CN102340472A - 生成频域zc序列的方法及基于zc序列的随机接入方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于ZC序列的随机接入方法，该方法在发送端生成满足目标采样率的时域ZC序列时，直接生成频域ZC序列的简化变形形式，然后根据该频域ZC序列的简化变形形式生成满足目标采样率的时域ZC序列，从而简化了随机接入发送端的处理流程和计算复杂度；而在接收端进行随机接入检测和定时估计时，对于采用频域方法做相关计算的方案，生成本地频域ZC序列时将公共因子移到IDFT变换之后，或者用任意非零常量代替，从而简化了随机接入接收端的处理流程和计算复杂度。本发明还提供了一种生成频域ZC序列的方法，应用本发明能够降低ZC序列的计算复杂度，并降低通信***中任何采用ZC序列的技术方案的处理流程和计算复杂度。

Description

生成频域ZC序列的方法及基于ZC序列的随机接入方法

技术领域

本发明涉及无线通信***技术，特别涉及生成频域ZC序列的方法及基于ZC序列的随机接入方法。

背景技术

在无线通信***中，通过随机接入完成设备的初始接入。***通过随机接入信道检测是否存在用户，如果存在用户则做定时估计，检测和估计在随机接入信道中是两个很重要的问题。ZC(ZadOff-Chu)序列具有理想的自相关特性，所以可以根据应用场景对时域ZC序列做循环移位，并根据循环移位定义检测区域，这在无线通信***(如LTE)中应用非常广泛。在随机接入方案中，结合使用场景充分利用ZC序列的性质，将能显著简化处理流程，节约计算量。

关于ZC序列在随机接入等方案中的应用，已有一些专利申请：

在申请号为CN200910194810.4(申请人：华为技术有限公司，发明人：陈鹏)的发明专利申请中，提出了一种对ZC序列相关输出信号的能量进行插值的方法，该方法能够提高随机接入的性能和定时精度。但是，该专利申请并未充分利用ZC序列的特性来简化检测和估计过程的计算复杂度，因而，计算复杂度较高。

在申请号为CN200910129962.6(申请人：华为技术有限公司，发明人：陈鹏)的发明专利申请中，提出了一种ZC序列频域表示的递推计算方法，该方法首先计算ZC序列的时域表示，然后计算ZC序列的频域表示的第一个值(即直流分量，通过时域表示的累加得到)，最后依次递推得到ZC序列的频域表示。该方法不仅需要计算ZC序列的时域表示以得到ZC序列的直流分量(时域序列的累加)，而且需要计算中间数据，再按照递推乘积关系式依次计算得到ZC序列的频域表示，可见，该方法也没有充分利用ZC序列的特性简化计算，导致计算量比较大。

在申请号为CN200910092994.3(申请人：普天信息技术研究院有限公司，发明人：陆涛、范建晓)的发明专利申请中，提出了一种直接计算ZC序列频域表示的方法，该方法避开了非2的幂次方的DFT变换运算，但最终的运算公式依然复杂，对于基于ZC序列的随机接入和定时未提出简化算法。

在申请号为EP2107749(A2)(申请人：LG电子，发明人：HAN SEUNGHEE、NOH MIN SEOK)的发明专利申请中，提出了一种最小化不同长度的ZC序列间干扰的方法，从而优化多小区等应用场景下的性能。然而，该方法仅关注最小化不同长度的ZC序列间的干扰，并未对ZC序列在相关接收以及类似的场景进行讨论。

