CN102076006A - 一种检测prach前导信号的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测PRACH前导信号的方法，其主要针对LTE***上行链路中，采用4天线接收的情况。该方法首先确定虚警概率与虚警门限关系的近似直线，对给定的虚警概率，根据近似直线求解修正前的虚警门限T，然后取接收机接收的信号经非相干合并后的输出信号中长度为N_s的一组序列z(n)，根据仿真经验去掉序列z(n)中的少量几个最大值，得到结果序列

其中长度N_s的大小为一个时隙长度或一个子帧长度或多个子帧长度；根据虚警门限的修正关系式

求出修正后的虚警门限，当序列z(n)中具有大于修正后的虚警门限的值时，接收信号中有随机接入请求。本方法能简单快速地获取有效的虚警门限。

Description

一种检测PRACH前导信号的方法

技术领域

本发明涉及第3代移动通信长期演进(LTE)***，针对LTE***上行链路采用4个接收天线或后续演进***中采用更多接收天线情况下，在检测LTE上行物理随机接入信道(PRACH)前导信号的方法。

背景技术

在第3代移动通信长期演进(LTE)***中，用户在开机完成***同步后，在接入***时在上行物理随机接入信道(PRACH)上发射一个由Zadoff-Chu序列(一般也简称ZC序列，其详细的说明见3GPPLTE标准的文档3GPP TS 36.211V8.5.0)循环移位产生的前导信号至接收机。接收机在收到的信号中，通过检测PRACH前导信号来判断是否有用户请求接入。

接收机检测PRACH前导信号的过程如图1所示，假设有多个接收天线，接收天线T_i接收的基带信号x_i首先经过低通滤波和抽取降低采样速率，然后与本地ZC序列在相关器中进行相关运算(相关运算的结果是一组复数序列，相关运算的详细内容不属于本发明内容)，对相关运算的结果求绝对值后再平方，输出功率级幅度信号y_i，然后将各路功率级幅度信号进行非相干合并后，输出功率级幅度序列，该幅度序列与接收机设置的门限值进行比较，如果该幅度序列中有一个峰值大于接收机设置的门限值，则判断有用户请求接入。

对单天线和2天线接收的情况，接收机门限值的设置比较简单，本发明不涉及。本发明主要涉及采用4个天线接收的上行随机接入信号时接收机门限的设置。下面说明现有技术中对于4个天线时，接收机如何设置门限。

4天线接收时，4路绝对值后再平方后输出的功率级幅度信号y₁、y₂、y₃、y₄中所含的高斯白噪声是复数，实部和虚部分别满足独立的高斯分布，实部平方和虚部平方的和满足自由度为2的Chi平方分布。4路输出的功率级幅度信号y₁、y₂、y₃、y₄进行非相干合并，非相干合并采用下式：

y＝y₁+y₂+y₃+y₄        (1)

(1)式中，y表示非相干合并后的输出，其样本序列为功率级幅度序列。

在含有发射信号的情况下，该序列中包含的加性高斯白噪声功率级幅度序列，代表该序列的随机变量y满足自由度为8的Chi平方分布；

在不含发射信号的情况下，y的样本序列为高斯白噪声序列，代表该序列幅度的随机变量y满足自由度为8的Chi平方分布。

自由度为k的随机变量y的概率密度函数定义为：

$f(y;k)=\frac{1}{2^{k/2}\mathrm{\Γ}(k/2)}{y}^{k/2-1}{e}^{-y/2}---\left(2\right)$

(2)式中，f(y；k)表示自由度为k的随机变量y的概率密度函数，e为自然对数的基底，Г(·)为伽马函数。对于4个天线的接收***，k＝8。

对应(2)式的累积量分布函数为：

F(y，k)＝1-P_fa(y，k)               (3)

(3)式中，y和k与(2)中的定义相同，P_fa(y，k)是自由度为k的随机变量y的虚警概率。

自由度为k的随机变量y的虚警概率P_fa(y，k)的计算式为：

$P_{\mathrm{fa}}(y,k)=\underset{i=0}{\overset{k/2-1}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{(y/2)}^i}{i!}{e}^{-y/2}---\left(4.1\right)$

(4.1)式中，“！”表示阶乘运算。当k＝8时，由(4.1)可得：

P_fa(y，8)＝e^-y/2(1+y/2+y²/8+y³/48)   (4.2)

