CN102724149A - 频偏预补偿方法、随机接入方法、设备及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供频偏预补偿方法、随机接入方法、设备及系统。该频偏预补偿方法包括：获取小区下行额定的中心频点；将下变频的参考频率同步到所述中心频点，并根据同步后的下变频的参考频率对接收到的下行载频信号下变频后进行频偏估计，获取下行频偏信息；根据所述下行频偏信息，对上行基带信号进行频偏预补偿。本发明提供的频偏预补偿方法、随机接入方法、设备及系统用于实现由用户设备侧对上行信号进行频偏预补偿。
Description
技术领域
本发明涉及信息处理技术，尤其涉及一种频偏预补偿方法、随机接入方法、设备及系统，属于通信技术领域。
背景技术
在移动通信系统中，由于终端的移动，会在基站和终端之间产生多普勒频移，特别是在高速场景下，这种频偏尤为明显。
根据现有的LTE协议，基站（eNB）能支持的终端的移动速度在350km/h，在某些载频下最高移动速度可以支持到500km/h，而且在某些特殊场景下（如飞机上），移动速度可达到800~1000km/h。在这些场景下，因终端的高速移动而产生的大频偏极大地降低了上行接入的成功率，并且还对通信系统的容量和覆盖产生影响。
然而，目前的终端都不具备频偏的纠正能力，使得在高速运动的场景下，终端难以成功上行接入。
发明内容
本发明实施例提供一种频偏预补偿方法、随机接入方法、设备及系统，用于实现由终端对上行信号进行频偏预补偿。
根据本发明实施例的一方面，提供一种频偏预补偿方法，包括：
获取小区下行额定的中心频点；
通过频率同步获取下行频偏信息；
根据所述下行频偏信息，对上行基带信号进行频偏预补偿。
根据本发明实施例的另一方面，提供一种用户设备，包括：
第一处理模块，用于获取小区下行额定的中心频点；
第二处理模块，用于通过频率同步获取下行频偏信息；
第三处理模块，用于根据所述下行频偏信息，对上行基带信号进行频偏预补偿。
根据本发明实施例的又一方面，提供一种随机接入方法，包括：
用户设备根据本发明实施例提供的频偏预补偿方法对物理随机接入信道（PRACH）基带信号进行频偏预补偿；
所述用户设备对频偏预补偿后的PRACH基带信号进行上变频并上行发送，以使基站根据接收到的上行信号完成随机接入。
根据本发明实施例的再一方面，还提供另一种用户设备，包括：
第四处理模块，用于根据本发明实施例提供的频偏预补偿方法对PRACH基带信号进行频偏预补偿；
第五处理模块，用于对频偏预补偿后的PRACH基带信号进行上变频并上行发送，以使基站根据接收到的上行信号完成随机接入。
根据本发明实施例的再一方面，提供另一种随机接入方法，包括：
基站接收用户设备发送的上行信号，其中所述上行信号为所述用户设备根据本发明实施例提供的频偏预补偿方法对PRACH基带信号进行频偏预补偿并进行上变频获得的信号；
所述基站根据所述上行信号完成随机接入。
根据本发明实施例的再一方面，还提供一种基站，包括：
第六处理模块，用于接收用户设备发送的上行信号，其中所述上行信号为所述用户设备根据如权利要求1-8任一所述的频偏预补偿方法对PRACH基带信号进行频偏预补偿并进行上变频获得的信号；
第七处理模块，用于根据所述上行信号完成随机接入。
根据本发明实施例的再一方面，还提供一种随机接入系统，包括本发明实施例提供的用户设备，以及本发明实施例提供的基站。
根据本发明实施例提供的频偏预补偿方法、随机接入方法、设备及系统，通过由UE在进行下行同步后，获取小区下行额定的中心频点，将下变频的参考频率同步到所述中心频点，并根据同步后的下变频的参考频率对接收到的下行载频信号下变频后进行频偏估计，获取下行频偏信息，并根据下行频偏信息对上行基带信号进行频偏预补偿，从而实现了在UE侧的频偏预补偿。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为典型的通信系统架构图；