由上述分析可以看出，现有技术未能充分利用ZC序列的性质，从而没有令基于ZC序列其他应用(例如：随机接入方案)得以简化。

发明内容

本发明提供了一种基于ZC序列的随机接入方法，包括用于随机接入发送端的方法以及用于随机接入接收端的方法，以简化随机接入的流程，降低ZC序列的计算复杂度。

本发明提供了一种生成频域ZC序列的方法，以降低生成频域ZC序列的计算复杂度。

本发明提供了一种基于ZC序列的随机接入方法，用于随机接入发送端，包括：

A、根据公式：

直接生成频域ZC序列，其中：N_zc为原始采样率，c为任意非零常量；

B、根据所述频域ZC序列生成符合目标采样率的时域ZC序列；

C、发送所述时域ZC序列。

上述方法中，所述B可以包括：

采用离散傅立叶逆变换根据公式(1)对所述频域ZC序列直接进行过采样，获得符合目标采样率的时域ZC序列：

公式(1)

公式(1)中，N_SEQ为在目标采样率下前导序列的采样点数，

为频域ZC序列的资源位置。

上述方法中，所述B可以包括：

B1、采用离散傅立叶逆变换根据公式(2)对所述频域ZC序列进行中间处理，获得中间处理结果：

公式(2)

公式(2)中，N_temp为进行中间处理的采样点数，N_temp小于目标采样率下前导序列的采样点数；

为频域ZC序列的资源位置；

B2、对所述中间处理结果在时域使用过采样滤波器进行时域内插值，获得符合目标采样率的时域ZC序列。

较佳地，所述c的取值为1。

本发明还提供了一种基于ZC序列的随机接入方法，用于随机接入接收端，包括：

a、接收信号，根据所接收到的信号得到N_ZC点频域ZC序列；其中，N_zc为原始采样率；

b、根据公式：

生成本地频域ZC序列；其中，c′为任意非零常量；

c、对所述N_ZC点频域ZC序列和本地频域ZC序列进行相关运算；

d、根据相关运算的结果进行随机接入信道的检测和估计。

较佳地，所述c′的取值为1。

本发明还提供了一种基于ZC序列的随机接入方法，该方法包括：

在随机接入发送端包括以下处理：

根据公式：

直接生成频域ZC序列，其中：N_zc为原始采样率，c为任意非零常量；

根据所述频域ZC序列生成符合目标采样率的时域ZC序列；

发送所述时域ZC序列。

在随机接入接收端包括以下处理：

接收信号，根据所接收到的信号得到N_ZC点频域ZC序列；其中，N_zc为原始采样率；

根据公式：

生成本地频域ZC序列；其中，c′为任意非零常量；

对所述N_ZC点频域ZC序列和本地频域ZC序列进行相关运算；

根据相关运算的结果进行随机接入信道的检测和估计。

本发明还提供了一种生成频域ZC序列的方法，该方法包括：

不生成原始时域ZC序列或循环移位时域ZC序列，而是根据公式：

$X_{u,v}\left(k\right)=x_u^{*}\left(u^{-1}k\right)\·e^{j\frac{2\mathrm{\πk}{C}_v}{N_{\mathrm{ZC}}}}\·c$

直接生成频域ZC序列，其中：N_zc为采样点数，c为任意非零常量。

较佳地，所述c的取值为1。

由上述技术方案可见，本发明提出的基于ZC序列的随机接入方案充分利用ZC序列中公共因子X_u(0)为一常量的性质，在发送端生成满足***目标采样率的时域ZC序列时，不生成原始时域ZC序列或循环移位时域ZC序列，而是直接生成该原始时域ZC序列或循环移位时域ZC序列对应的频域ZC序列的简化变形形式，然后根据该频域ZC序列的简化变形形式生成满足***目标采样率的时域ZC序列，从而简化了随机接入发送端的处理流程和计算复杂度。而在接收端进行随机接入检测和定时估计时，对于采用频域方法做相关计算的方案，生成本地频域ZC序列时也充分利用公共因子X_u(0)为一常量的性质，将其移到IDFT变换之后，或者用任意非零常量代替，从而简化了随机接入接收端的处理流程和计算复杂度。并且，在实际***中可以只采用本发明提出的发送端方案或者只采用本发明提出的接收端方案，即应用本发明具有很大的灵活配置性。

