CN112888047B - Prach信号处理方法、装置、通信设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信技术领域，提供了一种PRACH信号处理方法、装置、通信设备及存储介质，应用于信号接收端的PRACH信号处理方法包括：接收信号发送端发送的PRACH信号，其中，PRACH信号由预设个数的相同的先导序列组成；按照预设窗口的位置截取PRACH信号中的多个先导序列；根据预设窗口的每一位置对应的多个先导序列，计算预设窗口的每一位置对应的PDP值；根据预设窗口所有位置对应的PDP值中的最大值，检测是否存在接入信号。本发明通过采用一种全新的PRACH信号格式，不再受传输时延与子载波间隔大小的矛盾的限制，可以实现大时延场景下接入信号的准确检测。

Description

PRACH信号处理方法、装置、通信设备及存储介质

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体而言，涉及一种PRACH信号处理方法、装置、通信设备及存储介质。

背景技术

低轨卫星***与地面通信***对比，其传输时延较大，目前可以作为低轨宽带***随机接入参考的主要是LTE/NR的随机接入信道。LTE/NR的PRACH信号均是由循环前缀（CP, Cyclic Prefix）和先导序列组成，其后是保护时间（GT, Guard Time），用于保护随机接入信号经历延迟后落入同一个检测窗口。PRACH信号的长度与检测窗口的长度差为保护时间。LTE/NR的先导序列均采用ZC序列。

当低轨卫星***中的传输时延过大时，LTE/NR的PRACH信道格式无法满足基站对用户定时的需求，如果采用CP长度大于传输时延的设计，则先导长度过大，过大的先导长度导致先导的子载波间频率间隔过小，很容易受到频偏的影响，最终导致检测接入信号失败。

发明内容

本发明的目的在于提供一种PRACH信号处理方法、装置、通信设备及存储介质，通过采用一种全新的PRACH信号格式，该PRACH信号格式由预设个数的相同的先导序列组成，并利用滑动窗口的方式对滑动窗口每次滑动位置对应的信号接收端接收到的该PRACH信号进行处理，得到对应的PDP值，根据PDP值以实现接入信号的准确检测。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种PRACH信号处理方法，应用于信号接收端，所述信号接收端与信号发送端通信连接，所述方法包括：接收所述信号发送端发送的PRACH信号，其中，所述PRACH信号由预设个数的相同的先导序列组成，每一所述先导序列是对ZC序列进行时域-频域转换后得到的，所述ZC序列是根据预设根值生成的；按照预设窗口的位置截取所述PRACH信号中的多个先导序列，其中，所述预设窗口的位置包括当前位置及从当前位置开始进行预设次数的滑动时每次滑动的位置；根据所述预设窗口的每一位置对应的所述多个先导序列，计算所述预设窗口的每一位置对应的PDP值；根据所述预设窗口所有位置对应的PDP值中的最大值，检测是否存在接入信号。

第二方面，本发明提供一种PRACH信号处理方法，应用于信号发送端，所述信号发送端与信号接收端通信连接，所述方法包括：根据预设根值生成ZC序列；对所述ZC序列进行时域-频域转换，得到先导序列；将预设个数的先导序列组成PRACH信号并将所述PRACH信号发送至所述信号接收端。

第三方面，本发明提供一种PRACH信号处理装置，应用于信号接收端，所述信号接收端与信号发送端通信连接，所述装置包括：接收模块，用于接收所述信号发送端发送的PRACH信号，其中，所述PRACH信号由预设个数的相同的先导序列组成，每一所述先导序列是对ZC序列进行时域-频域转换后得到的，所述ZC序列是根据预设根值生成的；处理模块，用于按照预设窗口的位置截取所述PRACH信号中的多个先导序列，其中，所述预设窗口的位置包括当前位置及从当前位置开始进行预设次数的滑动时每次滑动的位置；处理模块，还用于根据所述预设窗口的每一位置对应的所述多个先导序列，计算所述预设窗口的每一位置对应的PDP值；检测模块，根据所述预设窗口所有位置对应的PDP值中的最大值，检测是否存在接入信号。

第四方面，本发明提供一种PRACH信号处理装置，应用于信号发送端，所述信号发送端与信号接收端通信连接，所述装置包括：信号生成模块，用于根据预设根值生成ZC序列；信号生成模块，用于对所述ZC序列进行时域-频域转换，得到先导序列；发送模块，用于将预设个数的先导序列组成PRACH信号并将所述PRACH信号发送至所述信号接收端。

第五方面，本发明提供一种通信设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述的应用于信号接收端的PRACH信号处理方法，或者实现如上述的应用于信号发送端的PRACH信号处理方法。

第六方面，本发明提供计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述的应用于信号接收端的PRACH信号处理方法，或者实现如上述的应用于信号发送端的PRACH信号处理方法。

