一種門限自適應的物理隨機接入信道的檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種門限自適應的物理隨機接入信道的檢測方法，該方法用于LTE通信系統(tǒng)上行同步的隨機接入檢測，以解決不同環(huán)境下虛警和漏檢的問題。技術方案的主要內容包括：低速模式和高速模式下分別采用單窗口檢測和多窗口檢測；根據接收信號的功率延遲分布，得到每個窗口的噪聲功率；由設定的最低噪聲功率與噪聲功率，得出第一檢測門限；根據信噪比的大小自適應地得到第二門限，若窗口中的最大值大于第二門限則判定當前窗中有用戶接入。本發(fā)明能夠有效地降低多用戶和多徑的干擾，適應高低速場景，適應高低信噪比情況，提高隨機接入信號的性能。
【專利說明】
-種口限自適應的物理隨機接入信道的檢測方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信網絡的監(jiān)督監(jiān)控領域，具體設及一種口限自適應的物理隨機 接入信道的檢測方法。
【背景技術】
[0002] LTEiXong Term Evolution)及其演進技術(XTE-Advanced)是現代移動通信的主 流技術。在LTE系統(tǒng)中，終端與基站建立通信的前提是隨機接入過程。因此，隨機接入在通信 中起著關鍵的作用。隨機接入過程的第一個步驟是隨機接入前導信號的傳輸。前導信號的 主要目的是為基站指示隨機接入嘗試的出現W及允許基站對基站與移動終端之間的延時 進行估計。用于傳輸前導信號的時頻資源為PRACH(Physical Random Access Channel,物 理隨機接入信道）。網絡在允許隨機接入前導信號傳輸的時頻資源內對所有移動終端進行 信息廣播。作為隨機接入過程中第一個步驟的一部分，移動終端選擇一個前導信號在PRACH 上進行發(fā)送。每個小區(qū)存在64個可用的前導信號序列。因而多個用戶能夠同時進行接入，存 在多用戶干擾的問題。此外，移動終端離基站的遠近不同，造成小區(qū)邊緣用戶到達基站的信 號強度較弱，影響PRACH的檢測。低速和高速下帶來的多普勒頻偏同樣也影響著隨機接入。
[0003] 為解決上述問題，現有技術中采用了固定PRACH檢測口限和加入功率控制的方法。 在功率控制中，終端側是根據計算得到的下行路損來確定自身發(fā)送前導信號功率的，由于 無線信道的時變特性，功控手段并不能夠完全保證到達接收端信號的功率一致，雖然可W 使用功率爬坡的方式不斷增大功率，但首次接入的成功率低，增大發(fā)射功率對電池帶來巨 大挑戰(zhàn)且福射更大。此外，固定的PRACH檢測口限往往不能夠適應多變的環(huán)境，具有局限性。 現有專利文獻中，公開號為CN102238580A、名稱為"一種PRACH檢測的方法和設備"的發(fā)明專 利僅考慮了信噪比小的情況，但忽略了高信噪比的條件。在高信噪比、多用戶情況下，此方 案容易造成虛警。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術問題是針對固定的PRACH檢測口限存在的局限性W及功率控 制方法帶來的對電池的要求較高和福射問題，平衡虛警概率和漏檢概率，克服發(fā)射功率較 低而不能接入的問題。
[0005] 為解決上述技術問題，本發(fā)明提出一種口限自適應的PRACH檢測方法，包括W下步 驟：
[0006] (1)生成PDP(F*ower Delay Profile,功率延遲分布）；
[0007] (2)區(qū)分低速模式和高速模式分別采用單窗口檢測和多窗口檢測；
[000引（3)設定一個合適的最低噪聲功率ivLi。，與步驟2中得到的噪聲功率騎進行比較， 若大于最低噪聲功率We2mui，則在Af的基礎上提升L1地作為第一口限，若小于最低噪聲功率 抑2m,。，則在馬2胃1的基礎上提升L2dB作為第一口限；