若非相干合并采用：

z＝(y₁+y₂+y₃+y₄)/4＝y/4              (5.1)

则，(4.2)式可改写成如下(5.2)式：

P_fa(z，8)＝e^-2z(1+2z+2z²+4z³/3)      (5.2)

对于一个***期望的虚警概率P_fa(z，8)，解(5.2)式可以求出z值作为虚警门限，而(5.2)式的求解需要解一个非线性方程，计算量复杂。由于判断接收机接收的信号中是否有接入请求首先需要计算出虚警门限，因此现有的检测PRACH前导信号的方法过于复杂，以故有必要提供一种简单的检测PRACH前导信号的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种检测PRACH前导信号的方法，能简单快速地获取虚警门限，使根据该虚警门限判断接收机接收的信号中是否有接入请求较为简单。

为了实现上述目的，本发明提供了一种检测PRACH前导信号的方法，包括如下步骤：

(1)对虚警概率与虚警门限的关系式P_fa(z)＝e^-2z(1+2z+2z²+4z³/3)两边取对数，得到两者的对数关系式，其中P_fa(z，k)为虚警概率，z为虚警门限；

(2)确定虚警概率与虚警门限的对数关系式表示的曲线的近似直线；

(3)对给定的虚警概率，根据所述近似直线求解修正前的虚警门限；

(4)取接收机接收的信号经非相干合并后的输出信号中长度为N_s的一组序列z(n)，根据仿真经验去掉序列z(n)中的几个最大值，得到结果序列

其中长度N_s的大小为一个时隙长度或一个子帧长度或多个子帧长度；

(5)根据虚警门限的修正关系式

求解修正后的虚警门限，其中T为修正前的虚警门限，T_fa为修正后的虚警门限；

(6)当所述序列z(n)中具有大于所述修正后的虚警门限的值时，判断出接收信号中有随机接入请求。

在本发明的一个实施例中，所述步骤(1)中取对数具体为取自然对数或者常用对数。

与现有技术相比，本发明检测PRACH前导信号的方法通过步骤(1)和步骤(2)得到虚警概率与虚警门限关系的近似直线，这样对于既定的虚警概率，求解虚警门限非常简单，使得根据该虚警门限判断接收机接收的信号中是否有接入请求较为简单。

另外，本方法通过步骤(5)的修正关系式对虚警门限进行修正，以满足接收机接收天线对应的相关输出的实际噪声(实部和虚部的方差不一定为1)，提高了本方法检测的准确度。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1为LTE下行链路物理层处理过程的示意图。

图2展示了本发明检测PRACH前导信号的方法中理论对数虚警概率曲线和近似直线。

图3为本发明检测PRACH前导信号的方法的流程图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。

在说明本发明虚警门限计算方法之前，先说明本发明虚警门限计算的原理。

通过对式(5.2)两边取常用对数，可得

log₁₀P_fa(z，8)＝log₁₀[e^-2z(1+2z+2z²+4z³/3)]     (6)

画(6)式中log₁₀P_fa(z，8)相对于z的曲线图，见图2中的曲线，该曲线在很大的一个区间内，log₁₀P_fa(z，8)几乎为z的直线函数，而对于LTE***，其***期望的虚警概率P_fa(z，8)一般都在该曲线之近似直线的部分。

这样，选择近似直线部分的两个点，作一条直线来近似式(6)表示的曲线，我们采用的直线为：

log₁₀(P_fa(T))＝-0.6421T+1.1059        (7)

(7)式中，T表示虚警门限，P_fa(T)表示虚警概率。

在图2中画出式(7)表示的直线，如图2中直线，可以看出，该直线在式(6)表示的曲线的很大的一个区域，能很好地逼近式(6)表示的曲线。因此，对于一个给定的虚警概率P_fa，可以先计算log₁₀P_fa，再由(7)求T作为虚警门限，显然计算上非常简单。

由于按式(7)求的虚警门限T是假设每个天线对应的相关输出后，其噪声的实部和虚部的方差均为1，实际中噪声并非会一定满足该假设，所以我们采用下列公式进行修正，修正的原因是因为门限T是假设噪声的方差为1，但实际的噪声方差是未知的，但可以用

来估计。

$T_{\mathrm{fa}}=0.5T\frac{1}{N_s}\underset{n=0}{\overset{N_s-1}{\mathrm{\Σ}}}\tilde{z}\left(n\right)---\left(8\right)$