相对于现有技术，本发明通过采用一种全新的PRACH信号格式，该PRACH信号格式由预设个数的相同的先导序列组成，由于该PRACH信号格式中不存在CP，因此，先导序列不再受传输时延与子载波间隔大小的矛盾的限制，同时利用滑动窗口的方式对滑动窗口每次滑动位置对应的信号接收端接收到的该PRACH信号进行处理，得到对应的PDP值，根据PDP值以实现接入信号的准确检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的现有技术中NR PRACH信道格式的示例图。

图2为本发明实施例提供的现有技术中NR PRACH信号发送流程的示例图。

图3为本发明实施例提供的现有技术中NR接收端检测窗的示例图。

图4为本发明实施例提供的现有技术中NR PRACH信号接收流程的示例图。

图5为本发明实施例提供的改进后的PRACH信道格式的示例图。

图6为本发明实施例提供的一种应用于信号发送端的PRACH信号处理流程的示例图。

图7为本发明实施例提供的得到先导序列的处理流程的示例图。

图8为本发明实施例提供的改进后的PRACH信号发送流程的示例图。

图9为本发明实施例提供的一种应用于信号接收端的PRACH信号处理流程的示例图。

图10为本发明实施例提供的预设窗口的滑动示例图。

图11为本发明实施例提供的计算预设窗口的每一位置对应的PDP值处理流程的示例图。

图12为本发明实施例提供的三峰合并的示例图。

图13为本发明实施例提供的改进后的PRACH信号接收流程的示例图。

图14（a）为本发明实施例提供的第一次滑窗后预设窗口位置的PDP的示例图。

图14（b）为本发明实施例提供的第二次滑窗后预设窗口位置的PDP的示例图。

图14（c）为本发明实施例提供的第三次滑窗后预设窗口位置的PDP的示例图。

图15为本发明实施例提供的接入信号的检测概率图。

图16为本发明实施例提供的第一PRACH信号处理装置的方框示意图。

图17为本发明实施例提供的第二PRACH信号处理装置的方框示意图。

图18为本发明实施例提供的通信设备的方框示意图。

图标：10-通信设备；11-处理器；12-存储器；13-总线；14-通信接口；100-第一PRACH信号处理装置；110-信号生成模块；120-发送模块；200-第二PRACH信号处理装置；210-接收模块；220-处理模块；230-检测模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

现有技术中，对于时延较大的应用场景，例如低轨宽带***，其随机接入参考的主要是长期演进LTE（Long Term Evolution，LTE）技术或者新无线NR（New Radio，NR）技术的随机接入信道，LTE/NR的物理随机接入信道PRACH（Physical Random Access Channel，PRACH）信号均是由循环前缀CP（Cyclic Prefix，CP）和先导序列组成，其后是保护时间GT（Guard Time，GT），用于保护随机接入信号经历延迟后落入同一个检测窗口。PRACH信号的长度与检测窗口的长度差为保护时间。LTE/NR的先导序列均采用ZC序列。

先导序列的生成流程是：在生成基本的时域ZC序列后，对该ZC序列进行离散傅里叶变换DFT（Discrete Fourier Trans-form，DFT）运算转为频域，然后按照***分配给PRACH的子载波配置，将DFT后的频域数据映射到相应的子载波上，然后再进行反向快速傅里叶变换IFFT（Inverse Fast Fourier Transform，IFFT）运算进行正交频分复用OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）调制，生成时域基本先导序列，最后按照所需的PRACH帧格式重复几次先导序列，最后加上CP，组装成基带PRACH信号。

通常情况下，在实际应用环境中采用的具体的PRACH信道格式与小区覆盖半径有关系，一般来说，较长的序列能获得较好的覆盖范围，但较大的覆盖范围需要较长的CP和GT来抵消相应的往返时延，小区覆盖范围越大，传输时延越长，需要的GT越大，随机接入前导序列格式和小区覆盖范围的关系约束原则为：小区内边缘用户的传输时延需要在GT内部，才能保证PRACH能正常接收。为适应不同的覆盖要求，38.211协议规定了5种格式的PRACH参数（循环前缀长度、先导序列长度以及GT长度），请参照图1，图1为本发明实施例提供的现有技术中NR PRACH信道格式的示例图，图1是上述5种格式中格式1的NR PRACH信道格式。

作为一种具体实施方式，NR PRACH信号的发送流程可以参照图2，图2为本发明实施例提供的现有技术中NR PRACH信号发送流程的示例图，图2中，信号发送端首先根据***配置选取ZC序列的根值

与

等参数生成ZC序列，然后对ZC序列进行DFT运算映射到频域，接下来根据***配置映射到不同的子载波上，再通过IFFT运算进行OFDM调制，最后按照PRACH的帧格式组成PRACH基带信号。

NR***中规定了多个不同的发送窗口，用户设备UE（User Equipment，UE） 在与下行信号同步以后，在发送窗口时刻发送PRACH接入信号，在基站端（即信号接收端）接收设置一个检测窗，基站的配置保证本小区用户信号时延均不大于GT长度，因此，小区内所有用户信号均落在同一检测窗内。请参照图3，图3为本发明实施例提供的现有技术中NR接收端检测窗的示例图。

