專利名稱：一種長期演進系統(tǒng)中隨機接入前導低復雜度生成方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于移動通信技術(shù)領域，特別涉及第三代移動通信技術(shù)(3rd Generation，簡稱3G)后的長期演進(Long Time Evolution，簡稱LTE)系統(tǒng)中隨機接入前導低復雜度生成方法。

背景技術(shù)：
第三代合作伙伴計劃組織(3rd Generation Partnership Project，3GPP)是一個成立于1998年12月的標準化機構(gòu)。移動數(shù)據(jù)業(yè)務的不斷增長推動3GPP開發(fā)出長期演進(LTE)規(guī)范。用戶端通過物理隨機接入信道(Physical Random Access Channle，PRACH)上發(fā)送隨機接入前導實現(xiàn)接入。
根據(jù)LTE系統(tǒng)相關技術(shù)標準36.211，LTE系統(tǒng)支持的隨機接入前導格式有5種，PRACH在頻域上占用連續(xù)的6個資源塊?，F(xiàn)有的隨機接入前導生成方法具體為 用戶端首先生成Zadoff-Chu根序列，其中該Zadoff-Chu根序列的第n個元素表示為 式中，u是物理根序列索引，NZC為Zadoff-Chu根序列長度，j為虛數(shù)單位，即j2＝-1； 然后根據(jù)循環(huán)移位(Cyclic Shift)量Cv進行循環(huán)移位操作 將循環(huán)移位后的序列

進行離散傅里葉變換(DFT)，得到頻域序列，其中該頻域序列的第k個元素表示為 根據(jù)技術(shù)標準36.211，將在時刻t的時間連續(xù)隨機接入前導信號表示為 其中隨機接入前導由兩部分組成，前端是長度為TCP的循環(huán)前綴，然后是長度為TSEQ的序列，βPRACH為幅度因子，

nPRBRA為頻域起始資源塊位置，

為固定偏移量，K＝Δf/ΔfRA，Δf為子載波間隔，ΔfRA為隨機接入前導的頻域子載波間隔，NSCRB為每個資源塊的頻域子載波數(shù)，NRBUL為上行資源塊大小。
忽略幅度因子，并忽略長度為TCP的循環(huán)前綴，以間隔為TS對時間連續(xù)隨機接入前導信號進行采樣，則在時刻t，隨機接入前導信號的值s(t)表示為第m個采樣點的值s(m)，并令t＝mTs帶入時間連續(xù)隨機接入前導信號表達式，則隨機接入前導表示為
其中NSEQ表示采樣后序列的長度。
由上式可以看到，在生成隨機接入前導的步驟中，存在長度為NSEQ的IDFT變換。該IDFT長度NSEQ由隨機接入前導格式以及系統(tǒng)采樣率決定。比如系統(tǒng)為10M帶寬情況下，系統(tǒng)采樣率為15.36M，前導格式0，1的時域長度為24576·Ts，其中有307200·Ts＝10ms，則相應IDFT長度NSEQ為15.36M×800us＝12288點；同樣地，可推導出格式2，3的IDFT長度NSEQ達24576點。而在20M帶寬情況下，系統(tǒng)采樣率為30.72M，因此IDFT的長度都要加倍，最長可達49152點。從IDFT實現(xiàn)復雜度上看，該方法需要大量的計算，增加了用戶端的計算復雜度。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種長期演進系統(tǒng)中隨機接入前導低復雜度生成方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，降低計算復雜度，從而更適合于在實際系統(tǒng)中應用。
本發(fā)明的長期演進系統(tǒng)中隨機接入前導低復雜度生成方法，包括首先生成Zadoff-Chu序列的頻域序列，然后經(jīng)過頻偏處理，其特征在于，將所得到的頻域序列補零至標定快速傅里葉變換長度(Nominal FFT Size)NFFT點，經(jīng)過循環(huán)移位，快速傅里葉反變換(InverseFast Fourier Transorm，IFFT)，對IFFT后產(chǎn)生的時域序列進行K倍過采樣，加上前綴后綴，送至海明窗濾波器，經(jīng)過頻率移位，最后加上循環(huán)前綴(Cyclic Prefix，CP)生成隨機接入前導； 所述將頻域序列補零至標定快速傅里葉變換長度NFFT點的操作為將長度為NZC的頻域序列