图2为本发明实施例一的频偏预补偿方法的流程示意图；
图3为UE在下行接收过程中进行频偏估计的示意图；
图4为UE在上行发射过程中进行频偏预补偿的第一示意图；
图5为PLL工作原理示意图；
图6为UE在上行发射过程中进行频偏预补偿的第二示意图；
图7为本发明实施例四的用户设备的结构示意图；
图8为本发明实施例五的随机接入方法的流程示意图；
图9为UE采用TA预补偿方式发送接入前导序列的示意图；
图10为本发明实施例六的用户设备的结构示意图；
图11为本发明实施例七的随机接入方法的流程示意图；
图12为eNodeB分二次截取采样窗口的示意图；
图13为本发明实施例八的基站的结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例一
图1为典型的通信系统架构图。如图1所示，该通信系统包括基站（eNodeB）和用户设备（UE）。本发明实施例一的频偏预补偿方法由UE来执行。
本发明频偏预补偿方法包括以下步骤：获取小区下行额定的中心频点；通过频率同步获取下行频偏信息；根据所述下行频偏信息，对上行基带信号进行频偏补偿。本发明的执行频偏预补偿的用户设备，包括第一处理模块，用于获取小区下行额定的中心频点；第二处理模块，用于通过频率同步获取下行频偏信息；第三处理模块，用于根据所述下行频偏信息，对上行基带信号进行频偏预补偿。以下实施例将具体说明本发明方法，其宗旨都不离开上述核心思想。
图2为本发明实施例一的频偏预补偿方法的流程示意图。如图2所示，该频偏预补偿方法包括以下步骤：
步骤S201，获取小区下行额定的中心频点；
步骤S202，将下变频的参考频率同步到所述中心频点，并根据同步后的下变频的参考频率对接收到的下行载频信号下变频后进行频偏估计，获取下行频偏信息；
步骤S203，根据所述下行频偏信息，对上行基带信号进行频偏预补偿。
具体地，UE开机之后，首先通过同步信道（Synchronization Channel，SCH）进行下行同步，找到无线帧、子帧的接收起点以及小区标识（CellID），然后检测广播信道（Broadcast Channel，BCH），并接收eNodeB下发的下行载频信号。因此，可通过获取小区下行额定的中心频点，将下变频的参考频率同步到所述中心频点，并根据同步后的下变频的参考频率对接收到的下行载频信号下变频后进行频偏估计，以获取下行频偏信息。其中，例如采用现有技术的任意频偏估计算法对下变频后获得的基带信号进行频偏估计，此处不作限定。
UE获取下行频偏信息后，由于下行中心频点和上行中心频点相同或存在固定偏差，因此可根据下行频偏信息确定上行频偏信息，从而对上行基带信号进行频偏预补偿。
根据本实施例的频偏预补偿方法，通过由UE在进行下行同步后，获取小区下行额定的中心频点，将下变频的参考频率同步到所述中心频点，并根据同步后的下变频的参考频率对接收到的下行载频信号下变频后进行频偏估计，获取下行频偏信息，并根据下行频偏信息对上行基带信号进行频偏预补偿，从而实现了在UE侧的频偏预补偿。
实施例二
在实施例一的基础上，所述获取小区下行额定的中心频点具体包括：从小区广播消息中解析获取所述小区下行额定的中心频点；或者获取预先设定的小区下行额定的中心频点。
其中，从小区广播消息中解析获取所述小区下行额定的中心频点具体包括：根据公式fc＝f(F_index)+fi*F_step确定所述小区下行额定的中心频点，其中，fc为所述小区下行额定的中心频点，F_index为小区广播消息中所指示的频段编号，f(F_index)是F_index所指示频段编号对应的频段的起始物理频点；fi是F_index所指示频段编号对应的频段内的子频段编号，F_step是F_index所指示频段编号对应的频段内的子频段的间隔。