信号接收端在接收到NR PRACH信号后，先在检测窗内截取出所需信号，进行FFT运算做OFDM符号解调，然后子载波解映射，在相应的子载波上取出PRACH信号后与本地ZC序列的DFT共轭相乘，再IDFT运算后形成时域相关序列，最后做谱峰检测与定时，估算出有无用户接入，请参照图4，图4为本发明实施例提供的现有技术中NR PRACH信号接收流程的示例图。

在上述现有技术中，其先导序列由ZC序列经过DFT后形成频域数据，再补零做IFFT，转到时域，这样生成的序列是原ZC序列插值的形式，可以保持ZC序列的性质。也就是说，这个流程需要一次DFT的计算，通常PRACH所采用的ZC序列长度为较大的质数，因此需要一个计算质数长DFT的运算，一般比较复杂，比如CZT算法，为了避免直接计算质数的DFT，需要利用FFT运算，首先构造一个2的幂次的序列，与补零到2的幂次的ZC序列进行卷积，然后快速傅里叶变换。因此，具体实施过程中需要两次正傅里叶变换和一次反傅里叶变换。

同时，地面通信***的小区半径较小，因此时延通常不会太大，在此情况下，CP和GT长度不需要太长就可以保证用户时延在CP的保护之内，在接收端用一个接收窗口即可接收到本小区内的所有UE信号。而在时延较大的应用场景中，例如低轨卫星***，星地传输时延巨大，而且小区覆盖半径也较地面***更大，传统的PRACH信道格式无法满足基站对用户定时的需求，如果采用CP长度大于传输时延的设计，则先导长度过大，过大的先导长度导致先导的子载波间频率间隔过小，很容易受到频偏的影响，导致检测失败或定时失准。

另外，LTE/NR的PRACH接收流程中，由于传输时延在CP的保护范围之内，因此采用一个检测窗的方式，既可收全本小区内的所有接入信号。但是，由于在时延较大的应用场景中，小区内中心用户与边缘用户的传输时延差也较大，无法用CP的方式保证所有用户的接入信号均落在一个窗口内，因此，现有的LTE/NR的PRACH无法适用此场景。

针对现有技术适用于传输时延大的应用场景中存在的上述问题，发明人提供了一种新的PRACH信号格式，并基于该PRACH信号格式给出对应的PRACH信号处理方法，下面将对其进行详细描述。

以低轨宽带卫星***为例，由于要适用时延大的应用场景，随机接入信号的子载波间隔要大于补偿后的星地频偏差，此时，先导序列的长度会相应变短，可能存在随机接入时延大于先导长度的情况，因此，改进后的PRACH格式采用完整的先导序列多次重复的方式组帧，而不采用添加CP的方式来保护往返传输时延（RTD， Round Trip Delay）和信道延时，先导序列重复的个数取决于接收需要的信噪比以及卫星小区的覆盖情况，同时随机信号总长度要小于基站检测窗口长度减去GT，GT要求满足大于校正星历后可能导致的最大星地间往返传输时延。另外，由于低轨宽带卫星***PRACH信号的时延可能大于单一先导序列的长度，因此，不能同NR***一样通过配置

参数使得多个用户共享同一个根序列，因此，在生成ZC序列时，本发明实施例提供的方案中，生成ZC序列时不再需要

参数，而是根据根序列生成ZC序列。

请参照图5，图5为本发明实施例提供的改进后的PRACH信道格式的示例图，图5中，改进后的PRACH信号由预设个数的相同的先导序列组成，不再包含CP和GT。

改进后的PRACH信道格式中由于不再包含CP和GT，因而先导序列不再受传输时延与子载波间隔大小的矛盾的限制，从而可以支撑更大时延的应用场景。

基于改进后的PRACH信道格式，本发明实施例还给出了一种信号发送端处理改进后的PRACH信号的处理方法，该方法应用于信号发送端，请参照图6，图6为本发明实施例提供的一种PRACH信号处理流程的示例图，该方法包括以下步骤：

步骤S100，根据预设根值生成ZC序列。

在本实施例中，预设根值也称为预设根序列，在本实施例中，每个用户采用各自的预设根序列。

步骤S110，对ZC序列进行时域-频域转换，得到先导序列。

步骤S120，将预设个数的先导序列组成PRACH信号并将PRACH信号发送至信号接收端。

在本实施例中，预设个数根据实际应用场景中接收信号的信噪比以及卫星小区的覆盖情况预先确定。

本发明实施例提供的上述方法，根据预设根值生成ZC序列，再对ZC序列进行时域-频域转换，得到先导序列，最后将预设个数的先导序列组成符合改进后的PRACH信号格式的PRACH信号并发送至信号接收端，给出了一种适用于改进后的PRACH信号格式的信号生成方法。

在图6的基础上，本发明实施例还提供了一种具体的得到先导序列的方法，请参照图7，图7为本发明实施例提供的另一种PRACH信号处理流程的示例图，步骤S110包括以下子步骤：

