本发明涉及通信领域，特别涉及一种上行随机接入的签名序列检测方法及装置。
背景技术：
在LTE(LongTermEvolution，长期演进)系统中，随机接入技术是用户设备(UserEquipment，简称“UE”)接入控制的一项重要技术，是用户设备用来进行上行定时同步的。
在LTE系统中用户设备通过在物理随机接入信道上发送随机接入信道，随机接入信道中采用Zadoff-Chu(ZC)序列的循环移位作为前导序列，在上行随机接入的过程中，需要对ZC进行签名序列检测，而对ZC进行签名序列检测时需要确定相应的检测门限值Tdet。
一般的，基于恒虚警概率原则，检测门限Tdet可表示为：Tdet＝γnTr，其中，γn为噪声功率，Tr为噪声功率门限因子。假设只包含噪声的L个复数随机变量为统计独立同分布的复高斯随机变量，则随机变量znca(τ)是自由度为2NaNnca的中心卡方分布的随机变量，其均值为：其中，为y(n)为噪声时的方差，y(n)为包含噪声的基带接收离散信号，Nca为对y(n)进行快速离散傅里叶变换的长度值,而是根据ZC序列功率延时谱(PDP)：获取的，其中，xu(n)为ZC根序列，a为接收机的天线标识，m为ZC序列的重复块数，τ对应于ZC基序列的循环移位,L表示ZC根序列的最大循环移位。在实际过程中，由于噪声的统计特性较难获取，通常通过平均值的检测样本来大概估计噪声功率，即：其中，Tdet_ini为所有检测样本平均值，Ns为相应的小于平均值的样本数。
上述对噪声功率γn的估计方法具有适用性大及运算简单的优点，但在签名序列信号较弱(在强噪声背景下)及较多个签名序列信号同时出现的情况下并不是最有效的方法。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种上行随机接入的签名序列检测方法及装置，使得在签名序列信号较弱(在强噪声背景下)及较多个签名序列信号同时出现的情况下,仍可获得精确的检测效果。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种上行随机接入的签名序列检测方法，包含以下步骤：
获取功率延时谱序列{znca(τi)}，其中，0≤i≤L-1，L表示ZC根序列的最大循环移位，Znca(τi)表示功率延时谱序列中第i个采样信号，τi对应于第i个ZC基序列的循环移位；
删除功率延时谱序列{znca(τi)}中的干扰目标回波采样信号，将删除所述干扰目标回波采样信号后的功率延时谱序列中剩余的来自噪声背景的采样信号进行求和，并将所得到和作为噪声功率γn；
获取噪声功率门限因子Tr；
根据所述噪声功率γn及噪声功率门限因子Tr，获取进行签名序列检测的门限Tdet，并利用所述门限Tdet进行峰值搜索。
本发明的实施方式还提供了一种上行随机接入的签名序列检测装置，包含：延时谱序列获取模块、噪声功率获取模块、噪声功率门限因子获取模块及签名序列检测模块；
所述延时谱序列获取模块用于获取功率延时谱序列{znca(τi)}，其中，0≤i≤L-1，L表示ZC根序列的最大循环移位，Znca(τi)表示功率延时谱序列中第i个采样信号，τi对应于第i个ZC基序列的循环移位；
所述噪声功率获取模块用于删除功率延时谱序列{znca(τi)}中的干扰目标回波采样信号，将删除所述干扰目标回波采样信号后的功率延时谱序列中剩余的来自噪声背景的采样信号进行求和，并将所得到和作为噪声功率γn；
所述噪声功率门限因子获取模块用于获取噪声功率门限因子Tr；
所述签名序列检测模块用于根据所述噪声功率γn及噪声功率门限因子Tr，获取进行签名序列检测的门限Tdet，并利用所述门限Tdet进行峰值搜索。
本发明实施方式相对于现有技术而言，采用基于自动平均删除的噪声功率的估计方法，删除功率延时谱序列{znca(τi)}中的干扰目标回波采样信号，将删除所述干扰目标回波采样信号后的功率延时谱序列中剩余的来自噪声背景的采样信号进行求和，并将所得到和作为噪声功率γn，这种获取噪声功率γn的方法使得即使在签名序列信号较弱(在强噪声背景下)及较多个签名序列信号同时出现的情况下,检测算法仍可获得精确的检测效果。
进一步地，所述门限Tdet为：Tdet＝γnTr；
在利用所述门限Tdet进行峰值搜索的步骤中，包括以下子步骤：
判断所述Tdet与znca(τi)的大小关系，若znca(τi)≥Tdet，则znca(τi)为签名序列；若znca(τi)<Tdet，则znca(τi)为噪声。通过判断Tdet与znca(τi)的大小关系，识别出功率延时谱PDP序列中的签名序列，从而获取上行ZC序列的请求信号。
