CN110198567A - 一种随机接入检测方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种随机接入检测方法及装置。所述随机接入检测方法包括：将从一组天线上接收到的数据以符号为处理单位顺序存储在所述天线对应的第一存储区内；所述一组天线包括一个或多个天线；以符号为处理单位依次从每个天线对应的第一存储区内读出接收数据，确定当前读出的天线数据对应的无线配置参数；根据确定出的无线配置参数对当前读出的符号数据进行第一前导码处理，将经过第一前导码处理后的符号数据缓存在所述天线对应的第二存储区中；其中，所述第一前导码处理至少包括：去循环前缀处理、频谱搬移处理和抽取滤波处理。本文的技术方案能够同时支持多种不同通信标准协议的无线接入***的随机接入检测。

Description

一种随机接入检测方法和装置
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及的是一种随机接入检测方法和装置。
背景技术
在4G(the 4th Generation communication system，***通信***)LTE(LongTerm Evolution，长期演进)和5G(fifth-Generation，第五代移动通信技术)NR(NewRadio，新无线电技术)标准中，对于上行链路，UE(User Equipment，用户设备)使用PRACH(Physical Random Access Channel，物理随机接入信道)进行小区接入。某些子帧可以配置成PRACH子帧，UE可以在这些子帧上发送随机接入序列，随机接入序列包含1个或多个前导码序列(Preamble Sequence)，根据4G/5G协议标准不同，随机接入序列会有不同。
4G LTE随机接入检测需要在对应的时域资源，不同频点上同时提取1个或多个前导码(preamble)，并且还原成839点或者139点的序列，和对应的本地产生的Zadoff-Chu序列(母码序列)进行卷积相关处理，对于得到的相关序列进行峰值检测，得到峰值位置的详细信息。随机接入检测的实质就是接收序列与本地母码序列的卷积相关的过程，由于卷积相关计算复杂度较高，通常根据其原理，利用FFT(Fast Fourier Transform，快速傅立叶变换)将相关的序列转换到频域进行点积操作，将结果通过IFFT(Inverse Fast FourierTransform，快速傅立叶逆变换)转换到时域得到等效的结果。如图1所示，4G PRACH信道前导码format格式包括format0～4。其中，4G PRACH信道前导码的format格式一般包括CP(Cyclic Prefix，循环前缀)、一个或多个前导码序列和GI(Guard Interval，保护间隔)，有的format格式还可以包括DwPTS(下行导频时隙)或GP(Guard Period，保护间隔)。4G LTE协议描述的采样率包括：30.72MHz、23.04MHz、19.20MHz、15.36MHz、11.52MHz、7.68MHz、5.76MHz、3.84MHz、1.92MHz等9种采样率。以30.72MHz的采样率为例，Format 0～3的每个前导码序列有24576个采样点，而Format 4的前导码序列有4096个采样点。所以在***带宽比较大，采样率比较大的情况下，必须要经过降采样，把采样点数降到与Zadoff-Chu序列点数相当的程度，然后再和本地生成的小区Zadoff-Chu序列进行相关处理。这样能够减少处理运算量，节省处理资源，加快处理速度。
由于每个频点带宽相同(比如，都是1.08MHz)，只是偏移不同，需要处理的步骤也相同，因此现有方案大多采用单频点随机接入信号处理装置，即一次只能处理一个频点的随机接入处理(频谱搬移、滤波、降采样、FFT等步骤)。每根天线的PRACH(Physical RandomAccess Channel，物理随机接入信道)数据量很大，每个PRACH持续时间也很长(n个SC-FDMA(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access,简称单载波频分多址)符号)。相关技术中通常缓存一个前导码所有的点数后才开始进行PRACH处理，这样需要存储空间很大并且处理延迟很大。针对于FDD(Frequency Division Dual，频分双工)模式，只有一个接入频点，因此只需要一个单频点装置即可。但是对于TDD(Time Division Duplexing，时分双工)模式，当有多个频点存在时，一般采用多套单频点装置同时并行处理多个频点，存在资源浪费。
