CN100553174C - 一种上行接入检测的方法 - Google Patents

一种上行接入检测的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种上行接入检测的方法,该方法包括:a、对所有接收天线的位于检测窗内的当前子帧的接收数据进行成型滤波和采样,得到各个接收天线的当前子帧的检测数据矢量;b、根据对各个接收天线上检测窗内干扰功率包络的估计,对各个接收天线的当前子帧的检测数据矢量进行加权;c、将对应各个接收天线的加权后的检测数据矢量与被检测的签名序列做相关运算;并将得到的所有接收天线的相关运算结果进行多天线合并,对合并结果进行签名序列识别。应用本发明的方法,在经过加权的检测数据矢量中已经抑制了干扰,因此在进行相关运算、多天线合并已经签名序列识别后的检测结果中也就抑制了干扰的影响,大大改善了上行接入检测性能。

Description

一种上行接入检测的方法
技术领域
本发明涉及接入检测技术,特别涉及时分同步码分多址接入(TD-SCDMA)***中的一种上行接入检测的方法。
背景技术
TD-SCDMA***是一个时分同步的CDMA***,在该***中,通过软件和帧结构设计实现严格的上行同步。TD-SCDMA***的帧结构有四层:超帧、无线帧、子帧和时隙/码。其中,一个超帧长720ms,由72个无线帧组成,每个无线帧长10ms,且包括两个5ms的子帧。具体子帧结构如图1所示,一个5ms的子帧由3个特殊时隙和7个常规时隙组成。3个特殊时隙分别为持续96码片(chip)的下行导频时隙(DwPTS)、持续160chip的上行导频时隙(UpPTS)和持续96chip的保护间隔(GP);7个常规时隙中,每个常规时隙持续864chip。
在帧结构的设计中,DwPTS是为下行导频和同步而设计的,用于发射无线基站(NodeB)的导频信号,也即下行同步的信号;UpPTS是为上行导频和同步而设计的,用于发射用户终端(UE)的导频信号,进行上行同步;GP是保护间隔,用于避开DwPTS中NodeB下行发送的下行导频信号对上行接收的UpPTS的干扰。
在理想情况下,***期望UE发送的上行导频信号在GP和UpPTS共同组成的时段被NodeB接收;并且认为接收的上行导频信号不遭受自身和相邻NodeB下行导频信号的干扰。但是,在实际情况中,NodeB接收的上行导频信号很可能遭受自身和相邻NodeB下行导频信号的干扰。目前的上行接入检测过程忽视了这一干扰的存在,因此导致TD-SCDMA***的接入性能恶化,尤其在存在较强干扰时,接入性能严重下降。
图2为目前TD-SCDMA***中上行接入检测方法的具体流程图。如图2所示,该方法包括:
步骤201,所有接收天线在检测窗内接收数据,对每根接收天线接收到的数据,利用成型滤波器对接收数据进行滤波,并按照码片速率采样,取出对应GP和UpPTS的256复数据,即构成该接收天线的检测数据矢量。
目前的上行接入检测算法中,检测窗定义为GP+UpPTS时段。本步骤中,得到的检测数据矢量中包括检测窗内每个码片时刻对应的检测数据,共256个。在其中的某些码片时刻,可能受到上行导频信号的干扰,致使这些码片时刻对应的检测数据中包含部分干扰信号分量。
步骤202,将每根接收天线的检测数据矢量分别与被检测的签名序列,即SYNC_UL做相关运算。
步骤203,将所有接收天线得到的相关结果进行多天线合并。
步骤204,将多天线合并的结果经签名序列识别算法进行识别,得到上行接入检测结果。
至此,上行接入检测的流程结束。
