CN101682602A - Rach前导检测接收机 - Google Patents

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Abstract

这里描述一种低复杂度的RACH前导检测器。通过低通多相滤波器(22)在时域中从接收的信号中滤波RACH，并使其缩减(24)。由此，可减少FFT的规模。从FFT的输出提取RACH，并将其与CAZAC频域基准序列相关(16)。随后，在时域中转换所获得的信号(18)，并取得波峰(20)。

Description

RACH前导检测接收机
本申请要求2007年6月14日申请的美国临时申请No.60/943,874的优先权。
技术领域
本发明涉及用于RACH前导检测的方法和装置。尽管本发明特别地涉及电信领域，并由此通过特定引用来描述，但是可理解，本发明还适用于其他领域和应用中。
背景技术
在背景中，第三代合作伙伴计划(3GPP)是在1998年12月成立的合作协定。3GPP的范围在于，制定全球可应用的第三代(3G)移动电话***规范(基于演进的GSM核心网络的3G***)，其用于UMTS、FDD和TDD模式下的通用陆地无线电接入(UTRA)以及包括演进的GSM无线电接入技术(GPRS、EDGE)的GSM。
3GPP标准部门正在致力于3G长期演进(LTE)。例如，参见3GPPTR 25.912和25.913。这种长期演进的重要部分包括减少的时延、更高的用户数据速率、提高的***容量和覆盖、以及为运营商减少成本。为了实现这些，要考虑到无线电接口以及无线电网络架构的演进。考虑到对于甚至更高数据速率的期望以及还考虑到未来的额外3G频谱分配，长期3GPP演进将包括向支持比5MHz更宽的传输带宽的方向发展。同时，研究支持5MHz的以及比5MHz更小的传输带宽，以允许在任何频带下使用***的更多灵活性。
随机接入信道(RACH)是基于竞争的信道，其用于初始上行链路传输，即从UE(用户设备)到节点B(基站)。这种信道可用于多个目的。RACH功能根据***的技术而不同。RACH可用于接入网络、请求资源、承载控制信息、调节上行链路的时间偏移的基准、调节发射功率的基准，以及用于发送少量数据。竞争解决是随机接入信道的主要特点。许多UE可同时参加对相同基站的接入，由此导致冲突。
多个选择可用于在RACH和基于调度的信道之间的复用，时分复用(TDM)、频分复用(FDM)、和码分复用(CDM)。
在通用移动电信***(UMTS)LTE***中的RACH格式通常包括0.1ms循环前缀、0.8ms RACH前导和0.1ms保护时间。LTE***被设计为共同处理0.8ms RACH前导，以支持用于前导检测的更多处理增益。共同处理0.8ms RACH前导需要长快速傅立叶变换(FFT)，以将时域转换成频域前导信号。长FFT的长度取决于0.8ms长度中的采样数目，这与每个采样的持续时间成反比。例如，5MHz***中的采样数目在0.8ms持续时间中为6144。因此，其需要6144的FFT长度来进行处理。由于RACH信息嵌入在总频谱(例如5MHz)的中心1.08MHz中，所以需要在进行检测之前，从长FFT处理的频域的输出提取RACH信息。
本发明涉及一种新的和改进的方法和装置，以解决上述困难和其他难题。
发明内容
提供一种用于RACH前导检测的方法和装置。RACH前导检测的方法和装置通过频域处理使用了时域相关函数的峰值检测。频域处理考虑到了从频域CAZAC序列或具有DFT转换的时域CAZAC序列直接生成的基准信号。在FFT之前执行低复杂度的多相LPF以及下采样，以减少长FFT操作的所需长度，使其N倍折叠。