进一步地，在所述获取功率延时谱序列的步骤中，包括以下子步骤：
将接收到信号转换为基带信号；
对所述基带信号进行线性滤波；
对所述进行线性滤波后的基带信号进行采样；
去除所述采样后的基带信号的循环前缀，获取包含噪声的基带接收离散信号y(n)；
对所述y(n)进行频域转换、子载波解映射，并在频域与所述ZC序列相乘并通过时域变换后应用平方律，获取ZC序列功率延时谱PDP：所述其中，a为接收机的天线标识，m为ZC序列的重复块数标识，τ对应于ZC基序列的循环移位,xu(n)为ZC根序列；
根据所述ZC序列功率延时谱，获取所述ZC序列功率延时谱序列。获取ZC序列功率延时谱，从而为后期获取功率延时谱PDP序列及进行签名序列检测的门限Tdet提供了可能。
进一步地，在所述将接收到信号转换为基带信号的步骤之前，还包括以下步骤：
判断是否有信号进入，并在判断有信号进入后发送进行基带信号转换的请求。先判断是否有信号进入，有利于后期及时对进入的信号进行转换。
附图说明
图1是根据本明第一实施方式的上行随机接入的签名序列检测方法的流程图；
图2是根据本发明第一实施方式的长期演进随机接入信道接收机获取ZC序列的功率延时谱PDP的结构示意图；
图3是根据本发明第三实施方式的上行随机接入的签名序列检测装置结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
本发明的第一实施方式涉及一种上行随机接入的签名序列检测方法。由于在雷达理论中，基于自动平均删除的噪声功率估计方法，对雷达反射为弱信号及密集目标检测场景显示出较佳的性能。基于这一提示，本实施方式采用基于自动平均删除的噪声功率估计方法应用于LTE上行随机接入签名序列检测的噪声功率估计，在签名序列信号较弱(在强噪声背景下)及较多个签名序列信号同时出现的情况下,仍可获得精确的检测效果。
另外，相对于的噪声功率估计，尽管基于自动平均删除的噪声功率估计具有较大的计算复杂度，但由于LTE上行检测由基站实现，基站相对终端具有较强的运算能力，在基站实现这种算法也较为合理。
本实施方式的具体流程如图1所示。
在步骤101中，长期演进随机接入信道接收机获取功率延时谱序列{znca(τi)}，其中，0≤i≤L-1，L表示ZC根序列的最大循环移位，Znca(τi)表示功率延时谱序列中第i个采样信号，τi对应于第i个ZC基序列的循环移位。
具体地说，接收机先将接收到的信号转换为基带信号；再通过线性滤波器对该基带信号进行线性滤波，并对经过线性滤波后的基带信号进行采样、循环前缀去除，获取包含噪声的基带接收离散信号y(n)；接下来，再对y(n)进行频域转换、子载波解映射，并在频域与所述ZC序列相乘并通过时域变换后应用平方律，获取ZC序列功率延时谱：其中，a为接收机的天线标识，m为ZC序列的重复块数标识，τ对应于ZC基序列的循环移位,xu(n)为ZC根序列。最后在根据ZC序列功率延时谱，获取ZC序列功率延时谱序列。由于ZC序列功率延时谱序列的获取过程是通过现有技术实现的，本实施方式不再赘述。
紧接着，长期演进随机接入信道接收机根据该ZC序列的功率延时谱，获取功率延时谱序列：{znca(τi)}，其中，0≤i≤L-1，Na为接收天线数目，Nnca为ZC序列的重复发送块数。
在步骤102至108中，长期演进随机接入信道接收机删除功率延时谱序列{znca(τi)}中的干扰目标回波采样信号，将删除所述干扰目标回波采样信号后的功率延时谱序列中剩余的来自噪声背景的采样信号进行求和，并将所得到和作为噪声功率γn。
具体地说，在骤102中，长期演进随机接入信道接收机按照幅值的大小对功率延时谱序列{znca(τi)}进行排序，生成新的功率延时谱序列{znca(τi')}，其中，Znca(τ0′)、Znca(τ1′)、…、Znca(τ′L-1)的幅值依次增大。
在步骤103中，长期演进随机接入信道接收机根据新的功率延时谱序列{znca(τi')}，设定噪声功率γn的估计值为其中，0≤j≤nini≤L-1；为集合{znca(τi')}中的一部分采样信号之和，这里可以取其中，表示取L/4的整数上限。
在步骤104中，长期演进随机接入信道接收机根据znca(τ)的累积分布函数，及设定的误删除概率Pfc，获取阀值因子
具体地说，znca(τ)的累积分布函数为：
误删除概率Pfc为将噪声判断为有用信号而将其从噪声功率估计中删除的概率，其满足：即再结合前面给出的znca(τ)的累积分布函数，从而得出：根据本式即可得到阀值因子其中，误删除概率Pfc是可以按照通信系统的设计需求进行设定，其获取方法可以通过现有技术实现，本实施方式不再赘述。