在非相干合并的输出z中，取长度为N_s的一组序列z(n)，其中长度N_s的大小为一个时隙长度或一个子帧长度或多个子帧长度，(8)式中的

为根据仿真经验去掉序列z(n)中几个最大峰值后余下的序列，去掉最大峰值的目的是因为在有信号发射时候，最大峰值为有用信号对应的采样，去掉这些值后结果才为高斯白噪声，满足上述一系列理论。如果无信号发射，去掉几个最大值，余下的序列仍然为高斯白噪声序列。其中，因子0.5是因为从y求z的平均时，分母为4，而不是自由度8。这样，根据(7)式求虚警门限T之后，再根据(8)式求T_fa作为最后应用的虚警门限。

需要说明的是，上面是对(5.2)式两边取常用对数的情况，这里也可以对(5.2)式取自然对数。

另外，对自由度大于8的Chi平方随机变量，除了按照式(7)表示的直线来逼近式(6)表示的曲线，还可以取式(6)表示的曲线中近似直线部分上的其他两点，得到其他近似的直线，从而根据该其他近似直线得到对应的虚警门限。

此外，式(1)非相干合并的分母包含除4以外的其它正整数，这时式(8)中的因子0.5需换成相对应的常系数因子。例如，式(5.1)非相干合并的分母由4换成8，式(8)中的因子0.5需换成1；式(5.1)非相干合并的分母由4换成1，式(8)中的因子0.5需换成1/8。

基于上面的虚警门限计算原理，下面详细说明利用该原理计算的虚警门限来检测PRACH前导信号的方法，包括如下步骤：

步骤S1，对***期望的虚警概率P_fa，计算log₁₀P_fa，根据虚警概率与虚警门限的直线关系式(7)求修正前的虚警门限T；

步骤S2，对具有4个天线的接收机，同时接收发射机的前导信号(前导信号是发射机在上行物理随机接入信道(PRACH)上发射一个由Zadoff-Chu序列循环移位后的序列吗，其详细定义见3GPP LTE标准的文档3GPP TS 36.211V8.5.0)，接收机接收的前导信号经图1的前置处理(低通滤波和抽取、取绝对值求平方)并按z＝(y₁+y₂+y₃+y₄)/4＝y/4非相干合并后得到输出z，在非相干合并的输出z中取长度为N_s的一组序列z(n)，其中长度N_s的大小为一个时隙长度或一个子帧长度或多个子帧长度；

步骤S3，根据仿真经验去掉序列z(n)中的少量几个最大值，比如3个，获得结果序列

步骤S4，根据步骤S 3得到的结果序列

步骤S2中的序列z(n)的长度N_s、步骤S1得到的修正前的虚警门限T，利用虚警概率与虚警门限的修正关系式(8)求出修正后的虚警门限T_fa；

步骤S5，判断没去掉最大值的序列z(n)中是否有大于步骤S4得到的虚警门限T_fa的值，如果有，则接收机接收的前导信号中有随机接入请求，如果没有，则接收机接收的前导信号中没有随机接入请求。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (2)

1.一种检测PRACH前导信号的方法，包括如下步骤：

(1)对虚警概率与虚警门限的关系式P_fa(z)＝e^-2z(1+2z+2z²+4z³/3)两边取对数，得到两者的对数关系式，其中P_fa(z，k)为虚警概率，z为虚警门限；

(2)确定虚警概率与虚警门限的对数关系式表示的曲线的近似直线；

(3)对给定的虚警概率，根据所述近似直线求解修正前的虚警门限；

(4)取接收机接收的前导信号经非相干合并后的输出信号中长度为N_s的一组序列z(n)，根据仿真经验去掉序列z(n)中的最大值，得到结果序列

其中长度N_s的大小为一个时隙长度或一个子帧长度或多个子帧长度；

(5)根据虚警门限的修正关系式

求解修正后的虚警门限，其中T为修正前的虚警门限，T_fa为修正后的虚警门限；

(6)当所述序列z(n)中具有大于所述修正后的虚警门限的值时，判断出接收机接收的前导信号中有随机接入请求。

2.如权利要求1所述的检测PRACH前导信号的方法，其特征在于，所述步骤(1)中取对数具体为取自然对数或者常用对数。

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