CN102869027A - 一种多天线基站的prach检测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多天线基站的PRACH检测方法及装置，该方法包括：分别获取每一根天线对应的PRACH的频域数据的幅度方差，选取幅度方差不大于方差门限值的PRACH的频域数据对应的天线；确定每一根选取的天线对应的PRACH的频域数据的自动增益控制AGC因子；对AGC因子大于设定阈值的PRACH的频域数据进行PRACH检测，用以解决现有技术中存在的采用了多根天线的基站对PRACH检测的处理量过大和处理时间过长以及处理超时造成的漏检的问题。

Description

一种多天线基站的PRACH检测方法及装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种多天线基站的PRACH检测方法及装置。
背景技术
在LTE（Long Term Evolution，长期演进）***中，随机接入过程是一个非常关键的环节，该过程是UE（User Equipment，用户终端）与eNB（evolvedNode B，演进型基站）建立通信链路的前提。无论用户终端UE是在开机后初始接入小区，还是在通信过程中进行小区切换，都需要依靠随机接入过程与基站eNB建立联系。因此，LTE PRACH（Physical Random Access Channel，物理随机接入信道）在非同步UE和LTE上行无线接入的传输方案中扮演了关键的角色。一般由用户终端发送随机接入信号，而PRACH接收机用于发起这一随机接入过程。由于PRACH接收机采用盲检的方式对随机接入信号进行处理，当基站配置了8根天线时，由于每一根天线的PRACH配置的不同，PRACH接收机对随机接入信号的处理量会成倍数增大，而基站需要在保证处理时间正常的情况下降低复杂度、减小计算量、避免漏检和虚检，因此，基站的处理压力也随着配置的天线数量的增加而增大。
目前的LTE***中，PRACH时域信号的帧结构，如图1所示，包括CP（Cyclic prefix，循环前缀）、preamble（前导码）序列和GT（Guard Time，保护时隙）。
表1为前导码的参数值，这些值由帧结构和随机接入配置决定。
表1
  前导码格式   TCP   TSEQ
  0   3168·Ts   24576·Ts
  1   21024·Ts   24576·Ts
  2   6240·Ts   2·24576·Ts
  3   21024·Ts   2·24576·Ts
  4* 448·Ts 4096·Ts
4*仅适用于帧结构类型2中的UpPTS（Uplink Pilot Time Slot，上行传输子帧时隙）长度为4384·Ts和5120·Ts的特殊子帧配置。转换周期为5ms的Type2帧结构（即帧结构类型2）的示意图如图6所示。
LTE***中，PRACH接收机采用混合时域与频域的方法，计算配置了8根天线的基站中每一根天线的PRACH数据，将每一根天线的PRACH数据分别进行去CP处理、时域数据频谱搬移、时域数据滤波、下采样、FFT变换和频域AGC模块，再送入PRACH解调模块中进行解调，如下图2所示，其中，K为配置基站接收天线数。
在每一根天线的PRACH数据经过处理并进入PRACH接收机的序列相关模块时，本小区内的每个ZC（Zadoff-Chu，伪叠加）根序列分别与每一根接收天线上的数据进行序列相关运算。而进行序列相关运算的操作次数为Nroot*Kant（Nroot为每个小区需要的ZC根序列数量，Kant为接收天线数），根据3GPP TS36.211协议通过一个或多个零相关的Zadoff-Chu根序列生成preamble序列，preamble序列的长度如表2所示，采用前导码格式1~3的preamble序列（即采用了前导码格式0或格式1或格式2或格式3的preamble序列）的长度为839，而采用前导码格式4的preamble序列的长度为139。
表2
（preamble序列长度）
  前导码格式   NZC
  0~3   839
  4   139