5G NR随机接入检测的基本原理是与4G LTE一致的，需要处理的步骤也很相似，也是在对应的时域资源，不同频点上同时提取1个或多个preamble，并且还原成1536点或者256点的序列。
如图2(a)所示，5G NR的PRACH，一种前导码格式可以包含一个或者多个前导码，一个前导码包含一个前导码序列和一个CP。一个前导码序列包含一个或者多个OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)符号。5G NR的PRACH的前导码格式包含4种长码格式(format0-format3)，10种短码格式(formatA0,formatA1,formatA2，formatA3，formatB0,formatB1，formatB2，formatB3，formatC1,formatC2)。其中，如图2(b)所示的短码示例中，formatA0格式中，一个前导码占用1个符号；formatB0格式中，一个前导码占用2个符号；formatC1格式中，一个前导码占用4个符号。如图2(c)所示的长码示例中，一个前导码序列中可以包含两个RACH(Random Access Channel，随机接入信道)，每个RACH可以包含多个符号。PRACH前导码格式类型之间的不同在于RACH(RandomAccess Channel，随机接入信道)数量、CP长度、GP长度的不同。
5G NR协议描述的采样率包括：19.2MHz、30.72MHz、38.4MHz、46.08MHz、61.44MHz、76.8MHz、92.16MHz、107.52MHz、122.88MHz、153.6MHz、184.32MHz、215.04MHz、245.76MHz等13种采样率。以子载波间隔2.5khz为例，协议确定长度为839点的Zadoff-Chu序列产生每个Preamble Sequence，在30.72MHz有12288个采样点需要做8倍抽取，在245.76Mhz有98304个采样点需要做64倍抽取处理，数据量非常大。
同时5G NR协议还在演进中，因此需要考虑后期协议演进变化。现有方案大多采用固定的随机接入信号处理装置，这样要求协议必须完全清晰才能设计随机接入。因此要么等待协议完全确定，存在时间延迟，要么需要多次重复设计随机接入，存在人员浪费。另外如果想同时支持4G/5G的随机接入检测，现有方案大多采用两套随机接入信号处理装置(分别是4G和5G)，但是一个小区只会是4G或者是5G标准，这样存在资源浪费的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种随机接入检测方法和装置，能够同时支持多种不同通信标准协议的无线接入***的随机接入检测。
根据本申请的第一方面，本发明实施例提供一种随机接入检测方法，包括：
将从一组天线上接收到的数据以符号为处理单位顺序存储在所述天线对应的第一存储区内；所述一组天线包括一个或多个天线；
以符号为处理单位依次从每个天线对应的第一存储区内读出接收数据，确定当前读出的天线数据对应的无线配置参数；
根据确定出的无线配置参数对当前读出的符号数据进行第一前导码处理，将经过第一前导码处理后的符号数据缓存在所述天线对应的第二存储区中；其中，所述第一前导码处理至少包括：去循环前缀处理、频谱搬移处理和抽取滤波处理。
根据本申请的第二方面，本发明实施例还提供一种随机接入检测装置，包括：
天线数据存储模块，用于将从一根或多根天线上接收到的数据以正交频分复用OFDM符号为处理单位顺序存储在所述天线对应的第一存储区内；
符号数据读取模块，用于以OFDM符号或SC-FDMA符号数据为处理单位依次从每一根天线对应的第一存储区内读出接收数据，确定当前读出的符号数据所在的天线的无线配置参数；
第一处理模块，用于根据确定出的无线配置参数对当前读出的天线的符号数据进行去循环前缀处理、频谱搬移处理和抽取滤波处理，将处理后的符号数据缓存在所述天线对应的第二存储区中。