子步骤S1101，将ZC序列映射至子载波。

子步骤S1102，对子载波进行IFFT运算后，得到先导序列。

在本实施例中，ZC序列直接映射至子载波，对子载波进行IFFT运算后，得到先导序列，先导序列可以使用如下公式表示：

其中，

为用户的频域发送数据为根值为

的ZC序列，

为先导序列，k表示ZC序列的索引值，即第k个ZC序列，N表示时域序列的长度，n表示时域序列的索引，

，

是与

对偶的根值。

具体先导序列可以使用如上公式表示的证明如下：

假设用户的频域发送数据为根植为

的ZC序列，

，然后对其做IDFT，则基带发送的时域信号可以表示为：

(1)

其中，

定义如下：

可以证明，如果频域信号为ZC序列，则(1)式IDFT后的结果虽然不是一个ZC序列，但与ZC序列有关，可以看做一个等效的ZC序列，并且等效ZC序列的根植与频域ZC序列的根植有对偶关系，证明如下：

假设发送的先导信号

是ZC序列

的逆傅里叶变换

(2)

其中，

满足

,在(2)式中提出

(3)

由于

，所以,

，其中

为某一正整数。(3)式中第一项

上式中，

，

为根植为

的ZC序列

。

(3)式中第二项

由于ZC序列具有N循环的特性，上式为ZC序列之和，为一个固定值。

经过上面两项推导，最终发送信号

可以表示为如下形式

(4)

由(4)式可知，ZC序B列

的IDFT是一个与另外一个ZC序列

有关的序列，如果把

看做等效的ZC序列，则其根值

与原ZC序列的根植

对偶。

在本实施例中，为了更好地与现有技术做对比，请参照图8，图8为本发明实施例提供的改进后的PRACH信号发送流程的示例图。图8中，ZC序列生成后，不再像现有技术那样，进行DFT计算，而是直接将ZC序列映射至子载波。

现有技术中，由于先导序列所采用的ZC序列的长度一般为一个质数，因此，NR***中的DFT运算不能采用2的幂次的FFT算法，需要额外的算法和硬件资源。而本发明实施例提供的上述方法，采用ZC序列直接映射到频域子载波上的方式，利用ZC序列的IDFT为另外一个等效ZC序列的原理，在生成PRACH信号的过程中省略了ZC序列的DFT的生成步骤，同时，也节省了质数长DFT所需的额外开销，既节约了生成PRACH信号所需的计算资源和硬件资源，又提高了生成PRACH信号的效率。

基于上述信号发送流程，相应地，在信号接收端接收到改进后的PRACH信号后，为了基于改进后的PRACH信号进行准确地用户接入检测，本发明实施例还提供了一种应用于信号接收端的PRACH信号处理方法，请参照图9，图9为本发明实施例提供的另一种PRACH信号处理流程的示例图，该方法应用于信号接收端，包括以下步骤：

步骤S200，接收信号发送端发送的PRACH信号，其中，PRACH信号由预设个数的相同的先导序列组成，每一先导序列是对ZC序列进行时域-频域转换后得到的，ZC序列是根据预设根值生成的。

步骤S210，按照预设窗口的位置截取PRACH信号中的多个先导序列，其中，预设窗口的位置包括当前位置及从当前位置开始进行预设次数的滑动时每次滑动的位置。

在本实施例中，预设窗口的长度可以根据PRACH信号中的先导序列中先导序列的个数及先导序列的长度确定，作为一种具体实施方式，为了尽量低使收集的PRACH信号更完整，通常预设窗口的长度=（PRACH信号中的先导序列的个数+1）*先导序列的长度。

在本实施例中，预设窗口进行预设次数的滑动，其中，预设次数可以根据实际需要预先确定，例如将预设次数设置为2。请参照图10，图10为本发明实施例提供的预设窗口的滑动示例图。图10中，PRACH信号中先导序列的个数为3，则预设窗口的长度设置为4个先导序列的总长度。由图10可以看出，预设窗口处于当前位置时，只捕捉到的PRACH信号中完整的前两个先导序列，当预设窗口进行第一次滑动后，预设窗口捕捉到的PRACH信号中完整的3个先导序列，当预设窗口进行第二次滑动后，预设窗口捕捉到的PRACH信号中后两个完整的先导序列，因此，处于第一次滑动后的位置时，信号收集得最全，其PDP值也更高，由此可以判断PRACH信号完全在第二次的滑窗中，从而可以解算出整数倍先导的时延。

步骤S220，根据预设窗口的每一位置对应的多个先导序列，计算预设窗口的每一位置对应的PDP值。

在本实施例中，预设窗口处于不同位置时，捕捉到的先导序列的个数是不同的，针对预设窗口的每一位置捕捉到的先导序列，可以计算出预设窗口的每一位置对应的PDP值。

在本实施例中，PDP值为功率时延谱，PDP全称为 Power Delay Profile。

步骤S230，根据预设窗口所有位置对应的PDP值中的最大值，检测是否存在接入信号。

在本实施例中，作为一种检测是否存在接入信号的具体实现方式，可以通过判断该最大值是否大于预设阈值实现，即，若该最大值大于预设阈值，则判定存在接入信号，若该最大值小于或者等于预设阈值，则判定不存在接入信号。