采用本发明提出的随机接入方案，既能够充分利用和保持ZC序列原本所拥有的特性，又具有生成简单的特点。本发明相对于现有随机接入方案而言，复杂度更低。当将本发明随机接入方案与ZC时域序列、频域序列快速生成方法相结合时，能显著地降低计算量。并且，对上述任意非零常量的数值进行合理的设置，或者对任意非零常量参与计算的位置进行合理的设置，可以显著减小计算复杂度。

此外，本发明还提出了一种生成频域ZC序列的方法，该方法不生成原始时域ZC序列或循环移位时域ZC序列，而是直接生成该原始时域ZC序列或循环移位时域ZC序列对应的频域ZC序列的简化变形形式。该方法的适用范围非常广泛，在通信***任何采用ZC序列的技术方案中，都可以把原***中所采用的ZC序列生成方案简化为本发明提出的变形形式的ZC序列生成方案，而不需要对***的射频、中频、基带等其他设计和算法作任何改动，即按照本发明对ZC序列时域波形生成的优化方法的改动具有独立性。

采用本发明技术方案所生成的随机接入前导序列，与未采用本发明进行优化的理论的ZC序列生成方法所生成的ZC序列相比较，本发明所生成的ZC序列的性质并不会变化，例如：在LTE***中用到的序列的理想自相关特性和互相关特性、序列的对偶特性、前导的CM(Cubic Metric)特性、以及根参数排序等特性都不会变化，因此，采用本发明技术方案生成的随机接入前导序列可以很容易地移植到任何使用ZC序列作为随机接入前导序列的其它通信***中，而不需要对***进行重新设计。

附图说明

图1为现有随机接入方案的处理流程原理示意图；

图2为本发明随机接入方案的发送端处理流程示意图；

图3为本发明随机接入方案的接收端处理流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

图1为现有随机接入方案的处理流程原理示意图。下面对图1中各模块所进行的处理作简要说明：

发送端包括模块1～模块5，其中：

模块1用于生成N_zc点时域ZC序列，该序列称为原始时域ZC序列；

模块2用于对原始时域ZC序列进行循环移位；

模块3用于对经循环移位之后得到的时域ZC序列进行DFT变换，变换到频域；

模块4用于将经DFT变换之后得到的频域ZC序列映射到N_seq点频域ZC序列，其中，N_seq为***目标采样率；

模块5用于对N_seq点频域ZC序列进行IDFT变换，变换到时域，得到满足***目标采样率的时域ZC序列。

满足***目标采样率的时域ZC序列由发送端经信道传输到接收端。

接收端包括模块6～模块10，其中：

模块6用于对接收到的N_seq点时域ZC序列进行DFT变换，变换到频域；

模块7用于对经DFT变换之后得到的N_seq点频域ZC序列进行解映射得到N_zc点频域ZC序列；

模块9用于生成本地N_zc点频域ZC序列，并发送给模块8；

模块8用于将来自模块7的N_zc点频域ZC序列与来自模块9的本地N_zc点频域ZC序列进行点乘；

模块10用于根据点乘的结果进行随机接入信道的检测和估计。

定义原始时域ZC序列为：

$x_u\left(n\right)=e^{-\mathrm{j\&pi;}\frac{\mathrm{un}(n+1)}{N_{\mathrm{ZC}}}},0\&le;n<N_{\mathrm{ZC}}---\left(1\right)$

式(1)中，N_zc为原始采样率，式(1)所示原始时域ZC序列的频域形式为：

$X_u\left(k\right)=x_u^{*}\left(u^{-1}k\right)\&CenterDot;X_u\left(0\right)=X_u\left(0\right)\&CenterDot;e^{j\frac{2\mathrm{\&pi;}}{N_{\mathrm{ZC}}}\&CenterDot;\frac{u\left(u^{-1}k\right)(u^{-1}k+1)}{2}}---\left(2\right)$

对式(1)所示原始时域ZC序列进行循环移位，得到的循环移位时域ZC序列为：

x_u，v(n)＝x_u((n+C_v)mod N_ZC)    (3)