[0009] (4)將窗口中的最大值與第一口限進行比較，若大于第一口限，則判定為有效的信 號，進行下一步的判斷，若小于第一口限，則表示沒有有效信號，結束此窗口中的檢測；
[0010] (5)根據步驟4中得到的有效信號，求出信噪比，若有效信號是在小于最低噪聲功 率的情況下得到，則信噪比為
若有效信號是在大于最低噪聲功率的情況下得到，貝U 信噪比為
[0011] (6)根據協(xié)議性能的要求，對于任何接收天線數目，任意帖結構和任意信道帶寬， 設定虛警概率的最大值和漏檢概率的最小值。
[0012] (7)根據步驟5中得到的信噪比，求得第二口限值，將窗口中的最大值與此口限比 較，若大于則有用戶接入，并記錄窗口中最大值的位置，其與窗口中第一個點的位置的差所 用的時間就是上行定時提前量，否則，認為沒有用戶接入。
[0013] 進一步，生成PDP包含W下步驟:在得到功率延遲序列之前，包括：（1)對接收機接 收到的信號進行去除循環(huán)前綴、DFT(Discrete Fourier Transform)變換、解資源映射，在 FDD(Frequen(：y Division Duplex)模式下得到一組頻域信號，在TDD(Time Division Duplex)模式下可能得到多組頻域信號；
[0014] (2)根據高層參數配置的邏輯根序列找到對應的物理根序列U，對可用的U產生出 當前可用的ZC(Zadoff-Chu)序列，每個U只產生一組本地ZC序列；
[0015] (3)將本地的ZC序列經過FFTWast Fourier Transformation)變換后與上述得到 的頻域信號做頻域相關；（4)經過IFFT( Inverse化31 Fourier Transform)運算得到PDP。
[0016] 又進一步，上述DFT變換之前可W先進行多次的濾波降采樣處理。
[0017] 進一步，步驟2中，低速模式下單窗口檢測的窗口長度為化S，高速模式下使用Ξ窗 口合并檢測，相關峰值的主瓣和左右兩個旁瓣的檢測范圍分別為：[Cv，Cv+Ngs-1]，
根據PDP，在每個 檢測窗口中去掉一個或者適當的幾個最大值，將窗口中對剩余的值做平均處理，得到每個 窗口的噪聲功率辦。
[0018] 進一步，步驟3中，L1、L2可自行設定。作為優(yōu)選，L1、L2的值為3地。
[0019] 進一步，步驟6中所述虛警概率的最大值設為0.1%，漏檢概率的最小值設為1%。 有益效果：
[0020] 通過基于口限自適應的PRACH檢測方法，能夠實現W下技術效果：
[0021] 1)邊緣小區(qū)用戶能夠正常地完成PRACH檢測，有效地降低了終端功耗和電池損耗。
[0022] 2)高速化頻偏）、低速(小頻偏)的情況下能夠正常地完成PRACH檢測，克服了大頻 偏的影響。
[0023] 3)多用戶接入的情況下能夠正常的檢測出多個用戶，克服了多用戶之間的干擾。
[0024] 4)噪聲功率較大、較小和不斷變化的情況下能夠正常地完成PRACH檢測，一定程度 上克服了噪聲的影響。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明方法的整體框架流程圖。
[00%]圖2為本發(fā)明方法的檢測模型。
[0027]圖3為本發(fā)明方法的流程圖。
[002引圖4為PRACH檢測的第二口限圖。
[0029] 圖5為高速模式下Ξ窗口的PDP合并圖。
[0030] 圖6為高信噪比下的仿真圖及局部放大圖形。
【具體實施方式】
[0031 ]下面結合附圖對發(fā)明的技術方案進行詳細的說明：
[0032] 本發(fā)明提出了一種口限自適應的PRACH檢測方法，并設計了該方法實施的過程模 型如圖1所示。從該圖中可W看出，該模型有去除循環(huán)前綴(CP，切clic Prefix)模塊、大點 數DFT模塊、解資源映射模塊、頻域相關檢測模塊(包括頻域點乘、IFFT)和口限檢測模塊組 成。
