据作为PRACH 子载波数据XUL(k,s)；具体为：
XUL(k,s)＝X'UL(k,s)，k∈[ks，ke]；
其中，ks和ke分别表示PRACH占用的子载波位置的起点和终点，通过该步骤可提取属于PRACH的PRACH子载波数据XUL(k,s)。
S03、根据PRACH的OFDM符号和子载波位置获取相位补偿复数值P(s,k)；具体的，根据PRACH的OFDM符号s和子载波索引k在预存的相位补偿查找表中查找获取相位补偿复数值P(s,k)；如图2所示，所述相位补偿查找表通过如下步骤构建：
S031、对PRACH子载波数据XUL(k,s)按如下公式做去上行频率补偿运算：
其中，X(k,s)为上行OFDM符号s的第k个子载波的数据，p(s)为OFDM符号s 的频率补偿量，p(s)*为对频率补偿量p(s)取复共轭运算，即
S032、按如下公式计算PRACH子载波数据XUL(k,s)的相位补偿复数值：
其中，Δn(s)表示PRACH的OFDM符号与PUSCH的OFDM符号起点位置之间的采样时间偏差；
具体的，注意复用上行频域数据的时候需要考虑各个PRACH的FFT窗与引入CP 之后的FFT窗所导致的实际PRACH的每个OFDM符号的时域数据非连续性，需要对复用后的频域数据进行相位补偿。频域样点的相位补偿量由PRACH的OFDM符号和对应的PUSCH的OFDM符号的起点位置采样时间偏差有关。设两者之间的采样时间偏差为Δn，如果为正，说明PRACH采样延后，根据傅里叶变换时域循环移位与频域相位关系有：
根据以上推论可以得到频域的相位补偿量q(k,s)有：
S033、由步骤S031、步骤S032得：
则有相位补偿复数值
根据上式，遍历PRACH的OFDM符号s和子载波索引k，计算获得N*S个相位补偿复数值P(s,k)，构建所述相位补偿查找表，所述相位补偿查找表用于反映OFDM符号s和子载波索引k与相位补偿复数值P(s,k)的对应关系，当输入OFDM符号s和子载波索引k，即可查找输出对应的相位补偿复数值P(s,k)。
在优选的实施例中，将所述相位补偿查找表存储在存储器中用于实时调用查找，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。相应地，存储器还可以包括存储器控制器，以提供处理器对存储器的访问。
S04、根据所得PRACH子载波数据XUL(k,s)和相位补偿复数值P(s,k)计算获得PRACH最终频域数据结果；具体为：
Xcomp(k,s)＝XUL(k,s)P(s,k)。
本公开通过PRACH的OFDM符号和子载波索引k获取相位补偿复数值P(s,k)，进而对PRACH最终频域数据结果进行频域相位的补偿，最终使得恢复出来多个符号具有统一定时，确保频域数据结果恢复的准确性，同时可适用于不同符号的PRACH频域数据计算，实现短格式的多个OFDM符号的相关检测，具有运算量小、适用性广泛的优点。
本公开通过构建用于反映OFDM符号s和子载波索引k与相位补偿复数值P(s,k) 的对应关系的相位补偿查找表，可快速准确地根据OFDM符号s和子载波索引k查找到对应的相位补偿复数值P(s,k)，可便于PRACH对上行信道数据的准确快速处理。
本实施例还提供了一种PRACH接收机前端数据处理系统，包括：
预处理模块，其用于对上行信道数据按照PUSCH符号格式做去循环前缀和时频域转换处理，并按接收机的中心频点进行频率补偿后得到上行频域数据；
提取模块，其用于根据PRACH占用的子载波位置，提取对应位置的上行频域数据作为PRACH子载波数据XUL(k,s)；
查找模块，其用于根据PRACH的OFDM符号和子载波索引获取相位补偿复数值 P(s,k)；
频域数据结果计算模块，其用于根据所得PRACH子载波数据XUL(k,s)和相位补偿复数值P(s,k)计算获得PRACH最终频域数据结果。
本实施例的一种PRACH接收机前端数据处理系统与上述的方法实施例基于相同的发明构思，可参照上文关于方法实施例的描述进行理解，在此不再赘述。