本发明实施例提供的上述方法，通过对预设窗口的位置进行多次滑动，并且针对不同位置的先导序列，计算对应的PDP值，最后通过PDP值中的最大值检测是否存在接入信号，从而使得接入信号的检测更准确。

在图9的基础上，本发明实施例还给出了一种计算预设窗口的每一位置对应的PDP值的具体实现方式，请参照图11，图11为本发明实施例提供的另一种PRACH信号处理流程的示例图，步骤S220包括以下子步骤：

子步骤S2201，将预设窗口的任一位置作为目标位置、并将目标位置对应的多个先导序列作为目标先导序列。

在本实施例中，计算预设窗口的任一位置对应的PDP值的方式都可以采用子步骤S2201~ S2204中描述的方法。目标位置为预设窗口的任一位置，目标先导序列为预设窗口处于目标位置时捕捉到的先导序列，该先导序列可以是多个。

子步骤S2202，对目标先导序列中的每一先导序列进行频域-时域转换，得到每一先导序列的时域相关序列。

在本实施例中，频域-时域转换实际上是上文所述的时域-频域转换的逆向转换流程。作为一种具体实施方式，进行频域-时域转换可以采用如下方法：

首先，将目标先导序列中的任一先导序列作为待处理先导序列。

其次，对待处理先导序列进行FFT运算后再进行子载波解映射，得到子载波频域数据。

在本实施例中，FFT运算与IFFT运算互为逆运算，子载波映射与子载波解映射互为逆处理流程。

第三，将子载波频域数据与预设参考ZC序列进行共轭相乘后，得到相乘结果。

第四，将相乘结果进行IDFT计算，得到待处理先导序列的时域相关序列。

子步骤S2203，将目标先导序列的多个时域相关序列进行叠加，得到目标相关序列。

子步骤S2204，根据目标相关序列中峰值最大的主峰，计算目标位置对应的PDP值。

在本实施例中，目标相关序列中峰值最大的波峰称为主峰，作为一种具体计算目标位置对应的PDP值的实现方式，可以采用如下方法：

首先，将与主峰相邻的前一个波峰和后一个波峰作为副峰。

其次，将主峰的峰值和副峰的峰值进行合并，得到目标位置对应的PDP值。

在本实施例中，由于同时考虑了主峰和副峰，可尽可能多地收集先导序列能量，比单独检测主峰值能更好地检测到接入信号。请参照图12，图12为本发明实施例提供的三峰合并的示例图。

在本实施例中，为了更好地支撑PDP的计算过程，本发明实施例还提供了PDP计算公式及计算公式的推导过程，推导过程如下：

信号接收端接收到的信号

是用户发送PRACH信号

经过信道、频偏与噪声的叠加：

其中

为第l条多径的信道系数，

为第l条多径的时延，L为多径数，

为信号的频偏

，其中

为采样率，

为频偏，

为均值为0，方差为

的噪声，n为时域序列的索引，N为时域序列的长度，j为虚部表示符

，

为（4）式的时域发送信号。在随机接入信道中，由于随机接入信号的符号周期设计得比较长，远远大于多径时延，因此，多径可以看做只有一条径，接收信号改写如下：

其中，

为信道系数，是一个不变值，在以后的推导中忽略信道系数

，

为用户时延，代入发送信号

得

其中，

为根值，与信号发送端的原ZC序列的根植

对偶。在得到接收信号后要进行FFT运算，通过子载波解映射获取PRACH对应的频域资源内的N个有效数据值，假设不考虑频偏、时延与信道的影响，第k子载波上的值如下

，

其中，

为第k子载波上的值，

为频域噪声，

为原ZC序列。

在接收端，FFT后的数据与本地参考信号共轭相乘，然后做IDFT形成时域相关序列

，可以证明

的频域计算方式

等效为时域计算公式如下

上式中，假设忽略时延

，只考虑频偏

，相关序列

可以表示为：

由于

的方差和

的幅值是固定的，因此

的值取决于第一项，可以忽略噪声项，有

提出与n无关的项

在上式中

的绝对值为定值，其中，

为子载波间隔，

为先导序列的时间长度。当

，在满足下式的m上，

取最大值

由于

周期的关系，在满足下述关系的m上

产生极大值

由于

和m为整数值对ZC序列才有意义，所以，当m的值满足

时，

有最大值。同时，频偏导致出现副峰，副峰出现在使

的m处。

在接收端对用户检测时，假设忽略其他较小的副峰，取对应主峰和左右两个副峰的值进行累加，然后判断是否超出门限，则可尽可能多地收集序列能量，比单独检测主峰值能更好地检测到用户。这种用三个峰值累加的方法，称为三峰检测方法。在对有频偏影响的ZC序列进行自相关检测时，是一种比单独峰检查更有效的方法。三峰检测方法的PDP计算为：

