专利名称：一种随机接入信道的前导码检测方法、装置及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种随机接入信道的前导码检测 技术。
背景技术：
目前广泛研究的B3G ( Beyond Third Generation Mobile Communication, 超三代移动通信)系统都是基于OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access ,正交频分多址接入)技术、或者SC-FDMA ( Single Carrier-Frequency Division Multiple Access,单载波频分多址接入)技术的蜂窝 系统。在B3G系统中， 一个没有与基站获得完全同步的用户在传输上行数据 之前必须获得一个专有ID (Identifier,标识)、定时调整和被分配一定的时频 资源，该过程一般称为"非同步用户随机接入过程"，简称"随机接入"。
B3G系统中，RACH (Random Access Channel,随机接入信道)是一组时 频资源，与其它RACH和用于上行数据传输的时频资源之间是相互正交的。由 于随机接入过程中用户与基站之间没有达到完全同步，为了不使RACH对相邻 的时频资源造成干扰，需要增加保护频带和保护时间。每帧的RACH个数和位 置由基站指定，并通过广播方式通知基站内所有用户。
一个用户在RACH内向基站发送的信号称为RACH突发。如图1所示， 从时域上看，1个RACH突发由CP (CyclicPrefix,循环前缀)、前导码、资源 请求数据和保护时间组成。 一般地，RACH的主要功能是定时调整、用户识别、 功率调整和资源请求。按照目前RACH的设计方法，基站根据小区半径等因素 生成一组可选作前导码的序列并通过广播方式下发，用户可以从该组序列中任 意选取一个序列作为RACH的前导码。前导码的主要功能是定时调整和充当专有ID以区分不同的用户，这就需要在基站侧即接收端对RACH进行快速可靠 的前导码检测。前导码检测就是判断一组序列中的每一个序列是否被用户选作 前导码。
现有技术中提供了 一种RACH的前导码;险测方法。在基站侧即接收端为一 组序列分别设置K个相关器，从1至K顺序编号，任一相关器k (1《k《K) 对应编号为k、大小为d,的检测窗口，相关器中存储编号为k的可选作前导 码的序列^(")。假设接收信号(接收到的RACH突发信号)为,(")，则从r(") 中获取待检测前导码y(")， A^表示获取的待检测前导码j;(")的长度。相关器k 对应的判决变量如公式[l]所示
HO)|2 m 其中，I l表示求模值运算，是接收信号"")和序列A。)的循环移位
相关值，具体计算方法如公式[2]所示
n *
A/vc(附)二 Z/(M)x;v;A(" + m),m = 0，l,.."iVcs _1 [2] 其中，"*"表示取共轭运算。
找出判决变量的最大值m肌^(w)，m-0,l，…，A^-1}，并与预先设定的第
一阈值a相比较，第一阈值a需要根据SNR ( Signal to Noise Ratio,信噪比) 进行调整；如果在大小为7V^的检测窗口内，判决变量的最大值大于等于第一 阈值a，即存在w' e
,满足如下公式[3]:
入(w')2a [3] 其中，^ 0') = max{^ (附)，w = 0,1,-1}，则4全测出编号为k的序列 A^)被用户选作前导码。
现有技术中提供了另 一种RACH的前导码检测方法。将相关器输出值的平 方(由估计得到的噪声方差归一化)作为判决变量，相关器k对应的判决变量如 公式[4]所示
6^ (w) =~~ [4]
其中，《是基站侧即接收端的噪声方差估计值，I l表示求模值运算， 是接收信号"")和序列A(")的循环移位相关值，具体计算方法同样如公式[2] 所示。
如果在大小为A^的检测窗口内，至少有一个判决变量大于等于预先设定 的第二阈值b，即存在w"e
，满足如下公式[5]:
A(附")" [5] 则检测出编号为k的序列xA ( )被用户选作前导码。
可见现有技术中，方法一需要将每一个可选作前导码的序列与待检测前导 码分别进行相关运算，根据相关运算结果进行前导码检测；并且在检测过程中， 需要根据SNR调整第一阈值a，实现复杂。
方法二同样需要将每一个可选作前导码的序列与待检测前导码分别进行 相关运算，根据相关运算结果进行前导码检测；并且在检测过程中，需要估计 噪声方差，增加了接收端的处理复杂度，同时4企测过程中的分析和仿真均以对 噪声方差的无偏估计为前提，若估计的噪声方差出现错误，将直接影响第二阈 值b的准确度，从而导致前导码检测的准确度降低。
发明内容