從起始位置

開始映射到頻域子載波上，并補零至NFFT點，其中映射后序列的第k個元素的值表示為
所述循環(huán)移位操作為將補零后序列進行

的循環(huán)移位，循環(huán)移位后產(chǎn)生的序列的第k個元素的值表示為 所述快速傅里葉反變換操作為對循環(huán)移位后產(chǎn)生的序列

進行NFFT點的IFFT變換，得到時域序列x1(n)，其中該時域序列的第n個元素的值表示為 所述對IFFT后產(chǎn)生的時域序列進行K倍過采樣操作為對時域序列x1(n)進行K倍過采樣，得到新的時域序列x2(n)，該序列的第n個元素的值表示為
其中，K＝Δf/ΔfRA，Δf為子載波間隔，ΔfRA隨機接入前導序列的子載波間隔； 所述加上前綴和后綴操作為對過采樣后的序列x2(n)，復制序列前端的Norder/2個元素以及后端的Norder/2個元素，分別放在最后端以及最前端，從而產(chǎn)生新的序列x3(n)，其中該序列的第n個元素的值表示為 其中，Norder為海明窗濾波器階數(shù)； 所述送至海明窗濾波器操作為將加上前綴后綴后的序列x3(n)送至海明窗濾波器，從而產(chǎn)生序列x4(n)，其中該序列的第n個元素的值表示為 其中，h(m)為階數(shù)Norder等于136，歸一化截止頻率(Normalized Cutoff Frequency)為0.0839的有限長單位響應數(shù)字低通濾波器的系數(shù)； 所述頻率移位操作為將通過濾波器后產(chǎn)生的序列x4(n)進行因子為NFS2的頻率移位，得到序列x5(n)，其中該序列的第n個元素的值表示為 其中，


nPRBRA為頻域起始資源塊位置，NSCRB為每個資源塊的子載波個數(shù)，NRBUL為上行資源塊大??； 所述加上循環(huán)前綴操作為將頻率移位后產(chǎn)生的序列x5(n)添加上長度為Ncp的CP，即得到隨機接入前導s(n)，其中隨機接入前導的第n個元素的值表示為 本發(fā)明中對所述生成Zadoff-Chu序列的頻域序列，可采用現(xiàn)有的先生成Zadoff-Chu序列，然后將該序列做DFT操作變換到頻域操作，但其計算步驟較繁瑣；也可采用本發(fā)明提出的，利用如下公式生成 式中第n個指數(shù)索引的值index(n)可采用如下方式得到 初始化index(0)＝0，step(0)＝k+u 遞增計算index(n)＝index(n-1)+step(n-1) step(n)＝step(n-1)+u 本發(fā)明的快速方法是根據(jù)Zadoff-Chu序列的表式，可采取將上面兩步操作結(jié)合起來，直接生成頻域序列，從而可簡化計算步驟； 現(xiàn)有方法的IDFT操作模塊，采用長度為NSEQ的IDFT操作，計算量較大；而本發(fā)明的相對應的模塊采用長度為NFFT點的IFFT操作。在20M帶寬下，NSEQ長達49152點，而本發(fā)明中采用的NFFT僅為2048點，從而使本發(fā)明大大降低了計算量。



圖1為前導格式為0，系統(tǒng)帶寬20M時，采用本發(fā)明方法與現(xiàn)有方法生成的隨機接入前導的實部對比的局部放大圖。
圖2為前導格式為0，系統(tǒng)帶寬20M時，采用本發(fā)明方法與現(xiàn)有方法生成的隨機接入前導的幅度對比的局部放大圖。
圖3為前導格式為4，系統(tǒng)帶寬20M時，采用本發(fā)明方法與現(xiàn)有方法生成的隨機接入前導的幅度對比的局部放大圖。