其中，

，

为主峰峰值，

为与主峰相邻的前一峰的副峰峰值，

为与主峰相邻的后一峰的副峰峰值。

在本实施例中，为了更好地与现有技术做对比，请参照图13，图13为本发明实施例提供的改进后的PRACH信号接收流程的示例图。图13中，本次位置的谱峰搜索对应上述方法中本次位置的PDP值的计算，每次滑动后的位置的谱峰搜索对应上述方法中每次滑动后的位置的PDP值的计算，多次谱峰搜索到最大谱峰对应上述方法中确定PDP值中的最大值，根据最大谱峰进行检查对应上述方法根据最大值进行接入信号检测。

为了更清楚地说明滑动预设窗口的检测方法，本发明实施例提供了一个具体仿真分析过程，仿真参数设置如下：低轨卫星***采用Ka波段，PRACH信道的子载波间隔为10kHz。ZC序列的根植μ为240,长度为839。仿真中PRACH信号的多普勒频偏为子载波间隔的0.3倍，PRACH信号的信噪比为-5dB。PRACH信号格式为两个先导序列组成，发送时间的位置为一个先导序列的长度加上20个采样点。

请继续参照图14（a）、图14（b）和图14（c），图14（a）、图14（b）和图14（c）分别为第一次滑窗、第二次滑窗和第三次滑窗后预设窗口位置的PDP的示例图，预设窗口处于这三个位置的PDP分别为0.47、0.94和0.43。由三个PDP值可知，第二位置的峰值大于第一次与第三次滑窗，说明了信号在处于第二位置的预设窗口之内，因此信号时延为一个先导长度加上20，与发射信号的实际位置相同。另外，在图14（b）中第二次滑窗的PDP的示例图，由于频偏的存在，相关峰中出现副峰，主峰在20的位置上，左右两个副峰分别在619与260的位置上，与主峰的距离均为240（等于

值），与理论推导的峰值关系一致。同时，左侧副峰的值大于右侧副峰的值，表明了频偏的正负方向。

请继续参照图15，图15为本发明实施例提供的接入信号的检测概率图，由于频偏的存在，导致主峰值减小，副峰值增加，因此，在检测中采用三峰联合检测的方法，既把主峰与主峰左右的两个副峰的峰值合并，来判断有无接入信号。从仿真中可以看出，本发明实施例提出的PRACH格式可以在低信噪比下有效检测用户接入信号。

本发明实施例提供的上述方法，通过将预设窗口处于目标位置的多个先导序列均进行频域-时域转换，并将多个先导序列对应的时域相关序列进行叠加，得到目标相关序列，并基于目标相关序列中的主峰，计算对应的PDP值，由于进行了时域相关序列的叠加，使得可能多地收集先导序列能量，最终计算得到的PDP值在检测接入信号时更具有参考意义。

为了执行上述实施例及各个可能的实施方式中应用于信号发送端的相应步骤，下面给出一种第一PRACH信号处理装置100的实现方式。请参照图16，图16示出了本发明实施例提供的第一PRACH信号处理装置100的方框示意图。第一PRACH信号处理装置100，应用于信号发送端，需要说明的是，本实施例所提供的第一PRACH信号处理装置100，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及指出。

第一PRACH信号处理装置100包括信号生成模块110和发送模块120。

信号生成模块110，用于根据预设根值生成ZC序列、以及对ZC序列进行时域-频域转换，得到先导序列。

发送模块120，用于将预设个数的先导序列组成PRACH信号并将PRACH信号发送至信号接收端。

作为一种具体实施方式，信号生成模块110具体用于：将ZC序列映射至子载波；对子载波进行IFFT运算后，得到先导序列。

为了执行上述实施例及各个可能的实施方式中应用于信号接收端的相应步骤，下面给出一种第二PRACH信号处理装置200的实现方式。请参照图17，图17示出了本发明实施例提供的第二PRACH信号处理装置200的方框示意图。第二PRACH信号处理装置200，应用于信号接收端，需要说明的是，本实施例所提供的第二PRACH信号处理装置200，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及指出。

第二PRACH信号处理装置200包括接收模块210、处理模块220及检测模块230。

接收模块210，用于接收信号发送端发送的PRACH信号，其中，PRACH信号由预设个数的相同的先导序列组成，每一先导序列是对ZC序列进行时域-频域转换后得到的，ZC序列是根据预设根值生成的。

处理模块220，用于：按照预设窗口的位置截取PRACH信号中的多个先导序列，其中，预设窗口的位置包括当前位置及从当前位置开始进行预设次数的滑动时每次滑动的位置；根据预设窗口的每一位置对应的多个先导序列，计算预设窗口的每一位置对应的PDP值。

作为一种具体实施方式，处理模块220具体用于：将预设窗口的任一位置作为目标位置、并将目标位置对应的多个先导序列作为目标先导序列；对目标先导序列中的每一先导序列进行频域-时域转换，得到每一先导序列的时域相关序列；将目标先导序列的多个时域相关序列进行叠加，得到目标相关序列；根据目标相关序列中峰值最大的主峰，计算目标位置对应的PDP值。