则该循环移位时域ZC序列的频域形式为：

$X_{u,v}\left(k\right)=x_u^{*}\left(u^{-1}k\right)\&CenterDot;e^{j\frac{2\mathrm{\&pi;k}{C}_v}{N_{\mathrm{ZC}}}}\&CenterDot;X_u\left(0\right)=X_u\left(0\right)\&CenterDot;e^{j\frac{2\mathrm{\&pi;}}{N_{\mathrm{ZC}}}(\frac{u\left(u^{-1}k\right)(u^{-1}k+1)}{2}+k{C}_v)}---\left(4\right)$

本申请的发明人发现：在随机接入方案中，当u为确定值时，式(2)和式(4)中的X_u(0)为一常量，因此，本专利申请提出：该常量可以移动到随机接入处理流程的线性处理流程中的任何部分。更进一步地从理论上来说，X_u(0)可以移动到***的等效信道模型中，它在无线通信***的设计中往往是可以忽略的，因此，这一发现不仅可以应用到随机接入方案中，还可以应用到通信***任何采用ZC序列的技术方案中。

由于式(1)所示原始时域ZC序列的频域形式是式(4)中C_v＝0的情况，因此，下面不再针对原始时域ZC序列的频域形式或循环移位时域ZC序列的频域形式而分别描述公式。

根据上面对时域、频域ZC序列生成公式的分析，本申请的发明人得出：频域ZC序列中包含一个常量，该常量可以移动到随机接入处理流程的线性处理流程中的任何部分。本发明充分利用ZC序列的上述性质，对采用ZC序列进行随机接入的方案的发送端和接收端的处理流程进行优化，提出了一种灵活配置的计算复杂度低的基于ZC序列的随机接入方案。

本发明基于ZC序列的随机接入方案的主要思想是：

在发送端生成满足***目标采样率的时域ZC序列时，不生成原始时域ZC序列或循环移位时域ZC序列(本申请中，将两者统称为时域ZC序列)，而是直接生成该时域ZC序列对应的频域ZC序列的简化变形形式，然后根据该频域ZC序列的简化变形形式生成满足***目标采样率的时域ZC序列。其中，生成频域ZC序列的简化变形形式时，可以将式(2)或式(4)中的公共因子X_u(0)舍掉，即以常量1代替。当然，也可以用任意其他的非零常量代替。

在接收端进行随机接入检测和定时估计时，对于采用频域方法做相关计算的方案，生成本地频域ZC序列时，可以将公式中的公共因子移到IDFT变换之后，并且该公共因子也可以舍掉，即用常量1代替。当然，也可以用任意其他的非零常量代替。

根据本发明上述主要思想进行随机接入，既能够充分利用和保持ZC序列原本所拥有的特性，又具有生成简单的特点。本发明相对于现有随机接入方案而言，复杂度更低。当将本发明随机接入方案与ZC时域序列、频域序列快速生成方法相结合时，能显著地降低计算量。并且，对上述任意非零常量的数值进行合理的设置，或者对任意非零常量参与计算的位置进行合理的设置，可以显著减小计算复杂度。

此外，本发明技术方案的适用范围非常广泛，在通信***任何采用ZC序列的技术方案中，都可以把原***中所采用的ZC序列生成方案简化为本发明提出的变形形式的ZC序列生成方案，而不需要对***的射频、中频、基带等其他设计和算法作任何改动，即按照本发明对ZC序列时域波形生成的优化方法的改动具有独立性。并且，在实际***中可以只采用本发明提出的发送端方案或者只采用本发明提出的接收端方案，即应用本发明具有很大的灵活配置性。

下面对本发明提出的随机接入方案进行详细说明。

本发明提出的随机接入方案的发送端包含：发送端第一模块和发送端第二模块，如图2所示。发送端发送随机接入前导序列的流程为：首先由发送端第一模块生成对应于原始时域ZC序列或者循环移位时域ZC序列的频域ZC序列，即：生成频域ZC序列的简化变形形式；然后由发送端第二模块根据该频域ZC序列生成对应的过采样时域序列。具体而言：