由上述流程可以看出,在目前的上行接入检测算法中,步骤201中经过成型滤波和采样后得到的检测数据矢量,被直接用来与签名序列进行相关运算和后续的多天线合并及签名序列识别。在这种流程下,当***的GP+UpPTS时段被较强干扰时,也即检测窗内的某些码片时刻受到较强干扰,则成型滤波和采样后得到的检测数据矢量中与这些受到干扰的码片时刻对应的检测数据中也就包含了较强的干扰信号成分,利用这样的检测数据矢量进行后续的相关运算、多天线合并以及签名序列识别后得到的上行接入检测结果也就引入了较强的干扰,使得上行接入检测性能变差,严重影响***的接入性能。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种上行接入检测的方法,能够实现抵抗下行导频信号干扰的上行接入检测,提高***的上行接入检测性能。
为实现上述目的,本发明采用如下的技术方案:
一种上行接入检测的方法,包括:
a、对所有接收天线的位于检测窗内的当前子帧的接收数据进行成型滤波和采样,得到各个接收天线的当前子帧的检测数据矢量;
b、根据对各个接收天线上检测窗内干扰功率包络的估计,对各个接收天线的当前子帧的检测数据矢量进行加权;
c、将对应各个接收天线的加权后的检测数据矢量与被检测的签名序列做相关运算;并将得到的所有接收天线的相关运算结果进行多天线合并,对合并结果进行签名序列识别。
较佳地,步骤a中所述检测窗可以为:可能接收到上行导频信号的任意时间段。
较佳地,所述可能接收到上行导频信号的任意时间段可以为:由保护间隔和上行导频时隙构成的时间段,或者,由保护间隔和上行导频时隙以及紧随上行导频时隙之后的第一个常规时隙构成的时间段。
较佳地,步骤b中所述干扰功率包络估计可以为,当前子帧的干扰功率包络估计或当前子帧的前一子帧的干扰功率包络估计。
较佳地,当所述干扰功率包络估计为当前子帧的干扰功率包络估计时,所述根据对接收天线上检测窗内干扰功率包络的估计可以在步骤a后进行。
较佳地,当所述干扰功率包络估计为当前子帧的前一子帧的干扰功率包络估计时,
步骤b中可以进一步包括:估计检测窗内当前子帧的干扰功率包络,并对估计结果进行存储,用于检测窗内下一子帧的干扰功率包络的估计。
较佳地,步骤b中所述对各个接收天线上检测窗内干扰功率包络的估计可以为:
P N × 1 k ( t ) = y * ( t ) . × y ( t )
Pk(t)=βPk(t)+(1-β)Pk(t-1)
其中,t为进行检测窗内干扰功率包络估计的子帧号,k为接收天线索引,Pk(t)为第k根接收天线的t子帧检测窗内的干扰功率包络估计,y(t)为t子帧的检测数据矢量,(.×)表示将矢量的元素对应相乘得到新的矢量,*表示共轭运算;β为一个小于等于1的正实数,N为检测窗的长度。
较佳地,预先设定门限,步骤b中所述对各个接收天线的当前子帧的检测数据矢量进行加权可以为:
将检测窗内各个码片时刻的干扰功率估计值与预先设定的门限进行比较,若某码片时刻的干扰功率估计值大于预先设定的门限,则将检测数据矢量中该码片时刻对应的检测数据的加权值置0,若某码片时刻的干扰功率估计值小于或等于预先设定的门限,则对检测数据矢量中该码片时刻对应的检测数据进行非零加权。
较佳地,所述对检测数据矢量中该码片时刻对应的检测数据进行非零加权可以为: w k ( n ) = ( P ‾ t k ( n ) ) - 1 2 , 其中,t为检测窗内干扰功率包络估计的子帧号,n为码片时刻索引值,wk(n)为检测数据矢量中与检测窗内第n个码片时刻对应的检测数据的加权系数,Pt k(n)为与检测窗内第n个码片时刻对应的干扰功率估计值,k为接收天线索引。
由上述技术方案可见,本发明的上行接入检测方法中,对经过成型滤波和采样得到的检测数据矢量,利用检测窗内干扰功率包络的估计进行加权,以抑制检测数据矢量中存在的干扰;再利用加权后的检测数据矢量进行后续的相关运算、多天线合并以及签名序列识别,从而得到上行接入检测结果。由于经过加权的检测数据矢量中已经抑制了干扰,因此在进行相关运算、多天线合并已经签名序列识别后的检测结果中也就抑制了干扰的影响,大大改善了上行接入检测性能,进而提高了整个***的检测性能。
附图说明
图1为TD-SCDMA***的子帧结构。
图2为目前TD-SCDMA***中上行接入检测的具体流程图。