作为一种具体实施方式，处理模块220在对目标先导序列中的每一先导序列进行频域-时域转换，得到每一先导序列的时域相关序列时，具体用于：将目标先导序列中的任一先导序列作为待处理先导序列；对待处理先导序列进行FFT运算后再进行子载波解映射，得到子载波频域数据；将子载波频域数据与预设参考ZC序列进行共轭相乘后，得到相乘结果；将相乘结果进行IDFT计算，得到待处理先导序列的时域相关序列。

作为一种具体实施方式，处理模块220在根据目标相关序列中峰值最大的主峰，计算目标位置对应的PDP值时，具体用于：将与主峰相邻的前一个波峰和后一个波峰作为副峰；将主峰的峰值和副峰的峰值进行合并，得到目标位置对应的PDP值。

检测模块230，用于根据预设窗口所有位置对应的PDP值中的最大值，检测是否存在接入信号。

本发明实施例还提供了一种可以执行上述PRACH信号处理方法的通信设备10的方框示意图，请参照图18，图18示出了本发明实施例提供的通信设备10的方框示意图，通信设备10包括处理器11、存储器12、总线13、通信接口14。处理器11、存储器12通过总线13连接，处理器11通过通信接口14与外部设备通信。

处理器11可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器11中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器11可以是通用处理器，包括中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU）、网络处理器（Network Processor，简称NP）等；还可以是数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现成可编程门阵列（FPGA）或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

存储器12用于存储程序，例如本发明实施例中的第一PRACH信号处理装置100或者第二PRACH信号处理装置200，第一PRACH信号处理装置100或者第二PRACH信号处理装置200均包括至少一个可以软件或固件（firmware）的形式存储于存储器12中的软件功能模块，处理器11在接收到执行指令后，执行所述程序以实现本发明实施例中的应用于信号发送端的PRACH信号处理方法或者应用于信号接收端的PRACH信号处理方法。

存储器12可能包括高速随机存取存储器（RAM：Random Access Memory），也可能还包括非易失存储器（non-volatile memory）。可选地，存储器12可以是内置于处理器11中的存储装置，也可以是独立于处理器11的存储装置。

总线13可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。图18仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述的应用于信号发送端的PRACH信号处理方法或者应用于信号接收端的PRACH信号处理方法。

综上所述，本发明实施例提供了一种PRACH信号处理方法、装置、通信设备及存储介质，应用于信号接收端的PRACH信号处理方法包括：接收信号发送端发送的PRACH信号，其中，PRACH信号由预设个数的相同的先导序列组成，每一先导序列是对ZC序列进行时域-频域转换后得到的，ZC序列是根据预设根值生成的；按照预设窗口的位置截取PRACH信号中的多个先导序列，其中，预设窗口的位置包括当前位置及从当前位置开始进行预设次数的滑动时每次滑动的位置；根据预设窗口的每一位置对应的多个先导序列，计算预设窗口的每一位置对应的PDP值；根据预设窗口所有位置对应的PDP值中的最大值，检测是否存在接入信号。相对于现有技术，本发明实施例通过采用一种全新的PRACH信号格式，该PRACH信号格式由预设个数的相同的先导序列组成，由于该PRACH信号格式中不存在CP，因此，先导序列不再受传输时延与子载波间隔大小的矛盾的限制，同时利用滑动窗口的方式对滑动窗口每次滑动位置对应的信号接收端接收到的该PRACH信号进行处理，得到对应的PDP值，根据PDP值以实现接入信号的准确检测。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种PRACH信号处理方法，其特征在于，应用于信号接收端，所述信号接收端与信号发送端通信连接，所述方法包括：

接收所述信号发送端发送的物理随机接入信道PRACH信号，其中，所述PRACH信号由预设个数的相同的先导序列组成，且不包括循环前缀CP和保护时间GT，每一所述先导序列是对ZC序列进行时域-频域转换后得到的，所述ZC序列是根据预设根值生成的；

按照预设窗口的位置截取所述PRACH信号中的多个先导序列，其中，所述预设窗口的位置包括当前位置及从当前位置开始进行预设次数的滑动时每次滑动的位置；

将所述预设窗口的任一位置作为目标位置、并将所述目标位置对应的所述多个先导序列作为目标先导序列；

对所述目标先导序列中的每一所述先导序列进行频域-时域转换，得到每一所述先导序列的时域相关序列；

将所述目标先导序列的多个时域相关序列进行叠加，得到目标相关序列；

根据所述目标相关序列中峰值最大的主峰，计算所述目标位置对应的功率时延谱PDP值；

根据所述预设窗口所有位置对应的PDP值中的最大值，检测是否存在接入信号。

2.如权利要求1所述的PRACH信号处理方法，其特征在于，所述对所述目标先导序列中的每一所述先导序列进行频域-时域转换，得到每一所述先导序列的时域相关序列的步骤包括：