获取小区下行额定的中心频点后，令输出的下变频的参考频率同步到中心频点。具体的若UE采用本地高精度晶振（例如采用误差范围+-0.01ppm的晶振）提供高精准基准频率源，即自身内部基准频率很精确，则直接可令输出的下变频的参考频率同步到中心频点，若UE自身内部基准频率精度无法保证，则可利用外部基准频率源作为参考，例如这个外部的基准频率通过全球定位系统（Global Positioning System，GPS）进行校准，令输出的下变频的参考频率同步到中心频点。
接着对接收到的下行载频信号进行下变频以获取基带信号，并根据同步后的下变频的参考频率对所获取的基带信号进行频偏估计，获取下行频偏信息。优先地，UE根据同步后的下变频的参考频率对不同时刻接收到的下行载频信号下变频后进行频偏估计，获取并更新下行频偏信息。
广播消息中例如采用以下方式携带小区下行额定的中心频点相关信息：
1)从广播信道的“SystemInformationBlockType1”域和“SystemInformationBlockType2”域分别提取“freqBandIndicator”字段和“ul-CarrierFreq”字段的数值，并根据所提取的数值查找3GPP协议中对应的中心频点，具体的在TDD模式下，小区下行额定的中心频点即为“ul-CarrierFreq”字段对应的频点，在FDD模式下，需要根据“freqBandIndicator”字段查找LTE 36101协议的表5.7.4-1，即表“TX-RXcarrier centre frequency separation”，和“ul-CarrierFreq”字段计算出下行中心频点。
2)先根据“SystemInformationBlockType1”域的“freqBandIndicator”字段获取频点在哪个频带（band），接着利用MasterInformationBlock信息中预留的10bits信息确定下行的频点。我们知道现有协议中规定的每个band的带宽在200MHz之内，若用MasterInformationBlock信息中的10bits来表示200MHz范围，步长选为200KHz即可覆盖这个范围。
更为具体地，图3为UE在下行接收过程中进行频偏估计的示意图。如图3所示，UE通过检测下行广播，获取小区下行额定的中心频点，根据小区下行额定的中心频点选择一个精确的基准频率fout，该基准频率fout例如为UE自身内部基准频率或者由GPS的时钟产生。UE中预置有一个锁相环（PhaseLocked Loop，PLL），利用PLL对基准频率fout进行锁定，以获取eNodeB发射的下行信号的标准中心频点，即小区下行额定的中心频点fc。UE获取下行信号的实际中心频点为fDL，若设定信道的多普勒频移为fDOP，则fDL=fc+fDOP。UE根据中心频点fc对获取的下行信号进行下变频处理，获得基带信号，利用基带信号进行频偏估计，则可获得下行频偏△f＝fc-fDL，理论上存在△f=fDOP。
UE在上行发送过程中，假设系统工作在TDD模式下（即上下行发射标准中心频点相同），针对上述获得的下行频偏△f对上行发送的信号进行频偏补偿。图4为UE在上行发射过程中进行频偏预补偿的第一示意图。如图4所示，UE利用下行频偏△f对默认基带信号进行频偏预补偿，并对频偏预补偿后的基带信号和中心频点fc进行上变频，获得上变频的参考频率为fUL=fc+△f的上行发送信号，该上行发送信号例如为接入前导序列或任意其他上行信号。
若系统工作在FDD模式下（即上下行发射标准中心频点不同），则上行预补偿频偏值Δf_UL应为Δf×K，其中系数K=上行基带信号上变频的参考频率/小区下行额定的中心频点。为了简化讨论，以下以TDD模式为例说明。