根据本申请的第三方面，本发明实施例还提供一种随机接入检测装置，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的随机接入检测程序，所述随机接入检测程序被所述处理器执行时实现上述随机接入检测方法的步骤。
与相关技术相比，本发明实施例提供的一种随机接入检测方法和装置，将从一组天线上接收到的数据以符号为处理单位顺序存储在所述天线对应的第一存储区内，以符号为处理单位依次从每个天线对应的第一存储区内读出接收数据，确定当前读出的天线数据对应的无线配置参数，根据确定出的无线配置参数对当前读出的符号数据进行第一前导码处理，将经过第一前导码处理后的符号数据缓存在所述天线对应的第二存储区中。本发明实施例的技术方案能够同时支持多种不同通信标准协议的无线接入***的随机接入检测。
附图说明
图1为现有技术中4G协议的PRACH Preamble format示意图；
图2(a)为现有技术中5G协议的PRACH Preamble format示意图；
图2(b)为现有技术中5G协议的Preamble format中一个短码示例的示意图；
图2(c)为现有技术中5G协议的Preamble format中一个长码示例的示意图；
图3为本发明实施例1的一种随机接入检测方法流程图；
图4为本发明实施例2的一种随机接入检测装置示意图；
图5(a)为本发明示例1中单协议场景下的数据处理示意图；
图5(b)为本发明示例1中两种协议场景下的数据处理示意图。
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，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本发明实施例的技术方案中，按OFDM或SC-FDMA符号作为数据处理单元对天线数据进行去CP(Cyclic Prefix，循环前缀)、频谱搬移和抽取滤波处理，不需要缓存太多数据，当共享缓存中OFDM或SC-FDMA符号数据是完整的前导码后再进行后续的信号检测。因为本发明实施例技术方案的天线数据是按照OFDM或SC-FDMA符号作为处理单元，这样使得本发明实施例的随机接入检测方法可以无缝切换处理4G和5G的PRACH数据。这样可以加快处理速度，减少天线数据缓存，减少资源消耗。可以灵活支持各种不同的4G/5G配置场景，同时具有很好的扩展性：可以很方便地增加新的处理装置做并行处理，同时通过采用参数配置可以很灵活地适应4G/5G协议的演进。
实施例1
如图3所示，本发明实施例提供了一种随机接入检测方法，包括：
步骤S310，将从一组天线上接收到的数据以符号为处理单位顺序存储在所述天线对应的第一存储区内；所述一组天线包括一个或多个天线；
步骤S320，以符号为处理单位依次从每个天线对应的第一存储区内读出接收数据，确定当前读出的天线数据对应的无线配置参数；
步骤S330，根据确定出的无线配置参数对当前读出的符号数据进行第一前导码处理，将经过第一前导码处理后的符号数据缓存在所述天线对应的第二存储区中；其中，所述第一前导码处理至少包括：去循环前缀处理、频谱搬移处理和抽取滤波处理；
本实施例中，所述随机接入检测方法可以在基站上实现；
本实施例中，所述无线配置参数包括以下信息的至少一种：通信协议类型、物理随机接入信道的前导码格式类型、采样率和抽取倍数。
本实施例中，所述通信协议类型包括：***通信***长期演进协议或第五代移动通信***新无线电技术协议。
本实施例中，所述符号包括：正交频分复用OFDM符号或单载波频分多址SC-FDMA符号。
在一种实施方式中，所述方法还包括：预先配置一组天线中的每个天线的无线配置参数；根据每个天线的无线配置参数为每个天线建立对应的第一存储区和第二存储区。
根据确定出的无线配置参数进行去循环前缀处理具体是指：比如，去CP处理可以根据采样率、前导码格式，按照PRACH前导码帧结构将CP、GI去除，如果存在DwTPS和GP还需要将DwTPS和GP去除，剩下真正有效的前导码序列采样点。在不同的协议不同的前导码格式场景下，有效的前导码序列数据长度是不一样的。在本实施例中，需要知道当前处理数据的协议类型(每个待处理的符号数据对应的协议类型)、对应的带宽、以及前导码格式，然后确定出每个OFDM符号或SC-FDMA符号的去CP类型，频谱搬移的设计参数，抽取滤波参数以及数据输出长度。