根据本发明的一方面，提供一种检测信号中的前导序列的方法。所述方法包括：接收宽带OFDM信号；从所述宽带OFDM信号滤波窄带信号；通过因子N对于所滤波的信号进行下采样；将所述滤波的信号从时域信号转换成频域信号；从所述频域的滤波信号提取窄带随机接入信道(RACH)信号；将所提取的信号与基准序列相关联以生成时域相关序列输出；以及检测所述时域相关序列输出的峰值。
根据本发明的另一方面，提供一种检测信号中的前导序列的装置。所述装置包括：低通滤波器，用于滤波信号；N倍下采样模块，用于通过因子N对于滤波的信号进行下采样；长快速傅立叶变换(FFT)模块，用于将所滤波的信号从时域信号转换成频域信号；提取模块，用于从所述频域信号提取信号；相关模块，用于将所提取的信号与基准序列进行相关以生成时域相关序列输出；离散傅立叶逆变换模块；以及峰值检测模块，用于检测所述时域相关序列输出的峰值。
根据如下提供的具体描述，本发明的实用性的其他范围将变得清楚。然而，应理解，在指示了本发明的优选实施例的同时，具体描述和特定实例仅通过例示给出，因为在本发明精神和范围内的各个改变和变型对于本领域普通技术人员将变得清楚。
附图说明
本发明存在于设备的各个部分的构成、设置、和组合，以及方法步骤中，由此如随后更加完善的阐述获得所提出的对象，这些内容在权利要求中被特别指出，并且在附图中被示出，在附图中：
图1是RACH格式的图示；
图2是常用LTE RACH前导检测接收机的框图；以及
图3是根据本发明的方面的改进的LTE RACH前导检测接收机的框图。
具体实施方式
现在参照附图，其中附图仅用于示出示例性实施例的目的，并非用于限制所主张的发明主题的目的，在LTE UL(上行链路)接收机中的RACH处理基于图1所示的RACH格式。
在一个接入时段TRA中，在时域或频域中可限定多个随机接入信道，以提供足够的随机接入机会的数目。为了随机接入，如图1所示限定前导序列2。在1ms的一个子帧中，前导序列2占用0.8ms(TPRE＝0.8ms)，循环前缀(CP)4占用0.1ms(TCP＝0.1ms)。在保护时间(GT)6期间(TGT＝0.1ms)，什么都不发送。前导带宽是1.08MHz(72个副载波)。高层信令控制在哪些子帧中允许前导传输以及频域中的位置。每个小区，都存在64个随机接入前导。
由于传输延迟，可增加保护时间6以抵抗OFDM(正交频分复用)符号间的干扰。典型地，循环前缀4是在保护间隔期间附加在符号前部的数据符号的最后部分的副本。前导2指示某个***要发送数据，并通过由通信***识别的某些传输脉冲的串来限定。用于前导的脉冲根据所采用的网络技术而改变。
LTE***共同处理0.8ms的RACH前导2，以支持用于前导检测的更多处理增益。共同处理0.8ms RACH前导2需要长FFT，以将时域转换成频域前导信号。长FFT的长度取决于0.8ms长度中的采样数目，这与每个采样的持续时间成反比。例如，5MHz***中的采样数目在0.8ms持续时间中为6144。因此，其需要6144的FFT长度来处理。由于1.08MHz RACH信息嵌入在总频谱(例如5MHz)的中心部分，所以在长FFT处理之后提取RACH信息。通过滤波出频域中的副载波来获得RACH信息的提取。将RACH提取和FFT处理进行组合降低了RACH检测设计的复杂度。
图2中示出了传统RACH前导检测接收机10的功能模块。RACH前导检测接收机10包含：长FFT(例如6144)模块12、RACH提取模块14、RACH相关模块16、IDFT(离散傅立叶逆变换)处理模块18、和峰值检测功能模块20。RACH相关模块16的功能是将提取的RACH信号与频域中的基准序列相乘。典型地，基准信号是CAZAC(恒定幅度零自相关)序列。CAZAC波形是模数为1和0自相关的周期复数值的信号。
按如下方式在时域或频域中生成频域中的基准序列：
如果在单载波操作之后在频域生成所发送的CAZAC序列，则从频域CAZAC序列直接生成基准序列。