图3为本发明中上行接入检测方法的总体流程图。
图4为本发明实施例中上行接入检测方法的具体流程图。
图5为利用图4和图2所示的方法进行上行接入检测的接入性能比较图。
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明白,以下结合附图并举实施例说明本发明的具体实施方式。
本发明的基本思想是:对经过成型滤波和采样得到的检测数据,进行干扰功率包络的估计,利用检测窗内干扰功率包络的估计进行加权,以抑制检测数据矢量中存在的干扰;再利用加权后的检测数据矢量进行后续的相关运算、多天线合并以及签名序列识别,从而得到上行接入检测结果。
图3为本发明中上行接入检测方法的总体流程图。如图3所示,该方法包括:
步骤301,对所有接收天线的位于检测窗内的当前子帧接收数据进行成型滤波和采样,得到各个接收天线的当前子帧的检测数据矢量;
步骤302,根据对接收天线上检测窗内干扰功率包络的估计,对当前子帧的检测数据矢量进行加权;
步骤303,将对应各个接收天线的加权后的检测数据矢量与被检测的签名序列做相关运算;并将得到的所有接收天线的相关运算结果进行多天线合并,对合并结果进行签名序列识别。
上述为对本发明中上行接入检测方法的总体概述。以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
在本发明的实施方式中,上行接入检测窗的定义可以不局限于GP+UpPTS的256个码片的时段,可以扩展到NodeB可能接收到上行导频信号的任意时间段,如GP+UpPTS+TS1时段,其中,TS1时隙为子帧结构中紧随UpPTS时隙的一个常规时隙。
在上述图3所述的步骤302中,对检测数据矢量进行加权时利用的干扰功率包络的估计,可以是对当前进行上行接入检测的子帧的干扰功率包络估计,也可以是对当前进行上行接入检测的子帧的前一子帧的干扰功率包络估计。下面的实施例即以对当前子帧的干扰功率包络估计进行。
上行接入检测是一个随机接入检测过程,每隔几个子帧进行一次,其中,对于某次上行接入检测过程,用于进行上行接入检测的子帧称为当前子帧。
图4为本发明实施例中上行接入检测方法的具体流程图。如图4所示,该方法包括:
步骤401,每根接收天线在检测窗内接收当前子帧的数据,利用成型滤波器对接收数据进行滤波,并按照码片速率采样,取出检测数据矢量。
本步骤中提取检测数据矢量的方法与图2所示的现有上行接入检测方法相同。假定在t子帧进行上行接入检测,则t子帧为当前子帧,得到的检测数据矢量如下表示:
y N × 1 k ( t ) = y t k ( 1 ) y t k ( 2 ) . . . y t k ( N ) T - - - ( 1 )
其中,k为接收天线索引,yN×1 k(t)为在t子帧中第k根接收天线上的检测数据矢量,yt k(n)为第k根接收天线上检测窗内第k个码片时刻的检测数据,N为检测窗的长度。
步骤402,根据每根接收天线上的检测数据矢量,估计该天线上的检测窗内当前子帧的干扰功率包络。
对应第k根天线,根据检测数据进行干扰功率包络估计的方式可以为:
P N × 1 k ( t ) = p t k ( 1 ) p t k ( 2 ) . . . p t k ( N ) T
= y * ( t ) . × y ( t ) - - - ( 2 )
P ‾ k ( t ) = p ‾ t k ( 1 ) p ‾ t k ( 2 ) . . . p ‾ t k ( N ) T
= β P k ( t ) + ( 1 - β ) P ‾ k ( t - 1 )
其中,Pk(t)为第k根接收天线的干扰功率包络估计,pt k(n)为检测窗内第n个码片时刻对应的干扰功率包络估计值,(.×)表示将矢量的元素对应相乘得到新的矢量,*表示共轭运算;β为一个小于等于1的正实数,被称作遗忘因子,其表示在t子帧进行上行接入检测时,其前一子帧的干扰功率包络估计对本子帧干扰功率包络估计的影响程度。当t=1时,即第一次对某用户终端进行上行接入检测时,Pk(1)=βPk(1)。