在步骤105中，长期演进随机接入信道接收机根据所述噪声功率γn的估计值及阀值因子，设定阀值
在步骤106中，先取N＝nini+1，判断N>L-1(即nini+1>L-1)是否成立，若成立，则认为采样信号Znca(τ0′)、Znca(τ1′)、…、Znca(τ′L-1)均来自噪声背景，并直接进入步骤108。
由于在步骤103中，设定的噪声功率估计值为0≤j≤nini≤L-1；因此，当nini+1>L-1成立时，即nini>L-2，此时nini只能取L-1，也就是说，已经包括集合{znca(τi')}的所有采样信号，即采样信号Znca(τ0′)、Znca(τ1′)、…、Znca(τ′L-1)都已经包括在设定的噪声功率中，这也就是默认了所有的采样信号都来自噪声背景，因此，在步骤108中，将噪声功率γn的估计值作为噪声功率γn。
若N>L-1(即nini+1>L-1)不成立，则进入步骤107,在步骤107中，继续判断Znca(τ′N)>S是否成立，即判断：是否成立。若成立，则认为采样信号Znca(τ′0)、…、Znca(τ′nini)来自噪声背景，而采样信号…，Znca(τ′L-1)均来自干扰目标回波，长期演进随机接入信道接收机删除干扰目标回波采样，并进入步骤108。在步骤108中，将噪声功率γn的估计值作为噪声功率γn
若Znca(τ′N)>S不成立，即不成立，则认为采样信号Znca(τ′nini+1)来自噪声背景，并返回步骤103,在步骤103中，重新设定噪声功率γn的估计值，将噪声功率γn的估计值更新为
在步骤104中，根据znca(τ)的累积分布函数及更新后的误删除概率Pfc获取更新后的阀值因子
即根据
在步骤105中，长期演进随机接入信道接收机根据更新后的噪声功率γn的估计值及阀值因子获取阀值即
在步骤106中，先取N＝nini+2，再判断N>L-1(即nini+2>L-1)是否成立。直到删除功率延时谱序列{znca(τi)}中所有的干扰目标回波采样信号，获取功率延时谱序列{znca(τi)}中所有来自噪声背景的采集信号的和，并将所述来自噪声背景的采集信号的和作为噪声功率γn。
在步骤109中，长期演进随机接入信道接收机获取噪声功率门限因子Tr。
具体地说，长期演进随机接入信道接收机先获取签名序列检测的恒虚警概率的最大值Pfa，其中，所述Pfa满足：F(Tdet)＝1-Pfa(Tdet)L；
再根据所述F(Tdet)＝1-Pfa(Tdet)L，并结合znca(τ)的累积分布函数：
得到：
在步骤110中，根据噪声功率γn及噪声功率门限因子Tr，获取进行签名序列检测的门限Tdet，并利用门限Tdet进行峰值搜索。
在本步骤中，门限Tdet为：Tdet＝γnTr；利用门限Tdet进行峰值搜索的目的即的判断接收信号中是否存在上行ZC序列请求信号，其判断的方法即是比较Tdet与znca(τi)的大小关系，若znca(τi)≥Tdet，则认为znca(τi)为签名序列；若znca(τi)<Tdet，则认为znca(τi)为噪声。
本发明第二实施方式涉及一种上行随机接入的签名序列检测方法。第二实施方式是在第一实施方式的基础上做的进一步改进，其改进之处在处：在本发明第二实施方式中，在将接收到信号转换为基带信号的步骤之前，长期演进随机接入信道接收机会判断是否有信号进入，并在判断有信号进入后发送进行基带信号转换的请求。具体地说，在将接收到信号转换为基带信号的步骤之前，长期演进随机接入信道接收机会周期性地检测是否有信号进入，这种做法有利于长期演进随机接入信道接收机及时地将其转化为基带信号。
本发明第三实施方式涉及一种上行随机接入的签名序列检测方法。第三实施方式与第一实施大致相同，主要区别之处在于：在第一实施方式中，最初设定的噪声功率的估计值为0≤j≤nini≤L-1；而在本发明第三实施方式中，取nini＝0，即设定的噪声功率的估计值为这种取值方式相对于第一实施方式而言，能够对功率延时谱序列{znca(τi)}中所有采样信号进行逐一的判定，从而使得最终获取的噪声功率更为精确。
本发明第四实施方式涉及一种上行随机接入的签名序列检测装置，如图3所示，包含：延时谱序列获取模块、噪声功率获取模块、噪声功率门限因子获取模块及签名序列检测模块；
延时谱序列获取模块用于获取功率延时谱序列{znca(τi)}，其中，0≤i≤L-1，L表示ZC根序列的最大循环移位，Znca(τi)表示功率延时谱序列中第i个采样信号，τi对应于第i个ZC基序列的循环移位；