将所述目标先导序列中的任一所述先导序列作为待处理先导序列；

对所述待处理先导序列进行FFT运算后再进行子载波解映射，得到子载波频域数据；

将所述子载波频域数据与预设参考ZC序列进行共轭相乘后，得到相乘结果；

将所述相乘结果进行IDFT计算，得到所述待处理先导序列的时域相关序列。

3.如权利要求1所述的PRACH信号处理方法，其特征在于，所述根据所述目标相关序列中峰值最大的主峰，计算所述目标位置对应的PDP值的步骤包括：

将与所述主峰相邻的前一个波峰和后一个波峰作为副峰；

将所述主峰的峰值和所述副峰的峰值进行合并，得到所述目标位置对应的PDP值。

4.一种PRACH信号处理方法，其特征在于，应用于信号发送端，所述信号发送端与信号接收端通信连接，所述方法包括：

根据预设根值生成ZC序列；

对所述ZC序列进行时域-频域转换，得到先导序列；

将预设个数的先导序列组成物理随机接入信道PRACH信号并将所述PRACH信号发送至所述信号接收端，以使所述信号接收端对PRACH信息按照如下方式进行处理：按照预设窗口的位置截取所述PRACH信号中的多个先导序列，其中，所述PRACH信号不包括循环前缀CP和保护时间GT，所述预设窗口的位置包括当前位置及从当前位置开始进行预设次数的滑动时每次滑动的位置；将所述预设窗口的任一位置作为目标位置、并将所述目标位置对应的所述多个先导序列作为目标先导序列；对所述目标先导序列中的每一所述先导序列进行频域-时域转换，得到每一所述先导序列的时域相关序列；将所述目标先导序列的多个时域相关序列进行叠加，得到目标相关序列；根据所述目标相关序列中峰值最大的主峰，计算所述目标位置对应的功率时延谱PDP值；根据所述预设窗口所有位置对应的PDP值中的最大值，检测是否存在接入信号。

5.如权利要求4所述的PRACH信号处理方法，其特征在于，所述对所述ZC序列进行时域-频域转换，得到先导序列的步骤包括：

将所述ZC序列映射至子载波；

对所述子载波进行IFFT运算后，得到先导序列。

6.一种PRACH信号处理装置，其特征在于，应用于信号接收端，所述信号接收端与信号发送端通信连接，所述装置包括：

接收模块，用于接收所述信号发送端发送的物理随机接入信道PRACH信号，其中，所述PRACH信号由预设个数的相同的先导序列组成，且不包括循环前缀CP和保护时间GT，每一所述先导序列是对ZC序列进行时域-频域转换后得到的，所述ZC序列是根据预设根值生成的；

处理模块，用于按照预设窗口的位置截取所述PRACH信号中的多个先导序列，其中，所述预设窗口的位置包括当前位置及从当前位置开始进行预设次数的滑动时每次滑动的位置；

处理模块，还用于：将所述预设窗口的任一位置作为目标位置、并将所述目标位置对应的所述多个先导序列作为目标先导序列；对所述目标先导序列中的每一所述先导序列进行频域-时域转换，得到每一所述先导序列的时域相关序列；将所述目标先导序列的多个时域相关序列进行叠加，得到目标相关序列；根据所述目标相关序列中峰值最大的主峰，计算所述目标位置对应的功率时延谱PDP值；

检测模块，根据所述预设窗口所有位置对应的PDP值中的最大值，检测是否存在接入信号。

7.一种PRACH信号处理装置，其特征在于，应用于信号发送端，所述信号发送端与信号接收端通信连接，所述装置包括：

信号生成模块，用于根据预设根值生成ZC序列；

信号生成模块，用于对所述ZC序列进行时域-频域转换，得到先导序列；

发送模块，用于将预设个数的先导序列组成物理随机接入信道PRACH信号并将所述PRACH信号发送至所述信号接收端，以使所述信号接收端对PRACH信息按照如下方式进行处理：按照预设窗口的位置截取所述PRACH信号中的多个先导序列，其中，所述PRACH信号不包括循环前缀CP和保护时间GT，所述预设窗口的位置包括当前位置及从当前位置开始进行预设次数的滑动时每次滑动的位置；将所述预设窗口的任一位置作为目标位置、并将所述目标位置对应的所述多个先导序列作为目标先导序列；对所述目标先导序列中的每一所述先导序列进行频域-时域转换，得到每一所述先导序列的时域相关序列；将所述目标先导序列的多个时域相关序列进行叠加，得到目标相关序列；根据所述目标相关序列中峰值最大的主峰，计算所述目标位置对应的功率时延谱PDP值；根据所述预设窗口所有位置对应的PDP值中的最大值，检测是否存在接入信号。

8.一种通信设备，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-3中任一项所述的PRACH信号处理方法，或者实现如权利要求4-5中任一项所述的PRACH信号处理方法。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-3中任一项所述的PRACH信号处理方法，或者实现如权利要求4-5中任一项所述的PRACH信号处理方法。

Images