由公式(2)可以看出,对于t子帧来说,其干扰功率包络估计与该子帧之前的其它子帧的干扰功率包络估计是相关的。因此,在本实施例中,对于未进行上行接入检测的子帧,对该子帧的干扰功率包络估计是仍然要进行的。在每次接收到一个子帧时,不论在该子帧是否进行上行接入检测,都要对该子帧的干扰功率包络进行估计,即对干扰功率包络估计结果进行一次更新,并记录此次估计结果用于下次干扰功率包络的估计。
步骤403,根据步骤402中得到的每根接收天线的干扰功率包络估计结果,对每根接收天线的检测数据矢量进行加权,以抑制干扰。
本实施例中,对所有接收天线进行加权的方式均相同,以第k根接收天线为例说明具体加权方式。
对于步骤401中得到的检测数据矢量,当其某些码片时刻受到强干扰时,这些码片时刻对应的干扰功率包络的估计值pt k(n)会比较突出。在干扰功率包络估计结果中能够区分出此类干扰功率包络的估计值,并找到其对应的码片时刻,这样就可以将该码片时刻对应的检测数据进行屏蔽,避免其参与后续的相关运算等操作,以抑制这些码片时刻的干扰。
具体区分受到干扰的码片时刻的方式可以为:预先设定一个门限,将检测窗内每个码片时刻的干扰功率值与预先设定的门限进行比较,当某码片时刻的干扰功率值大于预先设定的门限时,则表明该码片时刻受到了强干扰,需要在检测数据矢量中将该码片时刻对应的检测数据清除,于是将对应该码片时刻的检测数据置零,以消除干扰的影响;当某码片时刻的干扰功率值小于或等于预先设定的门限时,则表明该码片时刻未受到强干扰,可以保持该码片时刻的检测数据值不变或者根据该码片时刻的干扰功率值对检测数据进行非零加权。
本实施例中,采用检测窗内当前t子帧每个码片时刻的干扰功率值与预先设定的门限比较,从而对t子帧的检测数据矢量进行加权。更具体地,可以利用下面的公式进行加权为:
w k ( n ) = 0 , P ‾ t k ( n ) > thre w N × 1 k = ( P ‾ t k ( n ) ) - 1 2 , P ‾ t k ( n ) ≤ thre - - - ( 3 )
y ~ N × 1 k = w N × 1 k . × y N × 1 k
其中,thre为预先设定的门限值,wk(n)为检测窗内当前t子帧中第n个码片时刻的加权值, w N × 1 k = w k ( 1 ) w k ( 2 ) . . . . . . w k ( N ) T 为第k根接收天线的加权矢量,Pt k(n)为检测窗内当前t子帧中第n个码片时刻的干扰功率值,
Figure C20061014006700114
为第k根接收天线上加权后的检测数据矢量。在这种加权方式下,当检测窗内t子帧的某码片时刻的干扰功率值Pt k(n)大于预先设定的门限thre时,表明该码片时刻受到了强干扰,需要在检测数据矢量中将该码片时刻对应的检测数据清除,则通过将该码片时刻对应的加权系数置0,进而使得加权后的检测数据矢量中对应该码片时刻的检测数据为0;当某码片时刻的干扰功率值Pt k(n)小于等于预先设定的门限thre时,则表明该码片时刻未受到强干扰,利用公式(3)所示的系数对该码片时刻的检测数据进行加权。
应用上述加权方法后,就可以将检测数据矢量中受到强干扰的码片时刻对应的检测数据从检测数据矢量中屏蔽,即可抑制上行检测过程中的干扰,得到消除干扰后的检测数据继续进行后续操作。
步骤404,将加权后的检测数据与被检测的签名序列,即SYNC_UL做相关运算。
步骤405,将所有接收天线得到的相关结果进行多天线合并。
步骤406,将多天线合并的结果经签名序列识别算法进行识别,得到上行接入检测结果。
至此,本实施例中上行接入检测的流程结束。