[0033] 本發(fā)明的目的是設計一種口限自適應的PRACH檢測的方法，為防止高速下多普勒 頻偏較大而造成相關峰值能量泄露，采用多窗口合并的技術;設置了最低的噪聲功率，防止 在高速、多用戶的情況下，噪聲功率過小而使口限很小造成虛警，因為在高速下，相關峰值 能量泄露到旁瓣，加上是多個用戶干擾的情況，相關峰的能量可能泄露到其他窗口中形成 虛警的情況，如附圖6所示;根據信噪比的大小，設置了自適應的第二口限，一定程度上將虛 警概率和漏檢概率達到平衡，克服發(fā)射功率較低而不能接入的問題。
[0034] 本發(fā)明方法的關鍵之處在于口限檢測模塊中的口限的選取。下面通過一個實施例 來詳細介紹PRACH檢測算法的實施細節(jié)過程，如附圖1、附圖2和附圖3所示。
[0035] 1、對于接收的PRACH基帶信號，先進行去循環(huán)前綴(CP)dPRACH的基本參數如下表1 所示：
[0036] 表1 PRACH的基本參數
[0037]
[0038] 2、進行DFT變換。為克服大點數DFT的問題，可W通過濾波降采樣的方法來解決。^
[0039] 3、解資源映射，即發(fā)射過程中資源映射的逆過程。
[0040] 4、將解資源映射后的序列與本地產生的時域序列經FFT變換后的序列做相關點 乘，然后經過IFFT變換得到功率延遲分布(PDP)。本地序列產生方式如下：
[0041] Xu, v(n)為ZC的時域序列，一個小區(qū)下有64個可用的前導序列：
[0042] xu,v(n) =Xu( (n+Cv)mod 化 C)
[0043] 其中xu(n)為根序列：
[0044]
[0045] Nzg見3GPP TS 36.211 協(xié)議中表5.7.2-1,11 是物理根序列（physical root sequence index),由高層配置的邏輯根序列（logical root sequence index)得到，見 3GPP TS 36.211 協(xié)議中的表5.7.2-4和表5.7.2-5。
[0046]由根序列產生不同前導碼所需的循環(huán)移位量Cv為：
[0050]其中P是滿足(pu)modNzc=l的最小的非負整數。
[0化1 ]得到山后，由W下的公式分別計算得至
[00對如果 Ncs《du<Nzc/3:
[0062] 5、根據低速和高速的情況，在低速下使用單窗日檢測，窗日長度為Ncs，在高速下使 用Ξ窗口合并檢測，如附圖5所示，相關峰值的主瓣和左右兩個旁瓣的檢測范圍分別為：
根據功率延遲序列，在每個檢測窗口中去到一個或者適當的幾個最大值，將窗口中剩余的 值做平均處理，得到每個窗口的噪聲功率Wu2。如果山不在上面的范圍，在限制集中就沒有循 環(huán)移位，即此時的根序列無法在高速下使用。
[0063] 根據W上所述，即可產生可用的64個前導序列，得到所有可W使用的U，并將每個U 對應的V設置為0，作為本地產生的序列，將本地序列經過IFFT變換到頻域，與解資源映射后 的序列進行頻域相關，有多少個可用的U即有多少個本地序列。
[0064] 6、設定一個合適的最低噪聲功率與步驟2中得到的噪聲功率iv|進行比較， 若大于最低噪聲功率WL,。，則在1 辦的基礎上提升L1地作為第一口限，L1可自行設定，可W 設為3地，若小于最低噪聲功率Λ京胃，則在Λ/〇\ι,。的基礎上提升L2地作為第一口限，L2可自行 設定，可設為3地。
[0065] 7、將窗口中的最大值與第一口限進行比較，若大于第一口限，則判定為有效的信 號，進行下一步的判斷，若小于第一口限，則表示沒有有效信號，結束此窗口中的檢測。
[0066] 8、根據步驟4中得到的有效信號，求出信噪比。若有效信號是在小于最低噪聲功率 的情況下得到，則信噪比夫
若有效信號是在大于最低噪聲功率的情況下得到，則信 噪比為
[0067] 9、根據協(xié)議性能的要求:對于任何接收天線數目，任意帖結構和任意信道帶寬，總 的虛警概率應該小于0.1 %，漏檢概率不大于1 %。通過仿真設定圖4中的XI、Χ2、Υ1、Υ2的值， 橫坐標對應信噪比大小，縱坐標對應第二口限值。