根据确定出的无线配置参数进行频谱搬移，比如，频谱搬移可以按照PRACH频谱参数将PRACH所占的频带搬到基带的中心位置。
根据确定出的无线配置参数进行抽取滤波处理，比如，按照采样率、频带中包含的频点数以及前导码格式类型确定抽取倍数，进行降采样处理。其中，滤波器可以采用半带滤波器实现，支持4G和5G两种协议，近20种采样率。针对4G LTE，可以设计1级抽取滤波器。5GNR因带宽较大且协议一直在演进中，可以设计2级抽取滤波，根据2级多种抽取率配置可以支持各种复杂的抽取率要求，以适应5G的协议演进，具有很高的灵活度。同时5G NR设置为2级抽取滤波器也可以实现4G LTE的抽取滤波处理。
在一种实施方式中，将经过第一前导码处理后的符号数据缓存在所述天线对应的第二存储区中后，所述方法还包括：
当某个天线对应的第二存储区中存在已完成第一前导码处理的一个或多个符号数据并且已经构成了所述天线的完整的前导码数据，则根据所述天线对应的无线配置参数对所述天线的完整的前导码数据进行第二前导码处理；其中，所述第二前导码处理至少包括：快速傅立叶变换FFT处理、母码相关处理、快速傅立叶逆变换IFFT处理和峰值检测处理。
FFT运算生成的频域信号可以根据频谱分布直接提取出各个频点的序列，序列长度为n个点(不同协议有不同的定义)。其中FFT和IFFT可以使用同一个FFT计算模块，完成256点、320点、384点、512点、640点、768点、1024点、1280点、1536点、1920点、2048点、2304点、3072点、3584点、4096点、5120点、6144点、7168点、8192点的FFT/IFFT处理。
母码相关处理是指本小区根据无线参数生成一个本地的母码序列，将这个母码序列与FFT输出的结果中提取出来的各个频点的序列进行频域点乘，得到的结果经过IFFT反变换等后续处理，得到一组序列，该序列用于后续的峰值检测使用。
峰值检测处理是指基站在当前的经过母码相关处理后的前导码数据中，找到最大的时域相关值对应的检查点，当时域相关值峰值大于设定的峰值检测门限与噪声功率时，认为检测到前导码信号。
实施例2
如图4所示，本发明实施例提供了一种随机接入检测装置，包括：
天线数据存储模块401，用于将从一组天线上接收到的数据以符号为处理单位顺序存储在所述天线对应的第一存储区内；所述一组天线包括一个或多个天线；
符号数据读取模块402，用于以符号为处理单位依次从每个天线对应的第一存储区内读出接收数据，确定当前读出的天线数据对应的无线配置参数；
第一前导码处理模块403，用于根据确定出的无线配置参数对当前读出的符号数据进行第一前导码处理，将经过第一前导码处理后的符号数据缓存在所述天线对应的第二存储区中；其中，所述第一前导码处理至少包括：去循环前缀处理、频谱搬移处理和抽取滤波处理。
在一种实施方式中，所述装置还包括：
第二前导码处理模块404，用于当某个天线对应的第二存储区中存在已完成第一前导码处理的一个或多个符号数据并且已经构成了所述天线的完整的前导码数据，则根据所述天线对应的无线配置参数对所述天线的完整的前导码数据进行第二前导码处理；其中，所述第二前导码处理至少包括：快速傅立叶变换FFT处理、母码相关处理、快速傅立叶逆变换IFFT处理和峰值检测处理。
本实施例中，所述无线配置参数包括以下信息的至少一种：通信协议类型、物理随机接入信道的前导码格式类型、采样率和抽取倍数。
本实施例中，所述符号包括：正交频分复用OFDM符号或单载波频分多址SC-FDMA符号。
本实施例中，所述通信协议类型包括：***通信***长期演进协议或第五代移动通信***新无线电技术协议。
在一种实施方式中，所述装置还包括：配置模块405，用于预先配置一组天线中的每个天线的无线配置参数；根据每个天线的无线配置参数为每个天线建立对应的第一存储区和第二存储区。
下面通过示例说明本发明实施例的技术方案。
示例1