发送端第一模块的处理可以用公式表示为：

$X_{u,v}\left(k\right)=x_u^{*}\left(u^{-1}k\right)\&CenterDot;e^{j\frac{2\mathrm{\&pi;k}{C}_v}{N_{\mathrm{ZC}}}}=e^{j\frac{2\mathrm{\&pi;}}{N_{\mathrm{ZC}}}(\frac{u\left(u^{-1}k\right)(u^{-1}k+1)}{2}+k{C}_v)}---\left(5\right)$

即舍掉式(4)中X_u(0)这个常量。

发送端第二模块的处理流程有几种，下面列出较佳的两种：

第一种处理流程：该模块采用IDFT变换对式(5)所示频域ZC序列直接进行过采样，获得符合目标采样率的时域ZC序列。令在目标采样率下前导序列的采样点数为N_SEQ，那么过采样的时域ZC序列的生成公式为：

式(6)中

为频域ZC序列的资源位置。根据不同处理软件和处理器件对DFT/IDFT的定义不同，式(6)中的系数

可能有所不同。

第二种处理流程：该模块采用IDFT变换和时域过采样相结合的方式生成过采样时域ZC序列。

首先，使用较小点数的IDFT对式(5)所示频域序列做一个较小倍率或非整数倍率的过采样。本步骤是一个中间处理步骤，将得到一个如式(7)所示的中间处理结果。这里，较小点数可以理解为小于目标采样率对应的采样点数。

式(7)中，N_temp为进行本步骤所述中间处理的采样点数。根据不同处理软件和处理器件对DFT/IDFT的定义不同，式(7)中的系数

可能有所不同。

然后，对式(7)所示时域ZC序列在时域使用过采样滤波器进行时域内插值，以获得符合目标采样率的时域ZC序列。

本发明提出的随机接入方案的接收端包含：接收端第一模块、接收端第二模块、接收端第三模块和接收端第四模块，如图3所示。接收端接收随机接入前导序列的流程为：

首先，由接收端第一模块根据所接收到的信号得到N_ZC点频域ZC序列。该模块的处理可以按照现有技术进行，例如：参见图1，在模块7将得到N_ZC点频域ZC序列，对该模块的详细处理在此不再赘述。

然后，由接收端第二模块生成本地频域ZC序列。接收端第二模块生成本地频域ZC序列的公式为：

对应于发送端第一模块的处理，同样地也舍掉了X_u(0)这一项。

再由接收端第三模块对来自接收端第一模块的N_ZC点频域ZC序列和来自接收端第二模块的本地频域ZC序列进行相关运算。接收端第三模块的处理就是将两者进行点乘，可以用公式表示为：

$r\left(n\right)={\mathrm{IDFT}}_{N_{\det \mathrm{ec}}}(R\left(k\right).*X_u^{*}\left(k\right)),0\&le;k\&le;N_{\mathrm{ZC}}-\mathrm{1,0}\&le;n\&le;N_{\det \mathrm{ec}}-1---\left(8\right)$

式(8)中，N_detec为IDFT变换的点数，是对应于所设置的采样率下相关序列的采样点数。

最后，由接收端第四模块根据相关运算的结果进行随机接入信道的检测和估计，该模块用来检测是否有用户到达，如果有用户到达则估计定时位置。

本发明提出的上述基于ZC序列的随机接入方案相当于对图1所示现有随机接入方案中的模块1、模块2、模块3、模块8、模块9在随机接入处理流程中的功能和计算进行了改进，简化了现有随机接入方案的流程，降低了计算复杂度。