如果在单载波DFT处理之前生成CAZAC序列，则在时域中生成基准序列，然后经过DFT处理。
通过IDFT处理从频域RACH频谱相关输出获得时域RACH相关序列。时域RACH相关序列包含发送的CAZAC序列的自动和相关函数。所发送的RACH序列的传播延迟直接影响自相关函数。由于用于RACH传输的CAZAC序列提出低互相关的属性，所以期望的自相关函数是时域RACH相关序列的峰值。因此，RACH检测简单地是时域RACH相关输出的峰值检测。
现在我们注意图3，其示出根据本发明的示例性RACH前导检测接收机21。初始地，接收机21接收例如OFDM信号的宽带信号。RACH前导检测接收机21需要在长FFT处理(将时域转换成频域信号)之后从总传输带宽(例如5、10、20MHz)提取1.08MHz RACH信息。提取处理表示频域信号的滤波和选择。输入信号的滤波在0.8ms前导中去除非RACH副载波的部分。将RACH映射至LTE***中的频谱的中心6物理资源块(PRB)。RACH信息包含在总传输带宽(例如5、10、20MHz)中的中心1.08MHz带宽处。因此，在频域中去除非RACH副载波等同于在简化的RADIX-2FFT模块26之前具有在时域中的短长度、低通滤波器(LPF)22，如图3所示。LPF 22的输出包含时域中的窄带信息。
为了简化LPF设计，将滤波器带宽设置为大于期望的1.08MHz，以允许更长的过渡带。窄带信息通常包含具有额外噪音的RACH信息。在低通滤波之后，对于RACH信息重复进行几个采样。因此，将LPF 22的输出发送至下采样模块24。下采样速率取决于LPF 22的带宽。在时域中的N倍下采样信号意味着对于长FFT操作所需的N倍长度减少。通过LPF 22中的额外复杂度，在FFT 26中减少总算术运算N倍。对于5MHz***，将N设置为3，因为滤波带宽约为总带宽的1/3(1.66MHz)，以允许更长的过渡带和提取1.08MHz RACH信息。在图3中，5MHz信号经过低通滤波和3倍下采样。将RADIX-2FFT处理应用于下采样的信号，以将信号从时域转换成频域。由此，将长FFT长度减少3倍，即从6144到2048。2048FFT还具有复杂度降低的优点，因为他是RADIX-2FFT操作。
LPF设计的目的是减少在RACH接收机中的总计算量。低通滤波(LPF)将去除大部分RACH带外信息。LPF设计的目的并非去除所有带外信号。LPF的长度和系数确定了过渡带属性和额外的计算复杂度。在滤波器长度和系数的位宽度增加时，复杂度增加。LPF 22被设计为具有短的滤波长度和低的位宽度，以最小化在RACH接收机中计算复杂度的增加。考虑多相的LPF，以大致地滤波出用于RACH的大部分带外信号。例如，可对于5MHz带宽信号滤波成约1.67MHz的带宽。然后，在RACH信号提取之前，将1.67MHz信号进行3倍下采样以允许2048FFT操作。
总之，这里描述了低复杂度的RACH前导检测器。RACH前导检测算法使用了经过频域处理的时域相关函数的峰值检测。频域处理考虑到了从频域CAZAC序列或具有DFT变换的时域CAZAC序列直接生成的基准信号。在FFT之前执行低复杂度的多相LPF以及下采样，以减少长FFT操作的所需长度，使其N倍折叠。性能结果展示出几乎不会看到这种方案的任何劣势。
根据由传统计算机组件(包括中央处理单元(CPU)、用于CPU的存储设备、和连接的显示设备)执行的关于数据位的运算的算法和符号表示提出以上描述的一些部分。这些算法描述和表示是由数据处理领域中的普通技术人员用以最有效地向本领域中的其他普通技术人员传达他们工作的实质内容的方式。算法通常被理解成导致期望结果的步骤的自相一致的序列。步骤是那些物理量的需要的物理操作的步骤。通常地但不是必须地，这些量采取能够被存储、转移、组合、比较、和操作的电信号或磁信号的形式。有时候主要为了共同使用的原因，如下情况已经被证明是方便的，即：将这些信号称为位、值、元素、符号、字符、词、数字等。