具體實施例方式 實施例1 設前導格式為0，系統(tǒng)帶寬20M，

u＝710，Cv＝119，


并根據(jù)LTE技術(shù)標準36.211以及36.101，可得到表1-4，并根據(jù)表1-4可查到計算所需的其他參數(shù)的值。比如系統(tǒng)為20M帶寬情況下，系統(tǒng)采樣率為30.72M，前導格式0的CP時域長度為TCP＝3168·Ts，其中有307200·Ts＝10ms，則相應循環(huán)前綴長度NCP為30.72M×TCP＝3168點。
表1隨機接入前導序列長度 表2隨機接入前導序列參數(shù)(其中，307200·Ts＝10ms) 表3隨機接入基帶參量
表4系統(tǒng)帶寬與NFFT對應表 本發(fā)明方法的具體實施步驟描述如下 步驟1根據(jù)物理根序列參數(shù)u，生成Zadoff-Chu序列的頻域序列，其中序列的第k個元素的值表示為 式中第n個指數(shù)索引的值index(n)可采用如下方式得到 初始化index(0)＝0，step(0)＝k+u 遞增計算index(n)＝index(n-1)+step(n-1) step(n)＝step(n-1)+u； 本發(fā)明通過選用這種方式計算，可使得每個指數(shù)運算中index(n)的計算量由4次乘法，2次加法降為2次加法，顯著降低計算量。
步驟2步驟1產(chǎn)生的頻域序列通過頻偏處理，即得到具有相應頻偏的頻域序列Xu，v(k)，其中該序列的第k個元素的值表示為 步驟3將步驟2產(chǎn)生的頻域序列Xu，v(k)補零至標定快速傅里葉變換長度(Nominal FFTSize)NFFT點，其中該序列的第k個元素的值表示為
其中，NFFT為FFT的大??； 步驟4將補零后序列Xu，v′(k)進行

的循環(huán)移位，其中該序列的第k個元素的值表示為 步驟5對循環(huán)移位后的序列Xu，v″(k)進行NFFT點的IFFT變換，得到時域序列x1(n)，其中該序列的第n個元素的值表示為 步驟6對時域序列x1(n)進行K倍過采樣，得到新的時域序列x2(n)，其中該序列的第n個元素的值表示為
步驟7對過采樣后的序列x2(n)，復制序列前端的Norder/2個元素以及后端的Norder/2個元素，分別放在最后端以及最前端，從而產(chǎn)生新的序列x3(n)，其中該序列的第n個元素的值表示為 步驟8將加上前綴后綴后的序列x3(n)送至海明窗濾波器，從而產(chǎn)生序列x4(n)，其中該序列的第n個元素的值表示為 其中，h(m)為階數(shù)等于136，歸一化截止頻率為0.0839的有限長單位響應數(shù)字低通濾波器的系數(shù)； 步驟9將通過濾波器后產(chǎn)生的序列x4(n)進行因子為NFS2的頻率移位，得到序列x5(n)，其中該序列的第n個元素的值表示為 其中，

步驟10將頻率移位后產(chǎn)生的序列x5(n)添加上長度為Ncp的循環(huán)前綴(CP)，即得到隨機接入前導s(n)，其中隨機接入前導的第n個元素的值表示為 圖1為在采用前導格式為0、系統(tǒng)帶寬20M的條件下，采用本發(fā)明方法與采用現(xiàn)有方法生成的隨機接入前導的實部對比的局部放大圖；圖2為采用本發(fā)明方法與采用現(xiàn)有方法生成的隨機接入前導的幅度對比的局部放大圖。圖3為前導格式為4，系統(tǒng)帶寬20M時，采用本發(fā)明方法與現(xiàn)有方法生成的隨機接入前導的幅度對比的局部放大圖。
將本發(fā)明方法生成隨機接入前導序列記為s(n)，現(xiàn)有方法生成的隨機接入前導記為t(n)。序列s(n)、t(n)的共軛轉(zhuǎn)置分別記為s*(n)、t*(n)，定義相關系數(shù)

計算相關系數(shù)得到，本發(fā)明方法與現(xiàn)有方法結(jié)果的相關度為0.9998-0.00001。
結(jié)合圖1，圖2及圖3，以及計算的相關系數(shù)可知，本發(fā)明方法與現(xiàn)有方法的實現(xiàn)結(jié)果是一致的。
復雜度分析對于現(xiàn)有方法，考慮計算開銷最大的模塊，即IDFT操作。對于前導格式0，系統(tǒng)帶寬20M，IDFT點數(shù)為NSEQ＝24576點。對于s(n)，0≤n≤NSEQ-1，每個s(n)的計算需要NZC次復數(shù)乘法，(NZC-1)次復數(shù)加法，整個隨機接入前導的生成共需要次NSEQNZC＝20619264復數(shù)乘法，NSEQ(NZC-1)＝20594688。而對于本發(fā)明采用的算法，與上面現(xiàn)有方法的IDFT對應的模塊為IFFT操作模塊，即2048點IFFT。該IFFT運算需要