本示例的随机接入检测装置包括硬件加速模块和软件处理模块。支持4G LTE协议描述的多种采样率和5G NR协议描述的多种采样率。其中，采样率和带宽可以根据***要求灵活匹配。所述随机接入检测装置的硬件加速模块以OFDM或SC-FDMA符号为处理单元，对每一根天线上接收到的数据进行预处理后缓存在共享缓存中，所述预处理包括：去CP处理、频谱搬移、滤波和抽取处理。软件处理模块因为需要完成FFT/IFFT处理，存在数据交织所以不能按照OFDM或SC-FDMA符号数据为单位处理，需要硬件加速模块完成一个天线的一个完整的PRACH preamble数据后才能启动软件后续处理。在所述共享缓存中检测到完整的前导码后，软件处理模块再进行后续处理：IFFT、母码相关处理、峰值检测等处理。
如图5(a)所示，PRACH数据是一个OFDM或SC-FDMA符号，顺序输入，只有LTE协议或5G协议的单一协议场景下，硬件加速模块按照OFDM或SC-FDMA符号时间接收的数据为处理单位，每接收一个OFDM或SC-FDMA时间的数据就启动PRACH处理。如图5(b)所示，在多协议多天线场景下，在一个OFDM或SC-FDMA符号时间会有多个天线的PRACH需要处理，比如，在一个OFDM符号时间中顺序完成4G和5G两种不同协议的PRACH数据处理，并且需要对不同天线的PRACH数据的中间结果进行保护，等待下个OFDM或SC-FDMA符号数据到来后恢复对应天线的数据然后继续处理。
其中，去CP处理可以根据采样率、Format格式，按照PRACH前导码帧结构将CP、GI去除，如果存在DwTPS和GP还需要将DwTPS和GP去除，剩下真正有效的Preamble Sequence采样点。在不同的协议不同的前导码format场景下，有效的Preamble Sequence数据长度是不一样的。在本方案中，参数解析模块需要知道当前处理数据的协议类型(每个待处理的符号数据对应的协议类型)，对应的带宽，以及preamble format，参数解析模块解析出每个OFDM符号或SC-FDMA符号的去CP类型，频谱搬移的设计参数，抽取滤波参数以及数据输出长度。
其中，频谱搬移可以通过数字混频单元按照参数解析模块解析的PRACH频谱参数，将PRACH所占的频带搬到基带的中心位置。本级是硬件加速器按照OFDM或SC-FDMA符号时间分时处理的PRACH数据，需要保存和恢复数字混频单元的现场，以完成多种协议、多天线的切换。比如，在进行天线n的符号m的频谱搬移时，需要首先恢复数字混频单元对所述天线n的符号m-1的处理信息，然后再对天线n的符号m进行处理。
其中，抽取模块需要按照采样率、频带中包含的频点数以及前导码Format类型确定抽取倍数，进行降采样处理。其中，滤波器采用半带滤波器实现，支持4G和5G两种协议，近20种采样率。根据频带中包含的频点数支持多种滤波带宽，分别为1.08MHz、2.16MHz、3.24MHz、4.32MHz、5.40MHz、6.48MHz。因为本级是硬件加速器模块按照符号时间分时方式处理PRACH数据，需要保护滤波现场和恢复滤波现场操作。针对4G LTE，只需要1级抽取滤波器，表1是4G LTE抽取滤波器设计的部分说明。5G NR因带宽较大且协议一直演进中，因此在设计抽取滤波器时可以使用2级抽取滤波设计，根据2级多种抽取率配置可以支持各种复杂的抽取率要求，以适应5G的协议演进，具有很高的灵活度。表2是5G协议的抽取滤波器设计的部分说明。同时5G NR设置为2级抽取滤波器可以完成对4G LTE抽取滤波的覆盖。
表1
表2
当共享缓存中已经存储了一根天线的完整PRACH preamble数据后，软件处理模块会对所述preamble数据进行FFT/IFFT、母码相关、峰值检测等处理。软件处理模块首先读入硬件加速模块的输出数据，完成FFT运算。FFT运算生成的频域信号可以根据频谱分布直接提取出各个频点的序列，序列长度为n个点(不同协议有不同的定义)。其中FFT和IFFT可以使用同一个FFT计算模块，完成256点、320点、384点、512点、640点、768点、1024点、1280点、1536点、1920点、2048点、2304点、3072点、3584点、4096点、5120点、6144点、7168点、8192点的FFT/IFFT处理。
母码相关处理过程就是本小区根据软件配置的小区无线配置参数生成一个本地的母码序列，将这个母码序列与FFT输出的结果中提取出来的各个频点的序列进行频域点乘，得到的结果经过IFFT反变换等后续处理，得到一组新的序列，该新的序列是用于后续的PRACH的峰值检测使用的。