以上对本发明提出的基于ZC序列的随机接入方案进行了详细说明。在上述技术方案的基础上还可以进行扩展。一种扩展的技术方案是：

发送端第一模块采用如下公式生成频域序列：

$X_{u,v}\left(k\right)=x_u^{*}\left(u^{-1}k\right)\&CenterDot;e^{j\frac{2\mathrm{\&pi;k}{C}_v}{N_{\mathrm{ZC}}}}\&CenterDot;c---\left(9\right)$

式(9)中，c为任意非零常量。

相应地，接收端第二模块中，本地频域序列的生成公式为：

$X_u\left(k\right)=x_u^{*}\left(u^{-1}k\right)\&CenterDot;c^{\&prime;}---\left(10\right)$

式(10)中，c′为任意非零常量。

采用本发明技术方案所生成的随机接入前导序列，与未采用本发明进行优化的理论的ZC序列生成方法所生成的ZC序列相比较，本发明所生成的ZC序列的性质并不会变化，例如：在LTE***中用到的序列的理想自相关特性和互相关特性、序列的对偶特性、前导的CM(Cubic Metric)特性、以及根参数排序等特性都不会变化，因此，采用本发明技术方案生成的随机接入前导序列可以很容易地移植到任何使用ZC序列作为随机接入前导序列的其它通信***中，而不需要对***进行重新设计。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种基于ZC序列的随机接入方法，用于随机接入发送端，其特征在于，包括：

A、根据公式：

直接生成频域ZC序列，其中：N_zc为原始采样率，c为任意非零常量；

B、根据所述频域ZC序列生成符合目标采样率的时域ZC序列；

C、发送所述时域ZC序列。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述B包括：

采用离散傅立叶逆变换根据公式(1)对所述频域ZC序列直接进行过采样，获得符合目标采样率的时域ZC序列：

公式(1)

公式(1)中，N_SEQ为在目标采样率下前导序列的采样点数，

为频域ZC序列的资源位置。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述B包括：

B1、采用离散傅立叶逆变换根据公式(2)对所述频域ZC序列进行中间处理，获得中间处理结果：

公式(2)

公式(2)中，N_temp为进行中间处理的采样点数，N_temp小于目标采样率下前导序列的采样点数；

为频域ZC序列的资源位置；

B2、对所述中间处理结果在时域使用过采样滤波器进行时域内插值，获得符合目标采样率的时域ZC序列。

4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于：

所述c的取值为1。

5.一种基于ZC序列的随机接入方法，用于随机接入接收端，其特征在于，包括：

a、接收信号，根据所接收到的信号得到N_ZC点频域ZC序列；其中，N_zc为原始采样率；

b、根据公式：

生成本地频域ZC序列；其中，c′为任意非零常量；

c、对所述N_ZC点频域ZC序列和本地频域ZC序列进行相关运算；

d、根据相关运算的结果进行随机接入信道的检测和估计。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：

所述c′的取值为1。

7.一种基于ZC序列的随机接入方法，其特征在于：

在随机接入发送端包括以下处理：

根据公式：

直接生成频域ZC序列，其中：N_zc为原始采样率，c为任意非零常量；

根据所述频域ZC序列生成符合目标采样率的时域ZC序列；

发送所述时域ZC序列。

在随机接入接收端包括以下处理：

接收信号，根据所接收到的信号得到N_ZC点频域ZC序列；其中，N_zc为原始采样率；

根据公式：

生成本地频域ZC序列；其中，c′为任意非零常量；

对所述N_ZC点频域ZC序列和本地频域ZC序列进行相关运算；

根据相关运算的结果进行随机接入信道的检测和估计。

8.一种生成频域ZC序列的方法，其特征在于：

不生成原始时域ZC序列或循环移位时域ZC序列，而是根据公式：

$X_{u,v}\left(k\right)=x_u^{*}\left(u^{-1}k\right)\&CenterDot;e^{j\frac{2\mathrm{\&pi;k}{C}_v}{N_{\mathrm{ZC}}}}\&CenterDot;c$

直接生成频域ZC序列，其中：N_zc为采样点数，c为任意非零常量。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：

所述c的取值为1。

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