本发明提供一种随机接入信道的前导码检测方法、装置及设备，用以降低 前导码检测的复杂度。
本发明提供一种随机接入信道的前导码检测方法，包括 将从接收信号中获取的待检测前导码与任一可选作前导码的序列在频域
进行等效于时域相关运算的相乘运算，得到一组相关值；
确定每一个相关值的模值并将所有模值按照从大到小的顺序进行排列，根
据所有可选作前导码的序列的数量，提取排列在前的相同数量的模值；根据所有冲莫值确定每一个所提取模值对应的判决变量，并当所提取模值对 应的判决变量大于或等于确定的判决阈值时，才全测出该所提取模值对应的序列 被选作前导码。
本发明提供一种随机接入信道的前导码检测装置，包括
相关运算单元用于将从接收信号中获取的待检测前导码与任一可选作前
导码的序列在频域进行等效于时域相关运算的相乘运算，得到一组相关值； 提取单元用于确定每一个相关值的模值并将所有模值按照从大到小的顺
序进行排列，根据所有可选作前导码的序列的数量，提取排列在前的相同数量
的模值；
检测单元用于根据所有模值确定每一个所提取冲莫值对应的判决变量，并 当所提^^莫值对应的判决变量大于或等于确定的判决阈值时，检测出该所提取 模值对应的序列被选作前导码。
本发明提供一种基站，包括该随机接入信道的前导码检测装置。 本发明提供的随机接入信道的前导码检测方法，将待检测前导码与任一可 选作前导码的序列在频域进行一次等效于时域相关运算的相乘运算，得到一组 相关值，并提取出与所有可选作前导码的序列 一一对应的所有相关值的模值， 再根据各模值对应的判决变量是否大于等于判决阈值，即可检测出该模值对应 的序列是否被选作前导码，通过一次频域相乘运算即实现了对所有可选作前导 码的序列的检测，大大降低前导码检测的复杂度。
图1为现有技术中RACH突发的时域结构示意图2为本发明实施例中RACH的前导码时域4全测原理示意图3为本发明实施例中RACH的前导码时域检测对应的检测窗口示意图4为本发明实施例中RACH的前导码频域检测原理示意图5为本发明实施例中RACH的前导码频域检测对应的检测窗口示意图；图6为本发明实施例中RACH的前导码;险测方法流程图； 图7为本发明实施例中RACH的前导码-险测装置框图。
具体实施例方式
本发明实施例提供了 一种RACH的前导码4全测方法，用以降低前导码;险测 的复杂度。
考虑到会出现多个用户同时随机接入的情况，而且用户之间是不完全同步 的，所以必须从相关特性较好的一组序列中选取前导码。对可以选作前导码的 序列有以下要求首先，具有良好的自相关特性，以便在基站侧准确估计前导 码的到达时间，并得到用户的时间同步值；其次，具有良好的互相关特性，以 便检测出正确的接收信号，提高可靠性。
目前LTE( Long Term Evolution,长期演进)研究项目选取Zadoff-Chu( ZC) 序列，也称为CAZAC序列作为RACH的前导码，CAZAC序列为 一种具有理 想的周期自相关特性和互相关特性的序列。CAZAC序列的性质是自相关函 数具有周期扩展性，仅仅在时间间隔为零的情况下取值为非零；互相关函数的 幅度值等于序列长度的平方根。每个小区包含有M个可选作前导码的CAZAC 序列(目前规定M为64 )。 u次根CAZAC序列定义如公式[6]所示
A(") = e—;I(0^iVzc-l) [6] 其中，iVzc表示CAZAC序列的长度，对于频分双工帧结构而言，目前规 定4 =839。
对于u次根CAZAC序列，具有零相关区并且零相关区长度为A^的
CAZAC序列定义如公式[7]所示
x ,v (/7) 二 jck ((w + C、,) mod iVzc) [7]
其中，L」表示向下取整；mod表示取模运算，即计算(n+t;)与^c相除所
得的余数。对于一般的CAZAC序列，Cv=vWcs，其中"O,l，......,LiVzc/Wcs」-l，目前LTE采用具有零相关区的CAZAC序列作为RACH的前导码，本发明实施例将以CAZAC序列为例详细介绍RACH的前导码;险测方法。
基于CAZAC序列的前导码时域检测原理进行简单介绍。如图2所示，假设接收信号为r(")，从,(力中截取的待检测前导码为^("), A^表示接收到的待
检测前导码的长度，也即CAZAC序列的长度；设置K个相关器，任一相关器k ( 1《k《K)对应一个编号为k、大小为iVc,的才全测窗口，各检测窗口如图3所示，检测窗口的数目r = LA^/(s」。j;(":)与各相关器内存储的编号为(M,v)的CAZAC序列\v (n)在对应的检测窗口内进行相关运算，如公式[8]所示
"w(附卜Z /+附)mod7Vzc),w = 0,1，...，7VCS—1 [8]
"二0
其中，"*，，表示取共轭运算，"mod"表示取模运算，可以根据计算出的相关值(m)进行前导码检测。