本实施例还提供了一种PRACH接收机，其物理结构与常规的PRACH接收机相同，区别在于其被配置为：当接收到上行信道数据时，执行如上文所述的PRACH接收机前端数据处理方法以对接收的上行信道数据进行处理。本实施例的一种PRACH接收机与上述的方法实施例基于相同的发明构思，可参照上文关于方法实施例的描述进行理解，在此不再赘述。
如图3所示，以PRACH短格式中的格式B4为例详细阐述本实施例的处理流程，具体如下：
PRACH的预处理模块常规方法是单独去CP和FFT处理流程，首先去CP，然后对 12个OFDM符号做4096点的FFT，可以得到PRACH的12个OFDM符号的频域数据。
本实施例复用上行的公共信道模块的FFT处理模块，并且考虑到头尾CP的数据对齐问题，只提取中间的10个OFDM符号作为PRACH子载波数据XUL(k,s)，性能损失约为：
10*log10(10/12)＝-0.8dB；
属于可接受的范围内，无需单独的针对PRACH的接收数据进行FFT变换以及额外的PRACH频域数据的前传接口，增加eCPRI接口的传输带宽。
PRACH频域相位补偿查找表制作：
去频率补偿主要是计算每一个OFDM符号对应的补偿相位
以系统中心频点f0＝2565MHz为中心频点，子载波间距fscs＝30KHz为上行信道子载波间隔。N为4096对应122.88Msps的采样率。Ns为OFDM符号s的符号起点相对于其子帧起点的样点间隔，如下表1所示，可以计算得到对应的频率补偿量p(s)。
表1.OFDM符号s与样点间隔Ns对应表
注意复用上行频域数据的时候需要考虑时延的非连续性，对时域相关的结果进行补偿。时域样点补偿量如下表2所示：
表2.PRACH的OFDM符号、PUSCH的OFDM符号起点位置之间的采样时间偏差
| 符号s | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| PRACH | 14800 | 18896 | 22992 | 27088 | 31184 | 35280 | 39376 | 43472 | 47568 | 51664 |
| PUSCH | 13504 | 17888 | 22272 | 26656 | 31040 | 35424 | 39808 | 44192 | 48576 | 52960 |
| Δn(s) | 1296 | 1008 | 720 | 432 | 144 | -144 | -432 | -720 | -1008 | -1296 |
上表分别归纳了PRACH对应OFDM符号数据以及PUSCH的对应的OFDM符号起点位置。它们之间的采样时间偏差为Δn，如果为正，说明PRACH采样延后。将上表每一个符号s对应的Δn(s)和N＝4096代入公式
可以计算得到时域循环移位导致的相位补偿量。
根据
以及对应的Δn(s)、Ns表格取值，最终可以计算得到本实施例提出的PRACH格式B4的低复杂度前端处理方法的相位补偿查找表，该表的总大小为4096*10。
在实际处理B4格式的PRACH数据时，通过上述步骤S01和S02获取该PRACH数据的PRACH子载波数据XUL(k,s)，然后获取该PRACH数据的OFDM符号s和子载波索引k输入到上述的相位补偿查找表，即可查找获得对应的相位补偿复数值P(s,k)，再结合PRACH子载波数据XUL(k,s)，即可计算获得PRACH最终频域数据结果。
本公开可针对不同符号的PRACH频域数据进行频域相位的补偿，最终使得恢复出来多个符号具有统一定时采样，实现短格式的多个OFDM符号的相关检测。
在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本公开权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种PRACH接收机前端数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01、对上行信道数据按照PUSCH符号格式做去循环前缀和时频域转换处理，并按接收机的中心频点进行频率补偿后得到上行频域数据；