在上述实施方式中,对检测窗内当前子帧的干扰功率包络估计和对检测矢量进行加权的操作是依先后顺序执行的。具体地,在步骤403中对当前子帧的检测数据矢量进行加权时,利用检测窗内当前子帧的干扰功率包络估计结果进行,也即步骤403的执行利用到了步骤402的结果,因此步骤402和403是顺序执行的。
与上述实施例中的实施方式相比,此时对检测窗内当前子帧的干扰功率包络估计和对检测矢量进行加权的操作还可以是以其它顺序或并行执行的。由于进行干扰功率包络估计时,是采用递归的方式逐渐收敛至某一功率的,因此对当前子帧的检测数据矢量进行加权时,也可以利用当前子帧前一子帧的干扰功率包络估计结果进行。
当利用当前子帧前一子帧的干扰功率包络估计对当前子帧的检测数据矢量进行加权时,与图4所示的实施例不同的是,在t子帧进行上行接入检测时,步骤403的执行就是根据存储的前一子帧,即检测窗内(t-1)子帧的干扰功率包络结果进行的,而不是步骤402的结果,因此步骤403的执行不必受限于步骤402,步骤402和403可以并行执行或以相反顺序执行。
具体地,在这种实施方式中,需要在步骤401前进一步包括:对当前t子帧的前一子帧,即(t-1)子帧的干扰功率包络进行估计,其估计过程可以利用上述图4的步骤402中的方法进行,并将该估计结果进行存储,用于对当前t子帧的检测数据矢量进行加权。
在步骤403中对当前t子帧的检测数据矢量进行加权的公式可以为,
w k ( n ) = 0 , P ‾ t - 1 k ( n ) > thre w N × 1 k = ( P ‾ t - 1 k ( n ) ) - 1 2 , P ‾ t - 1 k ( n ) ≤ thre
y ~ N × 1 k = w N × 1 k . × y N × 1 k
其中,thre为预先设定的门限值,wk(n)为检测窗内当前t子帧的第n个码片时刻的加权值, w N × 1 k = w k ( 1 ) w k ( 2 ) . . . . . . w k ( N ) T 为第k根接收天线的加权矢量,
Figure C20061014006700134
为第k根接收天线上加权后的检测数据矢量,Pt-1 k(n)为检测窗内(t-1)子帧的第n个码片时刻的干扰功率值。其中,(t-1)子帧的干扰功率包络估计Pk(t-1),是在(t-1)子帧进行干扰功率包络估计时得到并存储下来的。
步骤402中进行干扰功率包络估计时仍然是对当前t子帧进行,并将其得到的干扰功率包络估计结果存储起来,用于下一子帧的干扰功率包络估计。
由上述流程可见,本发明的具体实施方式在基本保留了现有上行接入检测方法框架流程的同时,利用对干扰功率包络的估计和基于该估计对检测数据进行加权,实现了对上行接入检测过程中的干扰消除,有效提高***接入检测的抗干扰能力,提高了***的检测性能。
下面通过与现有技术的仿真对比说明本发明实施例中上行接入检测方法的效果。在一个八根发射天线、一根接收天线的TD-SCDMA***中,分别应用图4和图2所示的方法进行上行接入检测,设定检测窗为GP+UpPTS时段,则经过成型滤波和采样后得到的检测数据矢量为y256×1(t)=[yt(1) yt(2) ... yt(256)]T
在图5中,曲线501表示GP+UpPTS时段未受到DwPTS时段干扰时,***的信噪比与检测概率的关系图;曲线502和503分别表示GP+UpPTS时段受到DwPTS时段干扰时,利用图4和图2所示的方法进行上行接入检测时***的信噪比与检测概率的关系图。
对于利用图4所示的方法进行上行接入检测时,对检测数据矢量y256×1(t)进行干扰功率包络估计,具体利用公式(2)得到干扰功率包络估计结果P256×1 k(t);再利用对超出门限值的强干扰码片时刻的加权系数置0,其余码片时刻的加权系数置1,对检测数据矢量进行加权;最后利用加权后的检测数据矢量进行相关运算、多天线合并和签名序列识别,进而得到图5中曲线502所示的结果。