噪声功率获取模块用于删除功率延时谱序列{znca(τi)}中的干扰目标回波采样信号，将删除所述干扰目标回波采样信号后的功率延时谱序列中剩余的来自噪声背景的采样信号进行求和，并将所得到和作为噪声功率γn；
噪声功率门限因子获取模块用于获取噪声功率门限因子Tr；
签名序列检测模块用于根据所述噪声功率γn及噪声功率门限因子Tr，获取进行签名序列检测的门限Tdet，并利用所述门限Tdet进行峰值搜索。
具体地说，噪声功率获取模块包括：排序子模块、噪声功率估计值设定子模块、阀值因子获取子模块、阀值获取子模块、判断子模块取。
排序子模块用于按照幅值的大小对所述功率延时谱序列{znca(τi)}进行排序，生成新的功率延时谱序列{znca(τi')}，其中，Znca(τ0′)、Znca(τ1′)、…、Znca(τ′L-1)的幅值依次增大。
噪声功率估计值设定子模块用于根据所述新的功率延时谱序列{znca(τi')}，设定噪声功率γn的估计值为其中，0≤j≤nini≤L-1。
阀值因子获取子模块用于根据znca(τ)的累积分布函数，及设定的误删除概率Pfc，获取阀值因子
阀值获取子模块用于根据所述噪声功率γn的估计值及阀值因子，设定阀值
判断子模块取N＝nini+1，并判断N>L-1是否成立，若成立，则认为采样信号Znca(τ0′)、Znca(τ1′)、…、Znca(τ′L-1)均来自噪声背景，并将噪声功率γn的估计值作为噪声功率γn；若不成立，则继续判断Znca(τ′N)>S是否成立；
若成立，则认为采样信号Znca(τ0′)、…、来自噪声背景，而采样信号…，Znca(τ′L-1)均来自干扰目标回波，删除所述干扰目标回波采样信号，并将噪声功率γn的估计值作为噪声功率γn；若不成立，则认为采样信号来自噪声背景，并向噪声功率估计值设定子模块及阀值因子获取子模块发送更新指令；收到更新指令后，噪声功率估计值设定子模块将所述噪声功率γn的估计值更新为阀值因子获取子模块根据znca(τ)的累积分布函数及更新后的误删除概率Pfc获取更新后的阀值因子所述阀值获取子模块根据更新后的噪声功率γn的估计值及更新后的阀值因子确定更新后的阀值判断子模块重新取N＝nini+2进行判断，直到删除功率延时谱序列{znca(τi)}中所有的干扰目标回波采样信号，获取功率延时谱序列{znca(τi)}中所有来自噪声背景的采集信号的和，并将所述来自噪声背景的采集信号的和作为噪声功率γn。
另外，签名序列检测模块包括：门限获取子模块及峰值搜索子模块；
门限获取子模块用于根据所述噪声功率γn及噪声功率门限因子Tr，获取进行签名序列检测的门限Tdet，所述门限Tdet为：Tdet＝γnTr；
峰值搜索子模块用于判断所述Tdet与znca(τi)的大小关系，并在znca(τi)≥Tdet时，输出znca(τi)为签名序列的判断结果；在znca(τi)<Tdet时，输出znca(τi)为噪声的判断结果。
不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的系统实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。
值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。
本发明第五实施方式涉及一种上行随机接入的签名序列检测装置。第五实施方式是在第四实施方式的基础上做的进一步改进，其改进之处在处：在本发明第五实施方式中，还设有信号检测模块，该信号检测模块用于判断是否有信号进入，并在判断有信号进入后发送进行基带信号转换的请求。具体地说，在将接收到信号转换为基带信号之前，信号检测模块会周期性地检测是否有信号进入，这种做法有利于长期演进随机接入信道接收机及时地将进入的信号转化为基带信号。
本发明第六实施方式涉及一种上行随机接入的签名序列检测装置。第六实施方式与第四实施大致相同，主要区别之处在于：在第四实施方式中，噪声功率估计值设定子模块最初设定的噪声功率的估计值为0≤j≤nini≤L-1；而在本发明第六实施方式中，取nini＝0，即设定的噪声功率的估计值为这种取值方式相对于第四实施方式而言，能够对功率延时谱序列{znca(τi)}中所有采样信号进行逐一的判定，从而使得最终获取的噪声功率更为精确。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。