每个小区需要配置64个preamble序列。在无法通过一个Zadoff-Chu根序列生成64个preamble序列时，可以通过PRACH接收机中的逻辑索引查找出对应的Zadoff-Chu根序列生成剩余的preamble序列，使得每个小区内配置的随机接入前导码的总数达到64个。在生成preamble序列时，使用的本地存储的相关Zadoff-Chu根序列个数由3GPP TS 36.211协议根据下表3、表4确定。表3为生成采用了前导码格式0~3的preamble序列所需的NCS值。
表3
Figure BDA00002131618900031
表4为生成采用了前导码格式4的preamble序列所需的NCS值。
表4
Figure BDA00002131618900041
在目前的LTE协议规定与实现方案中，为满足上行的PRACH应用在不同场景中的情况，基站需要配置不同的前导码格式配置和NCS配置。由于NCS配置的NCS值产生的根序列索引为每个小区需要的ZC根序列数量，当ZC根序列数量最大为64时，若基站采用了8根天线的配置，会造成序列相关的计算需要进行64*8次（即512次）根序列相关操作，而IDFT（Inverse Discrete FourierTransform，离散傅里叶逆变换）操作也需要进行64*8次。显然，现有技术中采用了多天线的基站对于PRACH检测的处理量过大，处理时间过长的问题，并且在下一次PRACH检测开始时，如果本次PRACH检测还有未完成的操作步骤，则会出现漏检现象，影响正常的随机接入过程。
发明内容
本发明实施例提供一种多天线基站的PRACH检测方法及装置，用以解决现有技术中存在的采用了多根天线的基站对PRACH检测的处理量过大和处理时间过长以及处理超时造成的漏检问题。
本发明实施例提供的具体技术方案如下：
一种多天线基站的PRACH检测方法，包括：
分别获取每一根天线对应的PRACH的频域数据的幅度方差，选取幅度方差不大于方差门限值的PRACH的频域数据对应的天线；
确定每一根选取的天线对应的PRACH的频域数据的自动增益控制AGC因子；
对AGC因子大于设定阈值的PRACH的频域数据进行PRACH检测。
一种多天线基站的PRACH检测装置，包括：
第一判断模块，分别获取每一根天线对应的PRACH的频域数据的幅度方差，选取幅度方差不大于方差门限值的PRACH的频域数据对应的天线；
确定模块，确定每一根选取的天线对应的PRACH的频域数据的自动增益控制AGC因子；
检测模块，对AGC因子大于设定阈值的PRACH的频域数据进行PRACH检测。
本发明实施例通过PRACH信号判断和频域AGC判断两个操作，优化了对多天线PRACH检测的处理流程，减少了PRACH检测过程中的进行序列相关检测和IDFT的次数以及数据合并处理的天线数，能够在不影响检测性能的同时，有效地对天线进行选取，降低在PRACH检测中运算量，减少基站对PRACH检测的处理时间和处理量，减少处理超时导致的PRACH的漏检问题，可以提高PRACH检测的成功率。
附图说明
图1为现有技术中的PRACH的时域信号的帧结构示意图；
图2为现有技术中PRACH接收机处理随机接入信号的过程；
图3为本发明实施例中方差为0.1的正确的PRACH频域数据星座点图；
图4为本发明实施例中的多天线基站的PRACH检测流程图；
图5为本发明实施例的PRACH检测流程示意图；
图6为转换周期为5ms的Type2帧结构示意图；
图7为本发明实施例中的PRACH检测装置示意图。
具体实施方式
按照目前LTE协议方案的规定，基站在配置的天线数目越多，每个小区需要的ZC根序列数量越大，这样会使得基站的处理量增大，很容易造成PRACH处理超时，影响用户终端的随机接入。
为了避免PRACH随机接入的漏检，本发明实施例对PRACH检测的处理流程进行了改进，在选取PRACH信号质量较好地天线时，可根据PRACH接收机中进行了FFT变换后的PRACH频域数据进行信号选取，因为信噪比良好的PRACH信号是由Zadoff-Chu序列构成的，它具有良好的恒幅零自相关特性，也有很多特点，其中最明显的就是进行了FFT变换后的PRACH数据在频域上的恒幅特性为信号幅度和方差均很小，星座图为圆形。质量良好的PRACH信号在进行了FFT变换后的PRACH频域数据的星座点图如图3所示。
本发明实施例通过计算出FFT变换后的PRACH频域数据的幅度方差，与给定门限值比较，以此判断该PRACH频域数据对应的PRACH信号是否为质量较好的信号。
下面结合附图对本发明优选的实施方式进行详细说明。
本发明实施例设计的多天线基站的PRACH检测方法的流程图如图4所示：