对于利用图2所示的方法进行上行接入检测时,是直接利用检测数据矢量y256×1(t)进行相关运算、多天线合并和签名序列识别,进而得到图5中曲线503所示的结果。
由图5可以看出,当GP+UpPTS时段受到DwPTS时段信号干扰时,利用本发明实施例的方法能够获得更高的检测概率,并且随着干扰的加强,即信噪比的降低,本发明实施例相对于图2所示方法的性能提高越大。
以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1、一种上行接入检测的方法,其特征在于,该方法包括:
a、对所有接收天线的位于检测窗内的当前子帧的接收数据进行成型滤波和采样,得到各个接收天线的当前子帧的检测数据矢量;
b、根据对各个接收天线上检测窗内干扰功率包络的估计,对各个接收天线的当前子帧的检测数据矢量进行加权;
c、将对应各个接收天线的加权后的检测数据矢量与被检测的签名序列做相关运算;并将得到的所有接收天线的相关运算结果进行多天线合并,对合并结果进行签名序列识别。
2、根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤a中所述检测窗为:可能接收到上行导频信号的任意时间段。
3、根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述可能接收到上行导频信号的任意时间段为:由保护间隔和上行导频时隙构成的时间段,或者,由保护间隔和上行导频时隙以及紧随上行导频时隙之后的第一个常规时隙构成的时间段。
4、根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤b中所述干扰功率包络估计为,当前子帧的干扰功率包络估计或当前子帧的前一子帧干扰功率包络估计。
5、根据权利要求4所述的方法,其特征在于,当所述干扰功率包络估计为当前子帧的干扰功率包络估计时,所述根据对接收天线上检测窗内干扰功率包络的估计在步骤a后进行。
6、根据权利要求4所述的方法,其特征在于,当所述干扰功率包络估计为当前子帧的前一子帧的干扰功率包络估计时,步骤b中进一步包括:估计检测窗内当前子帧的干扰功率包络,并对估计结果进行存储,用于检测窗内下一子帧的干扰功率包络的估计。
7、根据权利要求5或6所述的方法,其特征在于,所述对各个接收天线上检测窗内干扰功率包络的估计为:
P N × 1 k ( t ) = y * ( t ) . × y ( t )
Pk(t)=βPk(t)+(1-β)Pk(t-1)
其中,t为进行检测窗内干扰功率包络估计的子帧号,k为接收天线索引,Pk(t)为第k根接收天线的t子帧检测窗内的干扰功率包络估计,y(t)为t子帧的检测数据矢量,(.×)表示将矢量的元素对应相乘得到新的矢量,*表示共轭运算;β为一个小于等于1的正实数,N为检测窗的长度。
8、根据权利要求1所述的方法,其特征在于,预先设定门限,步骤b中所述对各个接收天线的当前子帧的检测数据矢量进行加权为:
将检测窗内各个码片时刻的干扰功率估计值与预先设定的门限进行比较,若某码片时刻的干扰功率估计值大于预先设定的门限,则将检测数据矢量中该码片时刻对应的检测数据的加权值置0,若某码片时刻的干扰功率估计值小于或等于预先设定的门限,则对检测数据矢量中该码片时刻对应的检测数据进行非零加权。
9、根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述对检测数据矢量中该码片时刻对应的检测数据进行非零加权为: w k ( n ) = ( P ‾ t k ( n ) ) - 1 2 , 其中,t为检测窗内干扰功率包络估计的子帧号,n为码片时刻索引值,wk(n)为检测数据矢量中与检测窗内第n个码片时刻对应的检测数据的加权系数,Pt k(n)为与检测窗内第n个码片时刻对应的干扰功率估计值,k为接收天线索引。
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