[0068] 10、根據步驟5中得到的信噪比，對應到圖4中求得第二口限值。將窗口中的最大值 與此口限比較，若大于則有用戶接入，并記錄窗口中的最大值的位置，其與窗口中第一個點 的位置的差所用的時間就是上行定時提前量，否則，沒有用戶接入。
[0069] 需要說明的是，本發(fā)明所提供的上述實施例僅具有示意性，不具有限定本發(fā)明的 具體實施的范圍的作用。本發(fā)明的保護范圍應包括那些對于本領域的普通技術人員來說顯 而易見的變換或替代方案。
【主權項】
1. 一種門限自適應的物理隨機接入信道的檢測方法，其特征在于包括以下步驟： (1) 生成卩〇卩； (2) 區(qū)分低速模式和高速模式分別采用單窗口檢測和多窗口檢測； (3) 設定一個合適的最低噪聲功率iV匕,n,與步驟2中得到的噪聲功率進行比較，若大 于最低噪聲功率A Q2mm，則在的基礎上提升L1 d Β作為第一門限，若小于最低噪聲功率 確.，則在的基礎上提升L2dB作為第一門限； (4) 將窗口中的最大值與第一門限進行比較，若大于第一門限，則判定為有效的信號， 進行下一步的判斷，若小于第一門限，則表示沒有有效信號，結束此窗口中的檢測； (5) 根據步驟4中得到的有效信號，求出信噪比，若有效信號是在小于最低噪聲功率的 情況下得到，則信噪比為，若有效信號是在大于最低噪聲功率的情況下得到，則信噪(6) 根據協(xié)議性能的要求，對于任何接收天線數目，任意幀結構和任意信道帶寬，設定 虛警概率的最大值和漏檢概率的最小值； ⑴根據步驟5中得到的信噪比，求得第二門限值，將窗口中的最大值與此門限比較，若 大于則有用戶接入，并記錄窗口中最大值的位置，其與窗口中第一個點的位置的差所用的 時間就是上行定時提前量，否則，認為沒有用戶接入。2. 根據權利要求1所述的一種門限自適應的物理隨機接入信道的檢測方法，其特征在 于步驟1中，生成rop包含以下步驟:在得到功率延遲序列之前，包括： (1) 對接收機接收到的信號進行去除循環(huán)前綴、DFT變換、解資源映射，在FDD模式下得 到一組頻域信號，在TDD模式下可能得到多組頻域信號； (2) 根據高層參數配置的邏輯根序列找到對應的物理根序列u，對可用的u產生出當前 可用的ZC序列，每個u只產生一組本地ZC序列； (3) 將本地的ZC序列經過FFT變換后與上述得到的頻域信號做頻域相關；（4)經過IFFT 運算得到rop。3. 根據權利要求2所述的一種門限自適應的物理隨機接入信道的檢測方法，其特征在 于在所述的DFT變換之前可以先進行多次的濾波降采樣處理。4. 根據權利要求1所述的一種門限自適應的物理隨機接入信道的檢測方法，其特征在 于步驟2中，低速模式下單窗口檢測的窗口長度為N CS，高速模式下使用三窗口合并檢測，相 關峰值的主瓣和左右兩個旁瓣的檢測范圍分別為：[C v，C v + N c s - 1 ]， [(仏 + 毛)~，(4 + <4+\廠1)~_]，[(€^-<4)~，(<^_4/ + 況(35_1)~丄根據？〇?，在每 個檢測窗口中去掉一個或者適當的幾個最大值，將窗口中對剩余的值做平均處理，得到每 個窗口的噪聲功率叫$。5. 根據權利要求1所述的一種門限自適應的物理隨機接入信道的檢測方法，其特征在 于步驟3中，L1、L2可自行設定。6. 根據權利要求5所述的一種門限自適應的物理隨機接入信道的檢測方法，其特征在 于L1、L2的值為3dB。7.根據權利要求1所述的一種門限自適應的物理隨機接入信道的檢測方法，其特征在 于步驟6中所述虛警概率的最大值設為0.1 %，漏檢概率的最小值設為1 %。
【文檔編號】H04W74/08GK106060864SQ201610343206
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】周井泉, 承松
【申請人】南京郵電大學