步骤401：PRACH接收机通过多根天线分别接收对应的时域信号。
本发明实施例中，PRACH的时域信号的帧结构包括CP、前导码序列和保护时隙GT
假设基站有M根天线，PRACH接收机则通过该M根天线分别接收对应的时域信号并存入PRACH接收机中。
步骤402：PRACH接收机分别对每一根天线接收到的时域信号进行去循环前缀CP处理，获取每一根天线对应的去CP后的时域数据。
具体地，通过PRACH接收机对每一根天线接收到的时域信号进行去CP处理，保留preamble序列和GT部分。
步骤403：PRACH接收机分别对每一根天线对应的去CP后的时域数据进行时域数据频谱搬移，然后进行时域数据滤波和下采样，然后再进行FFT变换，获取对应的PRACH的频域数据。
步骤404：PRACH接收机分别获取每一根天线对应的PRACH的频域数据的幅度方差，选取幅度方差不大于方差门限值的PRACH的频域数据对应的天线，确定每一根选取的天线对应的PRACH的频域数据的自动增益控制AGC因子，对AGC因子大于设定阈值的PRACH的频域数据进行PRACH检测。
在实际应用中，步骤404还可以通过如下三个步骤实现：
步骤一：PRACH接收机分别对每一根天线对应的PRACH的频域数据进行分析，计算每一根天线对应的PRACH频域数据的幅度方差，与方差门限值P进行比较：如果大于方差门限值P，则判定当前的频域数据不正确，将当前的频域数据对应的天线号存入天线组Kbad中；如果不大于方差门限值P，则判定当前的频域数据对应的PRACH频域数据正确且良好，将当前的天线号存入天线组Kgood中，判断是否全部的天线对应的PRACH频域数据均大于门限值，若是，则进行步骤二，否则进行步骤三。
步骤二：进行告警，退出多天线PRACH检测流程。
步骤三：分别对每一根天线对应的PRACH频域数据，进行频域AGC（Automatic Gain Control，自动增益控制）处理，得出每一根天线对应的PRACH频域数据的AGC因子，获取步骤一中的天线组Kgood中的天线对应的频域AGC因子，并与设定的阈值进行比较，获取大于设定的阈值的AGC频域因子，将这些AGC频域因子对应的天线进行PRACH检测中的后续操作，而其它的天线不做后续处理，以减少计算量。
步骤405：获取AGC因子大于设定阈值的PRACH的频域数据对应天线的数目N：
若N=0，则进行告警，退出多天线PRACH检测流程；
若N=1，则对找出的天线对应的频域数据进行序列相关检测和离散傅里叶逆变换IDFT，然后进行后续的PRACH检测流程，即进行步骤408；
若1>N>M，则对找出的天线对应的频域数据进行序列相关检测和IDFT后，进行数据合并，然后进行后续的PRACH检测流程（即进行步骤408），其中，M为基站的天线总数。
具体地，PRACH接收机可以获取从Kgood天线组中找出的对应的PRACH的频域数据的AGC因子大于设定阈值的天线编号的数目N（Ｎ不大于Kgood组中的天线数）。
实际应用中，在基站配置了8根天线、需要选取出的天线数目N为4、***带宽配置为20M、前导码序列采用了前导码格式0的情况下，上述步骤401至步骤405的具体过程，可以为：
PRACH接收机通过8根天线接收到的时域数据的总数量为8*30720个，经过去CP处理后变为8*24576个，在经过时域数据滤波和下采样后，变为8*2048个，进行FFT变换，提取出的PRACH频域数据数量为8*839个，将这8根天线分别对应的839个频域数据进行频域数据判断，选出大于方差门限值P的频域数据对应的天线存入天线组Kgood中（此时，Kgood中的天线数正常应当在4个至8个之间），对每一根天线对应的PRACH频域数据进行频域AGC处理，获取每根天线数据分别对应的AGC因子，将天线组Kgood中的天线分别对应AGC因子进行比较并按从大到小的顺序进行排列，将前4个AGC因子对应的天线选出，进行包括序列相关等在内的PRACH检测中的后续操作。
步骤406：对数据进行信号功率计算和噪声功率计算，并根据计算出的信号功率和噪声功率判断是否有带有preamble序列的信号接入，如果有带有preamble序列的信号接入，则确认检测到PRACH信号；否则，判定没有检测到PRACH信号。步骤408即为后续的PRACH信号检测流程。
至此，多天线基站的PRACH检测完成。
如图7所示本发明实施例还设计了一种多天线基站的物理随机接入信道PRACH检测装置，具体包括下述模块。