次復數(shù)乘法，NFFTlog2NFFT＝20480次復數(shù)加法。
由此可見，本發(fā)明方法在復雜度方面明顯優(yōu)于現(xiàn)有方法，因此更適合于在實際系統(tǒng)中使用。
權(quán)利要求
1.一種長期演進系統(tǒng)中隨機接入前導低復雜度生成方法，包括首先生成Zadoff-Chu序列的頻域序列，然后經(jīng)過頻偏處理，其特征在于，將所得到的頻域序列補零至標定快速傅里葉變換長度NFFT點，經(jīng)過循環(huán)移位，快速傅里葉反變換，對快速傅里葉變換后產(chǎn)生的時域序列進行K倍過采樣，加上前綴后綴，送至海明窗濾波器，經(jīng)過頻率移位，最后加上循環(huán)前綴生成隨機接入前導；
所述將頻域序列補零至標定快速傅里葉變換長度NFFT點的操作為將長度為NZC的頻域序列
從起始位置
開始映射到頻域子載波上，并補零至NFFT點，其中映射后序列的第k個元素的值表示為
所述循環(huán)移位操作為將補零后序列進行
的循環(huán)移位，循環(huán)移位后第k個元素的值表示為
0≤k＜NFFT；
所述快速傅里葉反變換操作為對循環(huán)移位后產(chǎn)生的序列
進行NFFT點的IFFT變換，得到時域序列x1(n)，其中的時域序列的第n個元素的值表示為
0≤n＜NFFT；
所述對IFFT后產(chǎn)生的時域序列進行K倍過采樣操作為對時域序列x1(n)進行K倍過采樣，得到新的時域序列x2(n)，該序列的第n個元素的值表示為
0≤n＜KNFFT；
其中，K＝Δf/ΔfRA，Δf為子載波間隔，ΔfRA隨機接入前導序列的子載波間隔；
所述加上前綴和后綴操作為對過采樣后的序列x2(n)，復制序列前端的Norder/2個元素以及后端的Norder/2個元素，分別放在最后端以及最前端，從而產(chǎn)生新的序列x3(n)，其中該序列的第n個元素的值表示為
其中，Norder為海明窗濾波器階數(shù)；
所述送至海明窗濾波器操作為將加上前綴后綴后的序列x3(n)送至海明窗濾波器，從而產(chǎn)生序列x4(n)，其中該序列的第n個元素的值表示為
其中，h(m)為階數(shù)Norder等于136，歸一化截止頻率為0.0839的有限長單位響應數(shù)字低通濾波器的系數(shù)；
所述頻率移位操作為將通過濾波器后產(chǎn)生的序列x4(n)進行因子為NFS2的頻率移位，得到序列x5(n)，其中該序列的第n個元素的值表示為
其中，
nPRBRA為頻域起始資源塊位置，NscRB為每個資源塊的子載波個數(shù)，NRBUL為上行資源塊大??；
所述加上循環(huán)前綴操作為將頻率移位后產(chǎn)生的序列x5(n)添加上長度為Ncp的循環(huán)前綴，即得到隨機接入前導s(n)，其中隨機接入前導的第n個元素的值表示為
2.如權(quán)利要求1所述長期演進系統(tǒng)中隨機接入前導低復雜度生成方法，特征在于對所述首先生成Zadoff-Chu序列的頻域序列，采用先生成Zadoff-Chu序列，然后將該序列做離散傅里葉變換操作變換到頻域操作。
3.如權(quán)利要求1所述長期演進系統(tǒng)中隨機接入前導低復雜度生成方法，特征在于對所述首先生成Zadoff-Chu序列的頻域序列，采用如下公式生成
0≤k＜NZC
式中第n個指數(shù)索引的值index(n)可采用如下方式得到
初始化index(0)＝0，step(0)＝k+u
遞增計算index(n)＝index(n-1)+step(n-1)
step(n)＝step(n-1)+u。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種長期演進系統(tǒng)中隨機接入前導低復雜度生成方法，其特征是直接生成長度為NZC的頻域序列，經(jīng)過頻偏處理，將該頻域序列補零至標定快速傅里葉變換長度NFFT點，經(jīng)過循環(huán)移位，快速傅里葉反變換，K倍過采樣，加前綴后綴處理，送至濾波器，經(jīng)過頻偏移位，最后加上循環(huán)前綴生成隨機接入前導。相比于現(xiàn)有方法，本發(fā)明方法在復雜度方面大大降低，同時本發(fā)明方法的實現(xiàn)結(jié)果與現(xiàn)有方法是一致的，更適合于在實際系統(tǒng)中使用。
文檔編號H04W74/08GK101820301SQ201010159319
公開日2010年9月1日 申請日期2010年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月27日
發(fā)明者李亮, 陳偉, 朱近康, 邱玲 申請人:安徽創(chuàng)毅通信科技有限公司