峰值检测处理是指基站在当前的经过相关处理后的preamble数据中，找到最大的时域相关值(时域相关峰值)对应的检查点，当时域相关峰值大于设定的峰值检测门限与噪声功率时，认为检测到preamble信号，得到峰值位置的详细信息。
需要说明的是，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种随机接入检测方法，包括：
将从一组天线上接收到的数据以符号为处理单位顺序存储在所述天线对应的第一存储区内；所述一组天线包括一个或多个天线；
以符号为处理单位依次从每个天线对应的第一存储区内读出接收数据，确定当前读出的天线数据对应的无线配置参数；
根据确定出的无线配置参数对当前读出的符号数据进行第一前导码处理，将经过第一前导码处理后的符号数据缓存在所述天线对应的第二存储区中；其中，所述第一前导码处理至少包括：去循环前缀处理、频谱搬移处理和抽取滤波处理。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将经过第一前导码处理后的符号数据缓存在所述天线对应的第二存储区中后，所述方法还包括：
当某个天线对应的第二存储区中存在已完成第一前导码处理的一个或多个符号数据并且已经构成了所述天线的完整的前导码数据，则根据所述天线对应的无线配置参数对所述天线的完整的前导码数据进行第二前导码处理；其中，所述第二前导码处理至少包括：快速傅立叶变换FFT处理、母码相关处理、快速傅立叶逆变换IFFT处理和峰值检测处理。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
所述无线配置参数包括以下信息的至少一种：通信协议类型、物理随机接入信道的前导码格式类型、采样率和抽取倍数。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
预先配置一组天线中的每个天线的无线配置参数；
根据每个天线的无线配置参数为每个天线建立对应的第一存储区和第二存储区。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于：
所述通信协议类型包括：***通信***长期演进协议或第五代移动通信***新无线电技术协议。
6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
所述符号包括：正交频分复用OFDM符号或单载波频分多址SC-FDMA符号。
7.一种随机接入检测装置，包括：
天线数据存储模块，用于将从一组天线上接收到的数据以符号为处理单位顺序存储在所述天线对应的第一存储区内；所述一组天线包括一个或多个天线；
符号数据读取模块，用于以符号为处理单位依次从每个天线对应的第一存储区内读出接收数据，确定当前读出的天线数据对应的无线配置参数；
第一前导码处理模块，用于根据确定出的无线配置参数对当前读出的符号数据进行第一前导码处理，将经过第一前导码处理后的符号数据缓存在所述天线对应的第二存储区中；其中，所述第一前导码处理至少包括：去循环前缀处理、频谱搬移处理和抽取滤波处理。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
第二前导码处理模块，用于当某个天线对应的第二存储区中存在已完成第一前导码处理的一个或多个符号数据并且已经构成了所述天线的完整的前导码数据，则根据所述天线对应的无线配置参数对所述天线的完整的前导码数据进行第二前导码处理；其中，所述第二前导码处理至少包括：快速傅立叶变换FFT处理、母码相关处理、快速傅立叶逆变换IFFT处理和峰值检测处理。
9.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于：
所述无线配置参数包括以下信息的至少一种：通信协议类型、物理随机接入信道的前导码格式类型、采样率和抽取倍数。
10.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于：
所述符号包括：正交频分复用OFDM符号或单载波频分多址SC-FDMA符号。
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