接收模块701，用于通过多根天线分别接收对应的时域信号。
去CP模块702，用于分别对每一根天线接收到的时域信号进行去循环前缀CP处理，获取每一根天线对应的去CP后的时域数据。
转化模块703，用于分别对每一根天线对应的去CP后的时域数据进行时域数据频谱搬移、时域数据滤波、下采样和快速傅里叶变换FFT变换，获取对应的PRACH的频域数据。
第一判断模块704，用于分别获取每一根天线对应的PRACH的频域数据的幅度方差，选取幅度方差不大于方差门限值的PRACH的频域数据对应的天线，以及用于若获取每一根天线对应的PRACH的频域数据的幅度方差均大于方差门限值，则进行告警，退出多天线PRACH检测流程。
确定模块705，用于每一根选取的天线对应的PRACH的频域数据的自动增益控制AGC因子，还可以用于确定每一根未被选取的天线对应的PRACH的频域数据的自动增益控制AGC因子。
检测模块706，对AGC因子大于设定阈值的PRACH的频域数据进行PRACH检测，以及用于获取AGC因子大于设定阈值的PRACH的频域数据对应天线的数目N：
若N=0，则进行告警，退出多天线PRACH检测流程；
若N=1，则对每一个AGC因子大于设定阈值的PRACH的频域数据进行序列相关检测和离散傅里叶逆变换IDFT，然后进行PRACH信号检测；
若N大于1且小于基站的天线总数，则对每一个AGC因子大于设定阈值的PRACH的频域数据进行序列相关检测和离散傅里叶逆变换IDFT后，进行数据合并，然后进行PRACH信号检测。
信号检测模块707，用于进行PRACH信号检测，具体包括：对获取的数据进行信号功率计算和噪声功率计算，并根据计算出的信号功率和噪声功率判断是否有带有前导码序列的信号接入，若有，则判断检测出PRACH中有PRACH信号，否则，判定检测出PRACH中没有PRACH信号。
在LTE***中，上述PRACH的时域信号的帧结构包括CP、前导码序列和保护时隙GT。
本发明实施例不仅限于配置了8根天线的基站，也可以应用于采用分布式天线配置或者其他不同的天线配置的基站中，完成PRACH检测，并且本发明实施例仅选取PRACH信号质量较好的天线进行后续的序列相关检测、IDFT以及数据合并处理，这样可以成倍数的降低PRACH的处理量，并且正常、按时完成PRACH处理。
本发明实施例设计的一种PRACH检测的方法及装置，利用PRACH频域数据特性和频域AGC因子判断PRACH信号是否良好，减少了需要进行序列相关检测、IDFT以及数据合并处理的天线数量，能够在不影响检测性能的同时，有效地对天线进行选取，降低在PRACH检测中运算量，减少基站对PRACH检测的处理时间和处理量，减少处理超时导致的PRACH的漏检问题，可以提高PRACH检测的成功率。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（***）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例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。

Claims (14)

1.一种多天线基站的物理随机接入信道PRACH检测方法，其特征在于，包括：
分别获取每一根天线对应的PRACH的频域数据的幅度方差，选取幅度方差不大于方差门限值的PRACH的频域数据对应的天线；
确定每一根选取的天线对应的PRACH的频域数据的自动增益控制AGC因子；
对AGC因子大于设定阈值的PRACH的频域数据进行PRACH检测。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在分别获取每一根天线对应的PRACH的频域数据的幅度方差之前，包括：
通过多根天线分别接收对应的时域信号；
分别对每一根天线接收到的时域信号进行去循环前缀CP处理，获取每一根天线对应的去CP后的时域数据；
分别对每一根天线对应的去CP后的时域数据进行时域数据频谱搬移、时域数据滤波、下采样和快速傅里叶变换FFT变换，获取对应的PRACH的频域数据。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对AGC因子大于设定阈值的PRACH的频域数据进行PRACH检测，包括：
获取AGC因子大于设定阈值的PRACH的频域数据对应天线的数目N：