基于CAZAC序列的前导码频域检测原理进行简单介绍。因为时域的相关运算对应频域的相乘运算，故前导码频域检测原理如图4所示。对于接收到的待检测前导码y(")进行Wzc点的DFT ( Discrete Fourier Transform,离散傅立叶
变换)得到频域信号^q，然后取共轭得到y'(";再将任一可选作前导码的
CAZAC序列，例如v = 0的CAZAC序列x ,。(")进行DFT得到频域信号;
("与相乘，之后再进4亍iVzc点的IDFT ( Inverse Discrete Fourier
Transform,离散傅立叶逆变换)，即根据公式[9]得到一组相关值，也称为相关值集合
x (m) = /DiT [r* Z (A:)] ， w = 0,1， 2,…，7VZC — 1 [9]可见，该一组相关值的数量根据待检测前导码的长度A^确定，可以根据计算出的相关值集合i w —)进行前导码检测。
频域检测对应的检测窗口如图5所示，此时检测窗口的大小不再是前导码时域检测中的iVcs ，而是iVzc (—般地，Wcs《Wzc )。
可见，频域;险测原理与时域4全测原理相比，由于4全测窗口的大小由变成了A^，待4企测前导码与任一可选作前导码的CAZAC序列在频域进行一次
等效于时域相关运算的相乘运算，不仅可以得到该CAZAC序列对应的相关值，还能得到所有可选作前导码的CAZAC序列对应的相关值，这将大大降低前导码;险测的复杂度。
基于以上时域和频域检测原理的分析，本发明实施例提供一种基于CAZAC序列的前导码检测方法，基于频域检测原理进行前导码检测，检测窗口的大小为W^.,包括如下步骤
步骤1、将待斥全测前导码与任一可选作前导码的CAZAC序列在频域进朽-等效于时域相关运算的相乘运算，得到相关值集合/ w(m)。
步骤2、假设每个小区包含的可选作前导码的CAZAC序列个数为M，计算相关值集合中每一个相关值的模值，并将所有模值按照由大到小的顺序进行逆序排列，得到相关值的模值集合^"(!')l，hO，l,2,…，A^-1}，满足公式[10]:
fc('綠朴])H"—1 间其中，,、F[/4w-0,l,2，…，A^-l， F[]表示排序前后集合的时间坐标映射
关系，满足——映射，根据时间坐标m即可确定对应的CAZAC序列。
则l《，力')l中最前面的M个值, = 0，1，2，...,M-1，是全部仏c个相关值的模值中
最大的M项，并满足依次降序的排列顺序，定义用o;表示IO')l，如公式[ll]
所示
°", 4iK!')l'"o >o"2 >-..> T,...>o"M—2 >crM_, [11]
其中，该M个模值与所有可选作前导码的CAZAC序列是一一对应的。步骤3、提取该M个模值，该M个模值可称为所提取模值；该M个所提取模值在模值集合中对应的时间坐标/，根据关系式/ = /^[附],附=0，1,2，...,^￡:-1，
可以在相关值集合中找出对应的时间坐标m,这样也就能确定对应的CAZAC
ii[12]
F一1[]表示为F[]的反函数。
步骤4、计算模值集合l及；(/)|中M个所提取模值之外所有-M个剩余模值的平均值，如公式[13]所示
》=~~^"~ ￡《力) [13]其中，4为模值集合中所有模值的数量，M为所有所提取模值的数量，(0|为从所有模值中除去所有所提取模值之外的剩余模值之和，X为该平
均值；
步骤5、确定每一个提取模值对应的判决变量为A, -S，/ = 0,1，2，...,M-1;
其中，A,为第/个所提取4莫值对应的判决变量，c7,为第/个所提^Mt值；步骤6、将所提取模值对应的判决阈值义,与预先确定的判决阈值;i'相比较，若4》;i',则检测出该所提取模值对应的CAZAC序列被用户选作前导码；反之，该所提取模值对应的CAZAC序列没有被用户选作前导码。
下面详细介绍RACH的前导码检测方法中判决阈值的确定方案。以第k个序列为例，定义i^为选择第k个序列作为前导码；&。为没有选择第k个序列作为前导码。如果^。为真而通过前导码检测判决为/^,则称为l次虚警；反之，如果A,为真而通过前导码检测判决为A。，则称为l次漏检。虚警会给基站带来一系列处理负担，在判决阈值选取时首要目标是使虛警概率小于某个设定值，这里假设该设定值为10-%虚警概率是指可选作前导码的序列没有被选作前导码却检测出被选作前导码的概率。下面分析判决阈值;i'与虚警概率&*的关系。
在长度为wcs的零相关区内，下面以零相关区为
为例进行说明，假设编号为k的序列xt (")没有被用户选作前导码，所得到的Wcs个相关值的模
值如公式[14]所示<formula>formula see original document page 13</formula>
其中，7V为待检测前导码的长度，v(")为复高斯白噪声随机变量、方差为cr2 0