然而，应理解，所有这些和类似术语关联于适当的物理量，并且仅是适合于这些量的方便标志。除非特别阐述，否则根据以前讨论清楚的是，可理解，在说明书中，利用例如“处理”或“估算”或“计算”或“确定”或“显示”等的术语的讨论指的是如下的计算机***或类似电子计算设备的行为处理：即，这些计算机***或类似电子计算设备操纵并将计算机***的寄存器和存储器中的由物理(电子)量表示的数据转换成在计算机***存储器或寄存器或其他这样的信息存储装置、传输或显示装置中由物理量类似表示的其他数据。
这里提出的算法和显示并非固有地涉及任意特定计算机或其他装置。可根据这里的教导通过程序使用各种通用***，或者可证明方便的是，构成更加特定的装置以执行这里所述的方法。根据说明，这些不同***的结构将变得清楚。此外，没有引用任意特定编程语言来描述示例性实施例。可理解，可使用不同的编程语言来实现这里所述的示例性实施例的教导。
机器可读介质包括以机器(例如计算机)可读形式存储或发送信息的任意机制。例如，机器可读介质包括只读存储器(“ROM”)；随机存取存储器(“RAM”)；磁盘存储介质；光学存储介质；闪速存储器设备；电、光、声、或其他形式的传播信号(例如载波、红外信号、数字信号等)等。
以上描述仅提供了本发明的特定实施例的公开，并非用于限制本发明的目的。由此，本发明不仅限于以上描述的实施例。相反，可认识到，本领域普通技术人员可以理解落入本发明范围内的可选实施例。

Claims (10)

1.一种检测信号中的前导序列的方法，所述方法包括：
接收宽带OFDM信号；
从所述宽带OFDM信号滤波窄带信号；
通过因子N对于所滤波的信号进行下采样；
将所述滤波的信号从时域信号转换成频域信号；
从频域的滤波信号提取窄带随机接入信道(RACH)信号；
将所提取的信号与基准序列相关联以生成时域相关序列输出；以及
检测所述时域相关序列输出的峰值。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述接收的宽带信号包括在UMTSLTE***中的随机接入信道的突发脉冲。
3.如权利要求1所述的方法，其中N为3。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述滤波包括短长度低通滤波。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述基准信号包括具有偏移属性的恒定幅度零自相关(CAZAC)序列。
6.一种检测信号中的前导序列的装置，所述装置包括：
低通滤波器，用于从宽带信号滤波窄带信号；
N倍下采样模块，用于通过因子N对于所滤波的信号进行下采样；
简化的RADIX-2快速傅立叶变换(FFT)模块，用于将所滤波的信号从时域信号转换成频域信号；
提取模块，用于从所述频域信号提取信号；
相关模块，用于将所提取的信号与基准序列相关联以生成时域相关序列输出；
离散傅立叶逆变换模块，用于将相关联的信号从频域转换成时域；以及
峰值检测模块，用于检测所述时域相关序列输出的峰值。
7.如权利要求6所述的装置，其中所述接收的信号包括在UMTSLTE***中的宽带信号中嵌入的随机接入信道(RACH)的突发脉冲。
8.如权利要求6所述的装置，其中N为3。
9.如权利要求6所述的装置，其中所述滤波包括低通滤波。
10.如权利要求6所述的装置，其中所述基准信号包括具有偏移属性的恒定幅度零自相关(CAZAC)序列。
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