若N=0，则进行告警，退出多天线PRACH检测流程；
若N=1，则对每一个AGC因子大于设定阈值的PRACH的频域数据进行序列相关检测和离散傅里叶逆变换IDFT，然后进行PRACH信号检测；
若N大于1且小于基站的天线总数，则对每一个AGC因子大于设定阈值的PRACH的频域数据进行序列相关检测和离散傅里叶逆变换IDFT后，进行数据合并，然后进行PRACH信号检测。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述PRACH信号检测，包括：
对获取的数据进行信号功率计算和噪声功率计算，并根据计算出的信号功率和噪声功率判断是否有带有前导码序列的信号接入，若有，则判断检测出PRACH中有PRACH信号，否则，判定检测出PRACH中没有PRACH信号。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
若获取所述每一根天线对应的PRACH的频域数据的幅度方差均大于方差门限值，则进行告警，退出多天线PRACH检测流程。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
确定每一根未被选取的天线对应的PRACH的频域数据的自动增益控制AGC因子。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，
在LTE***中，PRACH的时域信号的帧结构包括CP、前导码序列和保护时隙GT。
8.一种多天线基站的物理随机接入信道PRACH检测装置，其特征在于，包括：
第一判断模块，分别获取每一根天线对应的PRACH的频域数据的幅度方差，选取幅度方差不大于方差门限值的PRACH的频域数据对应的天线；
确定模块，确定每一根选取的天线对应的PRACH的频域数据的自动增益控制AGC因子；
检测模块，对AGC因子大于设定阈值的PRACH的频域数据进行PRACH检测。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：
接收模块，用于通过多根天线分别接收对应的时域信号；
去CP模块，用于分别对每一根天线接收到的时域信号进行去循环前缀CP处理，获取每一根天线对应的去CP后的时域数据；
转化模块，用于分别对每一根天线对应的去CP后的时域数据进行时域数据频谱搬移、时域数据滤波、下采样和快速傅里叶变换FFT变换，获取对应的PRACH的频域数据。
10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述检测模块还用于：
获取AGC因子大于设定阈值的PRACH的频域数据对应天线的数目N：
若N=0，则进行告警，退出多天线PRACH检测流程；
若N=1，则对每一个AGC因子大于设定阈值的PRACH的频域数据进行序列相关检测和离散傅里叶逆变换IDFT，然后进行PRACH信号检测；
若N大于1且小于基站的天线总数，则对每一个AGC因子大于设定阈值的PRACH的频域数据进行序列相关检测和离散傅里叶逆变换IDFT后，进行数据合并，然后进行PRACH信号检测。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括信号检测模块，用于进行所述PRACH信号检测，具体包括：
对获取的数据进行信号功率计算和噪声功率计算，并根据计算出的信号功率和噪声功率判断是否有带有前导码序列的信号接入，若有，则判断检测出PRACH中有PRACH信号，否则，判定检测出PRACH中没有PRACH信号。
12.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一判断模块，还用于，
若获取所述每一根天线对应的PRACH的频域数据的幅度方差均大于方差门限值，则进行告警，退出多天线PRACH检测流程。
13.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述确定模块还用于，
确定每一根未被选取的天线对应的PRACH的频域数据的自动增益控制AGC因子。
14.如权利要求8-13中任一项所述的装置，其特征在于，
在LTE***中，PRACH由CP、前导码序列和保护时隙GT组成。
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