则|& —)l服从参数为A^T2的瑞利分布，其数学期望为^^CSCT ,可以假设<formula>formula see original document page 13</formula>。那么虛警概率可以如公式[15]所示:<formula>formula see original document page 13</formula>
公式[15]中<formula>formula see original document page 13</formula>可以将p称为第一概率
丄 1
要使户,* S 0.0001即；AS》1 —尸,=0.9999 ，则<formula>formula see original document page 13</formula>,根据<formula>formula see original document page 13</formula>由瑞利分布特性，通过查询瑞利分布表的上侧分位点
可得p对应的具体数值/7。，再根据7/。即可确定;i'，具体确定方法如公式[16]和[17〗所示<formula>formula see original document page 13</formula>由公式[17]可知，判决阈值"直接依赖于可选作前导码的序列的零相关区长度A^和预先设定的虚警概率P一。值得注意的是，在频域检测原理中，检
测窗口的大小不同于零相关区长度Wcs ,检测窗口的大小为待检测前导码的长本发明实施例中，可以选作前导码的序列不限于CAZAC序列，对其它序列来说，本发明实施例提供的前导码检测方法同样适用。
综上，本发明实施例提供一种RACH的前导码检测方法，如图6所示，包
括
S601 、将从接收信号中获取的待检测前导码与任一可选作前导码的序列在频域进行等效于时域相关运算的相乘运算，得到一组相关值；
5602、 确定每一个相关值的模值并将所有模值按照从大到小的顺序进行排列，根据所有可选作前导码的序列的数量，提取排列在前的相同数量的模值；
5603、 根据所有模值确定每一个所提取模值对应的判决变量，并当所提取模值对应的判决变量大于等于确定的判决阈值时，检测出该所提取模值对应的序列被选作前导码。
其中，如果所提取模值对应的判决变量小于判决阈值，检测出该所提取模值对应的序列没有被选作前导码。
本发明实施例同时提供一种RACH的前导码检测装置，设置在接收端即基站侧，这里所指的基站在不同的系统中可以是不同的物理设备，例如在2G系统中，可以是BS (Base Station),在3G系统中可以是NodeB,在B3G系统中可以是eNodeB，如图7所示，该装置包括
相关运算单元701:用于将从接收信号中获取的待检测前导码与任一可选作前导码的序列在频域进行等效于时域相关运算的相乘运算，得到一组相关
值；
提取单元702:用于确定每一个相关值的模值并将所有模值按照从大到小的顺序进行排列，根据所有可选作前导码的序列的数量，提取排列在前的相同数量的模值；
检测单元703:用于根据所有模值确定每一个所提取模值对应的判决变量，并当所提取模值对应的判决变量大于等于确定的判决阁值时，检测出该所提取模值对应的序列被选作前导码。
其中相关运算单元701包括第一离散傅立叶变换模块711:用于对待检测前导码进行离散傅立叶变换；取共轭模块712:用于对第一离散傅立叶变换模块711输出的频域信号取共轭；
第二离散傅立叶变换模块713:用于对任一可选作前导码的序列进行离散傅立叶变换；
乘法运算模块714:用于对取共轭模块712输出的频域信号和第二离散傅立叶变换模块713输出的频域信号进行乘法运算；
离散傅立叶逆变换模块715:用于对乘法运算模块714输出的频域信号进行离散傅立叶逆变换，得到一组相关值。
本发明实施例提供的RACH的前导码检测方法及装置，在频域进行等效于时域相关运算的相乘运算，通过一次DFT/IDFT操作即可以对同一个小区的所有可选作前导码的序列一次性进行检测，降低了前导码检测的复杂度；并且判决阈值根据虚警概率和可选作前导码的序列的零相关区长度确定，不会受到噪声的影响，避免了噪声估计差错对检测性能的影响，提高了前导码检测的准确性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
1权利要求
1、一种随机接入信道的前导码检测方法，其特征在于，包括将从接收信号中获取的待检测前导码与任一可选作前导码的序列在频域进行等效于时域相关运算的相乘运算，得到一组相关值；确定每一个相关值的模值并将所有模值按照从大到小的顺序进行排列，根据所有可选作前导码的序列的数量，提取排列在前的相同数量的模值；根据所有模值确定每一个所提取模值对应的判决变量，并当所提取模值对应的判决变量大于或等于确定的判决阈值时，检测出该所提取模值对应的序列被选作前导码。