S02、根据PRACH占用的子载波位置，提取对应位置的上行频域数据作为PRACH子载波数据XUL(k,s)；
S03、根据PRACH的OFDM符号索引和子载波索引获取相位补偿复数值P(s,k)；
S04、根据所得PRACH子载波数据XUL(k,s)和相位补偿复数值P(s,k)计算获得PRACH最终频域数据结果。
2.根据权利要求1所述PRACH接收机前端数据处理方法，其特征在于，所述步骤S01中，对上行信道数据按如下公式做去循环前缀和时频域转换处理：
其中，x(n,s)表示上行信道数据的OFDM符号s上的第n个采样点，N为OFDM符号的FFT样点数目，k为子载波索引，且子载波索引K的取值范围满足区间[0，N-1]。
3.根据权利要求2所述PRACH接收机前端数据处理方法，其特征在于，所述步骤S01中，按如下公式进行频率补偿：
其中，X'UL(k,s)表示上行频域数据，f0表示PRACH接收机的中心频点，fscs表示上行通道的子载波间隔，Ns表示OFDM符号s的符号起点与其子帧起点之间的样点间隔。
4.根据权利要求3所述PRACH接收机前端数据处理方法，其特征在于，所述步骤S02具体为：
XUL(k,s)＝X'UL(k,s)，k∈[ks，ke]；
其中，ks和ke分别表示PRACH占用的子载波位置的起点和终点。
5.根据权利要求4所述PRACH接收机前端数据处理方法，其特征在于，所述步骤S03中，根据PRACH的OFDM符号和子载波索引在预存的相位补偿查找表中查找获取相位补偿复数值P(s,k)；所述相位补偿查找表通过如下步骤构建：
S031、对PRACH子载波数据XUL(k,s)按如下公式做去上行频率补偿运算：
其中，p(s)表示OFDM符号s的频率补偿量；
S032、按如下公式计算PRACH子载波数据XUL(k,s)的相位补偿量q(k,s)：
其中，Δn(s)表示PRACH的OFDM符号与PUSCH的OFDM符号起点位置之间的采样时间偏差；
S033、由步骤S031、步骤S032得：
则有相位补偿复数值
根据上式，遍历PRACH的OFDM符号s和子载波索引k，计算获得N*S个相位补偿复数值P(s,k)，构建所述相位补偿查找表，所述相位补偿查找表用于反映OFDM符号s和子载波索引k与相位补偿复数值P(s,k)的对应关系。
6.根据权利要求5所述PRACH接收机前端数据处理方法，其特征在于，将所述相位补偿查找表存储在存储器中用于实时调用查找。
7.根据权利要求6所述PRACH接收机前端数据处理方法，其特征在于，所述步骤S04中，按如下公式计算获得PRACH最终频域数据结果：
Xcomp(k,s)＝XUL(k,s)P(s,k)。
8.一种PRACH接收机前端数据处理系统，其特征在于，包括：
预处理模块，其用于对上行信道数据按照PUSCH符号格式做去循环前缀和时频域转换处理，并按接收机的中心频点进行频率补偿后得到上行频域数据；
提取模块，其用于根据PRACH占用的子载波位置，提取对应位置的上行频域数据作为PRACH子载波数据XUL(k,s)；
查找模块，其用于根据PRACH的OFDM符号和子载波索引获取相位补偿复数值P(s,k)；
频域数据结果计算模块，其用于根据所得PRACH子载波数据XUL(k,s)和相位补偿复数值P(s,k)计算获得PRACH最终频域数据结果。
9.一种PRACH接收机，其特征在于，用于执行如权利要求1-7任一项所述的PRACH接收机前端数据处理方法以对接收的上行信道数据进行处理。
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| CN202210770201.4A CN115361260A (zh) | 2022-06-30 | 2022-06-30 | 一种prach接收机前端数据处理方法、系统及设备 |
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