2、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将从接收信号中获取的 待检测前导码与任一可选作前导码的序列在频域进行等效于时域相关运算的 相乘运算，得到一组相关值，具体包括将所述待检测前导码进行离散傅立叶变换后取共轭，并将所述取共轭后得 到的频域信号与任一可选作前导码的序列进行离散傅立叶变换后得到的频域 信号进行乘法运算；将所述乘法运算得到的频域信号进行离散傅立叶逆变换得到一组相关值。
3、 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述一组相关值的数量 根据待检测前导码的长度确定。
4、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所有模值确定每一 个所提取4莫值对应的判决变量，具体包括确定从所有模值中除去所有所提取模值之外的剩余模值的平均值；确定每一 个所提取模值对应的判决变量为该所提取模值与所述平均值之商。
5、 如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定从所有模值中除去所有所提取模值之外的剩余模值的平均值，通过公式互=^~^/|;—实现，其中，A^为所有模值的数量，M为所有所提取模值的数量，H^,力)l为从所有模值中除去所有所提取模值之外的剩余模值之和，l为所述平均值；以 及，所迷确定每一个所提取模值对应的判决变量为该所提取模值与所述平均 值之商，通过公式^=^,; = 0,1,2,...,^-1实现，其中，义,为第/个所提取模值对应的判决变量，CT,为第/个所提取模值。
6、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判决阈值根据预先设置的虚警概率和可选作前导码的序列的零相关区长度确定，所述虛警概率为可选 作前导码的序列没有被选作前导码却检测出被选作前导码的概率。
7、 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述判决阈值根据预先设置 的虚警概率和可选作前导码的序列的零相关区长度确定，通过公式为所述零相关区长度，r为所述判决阈值，；7。是根据所述第一概率/7以及瑞利分布特性确定的。
8、 一种随机接入信道的前导码检测装置，其特征在于，包括 相关运算单元用于将从接收信号中获取的待检测前导码与任一可选作前导码的序列在频域进行等效于时域相关运算的相乘运算，得到一组相关值；提取单元用于确定每一个相关值的模值并将所有模值按照从大到小的顺 序进行排列，根据所有可选作前导码的序列的数量，提取排列在前的相同数量 的模值；检测单元用于根据所有模值确定每一个所提取模值对应的判决变量，并 当所提取模值对应的判决变量大于或等于确定的判决阈值时，检测出该所提取 模值对应的序列被选作前导码。
9、如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述相关运算单元包括P = (l-尸一)^和义'=~^实现，其中，P为第一概率，尸，e为所述虛警概率，AA(第一离散傅立叶变换模块用于对所述待检测前导码进行离散傅立叶变换；取共轭模块用于对所述第 一 离散傅立叶变换模块输出的频域信号取共轭；第二离散傅立叶变换模块用于对任一可选作前导码的序列进行离散傅立 叶变换；乘法运算模块用于对所述取共扼模块输出的频域信号和第二离散傅立叶 变换模块输出的频域信号进行乘法运算；离散傅立叶逆变换模块用于对所述乘法运算模块输出的频域信号进行离 散傅立叶逆变换，得到一组相关值。
10、 一种基站，其特征在于，包括如权利要求8或9所述的装置。
全文摘要
本发明公开了一种随机接入信道的前导码检测方法、装置及设备，用以降低前导码检测的复杂度。所述随机接入信道的前导码检测方法，包括将从接收信号中获取的待检测前导码与任一可选作前导码的序列在频域进行等效于时域相关运算的相乘运算，得到一组相关值；确定每一个相关值的模值并将所有模值按照从大到小的顺序进行排列，根据所有可选作前导码的序列的数量，提取排列在前的相同数量的模值；根据所有模值确定每一个所提取模值对应的判决变量，并当所提取模值对应的判决变量大于或等于确定的判决阈值时，检测出该所提取模值对应的序列被选作前导码。
文档编号H04L27/26GK101594168SQ200810113488
公开日2009年12月2日 申请日期2008年5月28日 优先权日2008年5月28日
发明者彬 任, 刘光毅, 凯 牛, 贺志强, 璐 韩, 黄宇红 申请人:中国移动通信集团公司