对PLL的工作原理具体说明如下。图5为PLL工作原理示意图。如图5所示，PLL将基准频率fout作为参考时钟，利用鉴相器、低通滤波器（LPF）和压控振荡器（VCO）对基准频率fout进行处理，获得下变频的参考频率fRF，并利用分频器对fRF进行分频处理，并反馈至鉴相器。设定fout=fc/N，其中N为分频器的倍数，则最后产生的下变频的参考频率频率为fRF=fc。
实施例三
在上述实施例的基础上，根据所述下行频偏信息，对上行基带信号进行频偏预补偿具体包括：
根据所述下行频偏信息，获取上行基带信号的预补偿频偏值，并根据所述预补偿频偏值对所述上行基带信号进行频偏预补偿；
根据所述小区下行额定的中心频点，设置频偏预补偿后的上行基带信号上变频的参考频率，并根据所述上变频的参考频率对所述频偏预补偿后的上行基带信号进行上变频并发送。
其中，根据所述下行频偏信息，获取上行基带信号的预补偿频偏值具体包括：
若小区为TDD系统，则确定所述预补偿频偏值为下行频偏信息；
若小区为FDD系统，则确定所述预补偿频偏值为Δf×K，其中Δf为所述下行频偏信息，K为上行基带信号上变频的参考频率与所述小区下行额定的中心频点的商；
相应地，所述根据所述预补偿频偏值对所述上行基带信号进行频偏预补偿具体包括：
根据所述预补偿频偏值对所述上行基带信号进行单次频偏预补偿；或者
将所述预补偿频偏值分为上行基带信号子载波整数倍的频偏和小数倍的频偏，并分别根据所述整数倍的频偏和所述小数倍的频偏，对所述上行基带信号进行频偏预补偿。
进一步地，所述根据所述小区下行额定的中心频点，设置频偏预补偿后的上行基带信号上变频的参考频率具体包括：
若所在小区为时分双工TDD系统，则将所述上变频的参考频率设置为所述小区下行额定的中心频点；
若小区为频分双工FDD 系统，则根据小区广播消息“SystemInformationBlockType1”域中的“freqBandIndicator”字段值查表获取偏移值，并将所述上变频的参考频率设置为所述小区下行额定的中心频点与所述偏移值之差。
图6为UE在上行发射过程中进行频偏预补偿的第二示意图。如图6所示，例如，所获得的预补偿频偏值Δf_UL=(k+θf)·fcarrier，其中，k为整数，θf为小数，fcarrier为子载波间隔。则在利用频偏△f对发送信号进行频偏补偿时，整数倍频偏采用子载波频移的方式，小数倍频偏在基带信号发送时处理。如图6中所示，在离散傅里叶逆变换（IFFT）之前对于发送信号进行整数倍频偏补偿，即子载波平移k个单位，在IFFT之后加CP之前对于发送信号进行小数倍频偏补偿，即在对基带信号上行发送之前乘以一个相位偏移量
其中ak为第k个频域子载波，fk为第k个频域子载波对应的频率，n为第n个子载波标号，N为IFFT的点数。
针对频偏补偿的误差范围以TDD系统为例作出分析。表1为TDD系统频率误差分析，其中，：
在表一中dfBS为eNodeB侧的频率误差，dfUE为UE侧的频率误差，根据LTE实测参考数据，这2项数值分别为±0.05ppm和±0.1ppm以内，若中心频点为2GHz，则基站侧接收到的上行信号总的频偏误差范围为：[-600Hz,600Hz]，而在现有LTE系统中子载波间隔为1.25KHz，频偏误差小于1/2子载波间隔。
表1
| 小区下行额定的中心频点 | fc+dfBS |
| 信道产生多普勒频偏 | fDOP |
| UE收到下行载频信号的中心频点 | fc+dfBS+fDOP |
| 下变频的参考频率 | fc+dfUE |
| UE估计的下行频偏 | Δf＝dfUE-dfBS-fDOP |
| 预补偿频偏值 | Δf |
| 上变频的参考频率 | fc+dfUE+Δf |
| 基站收到上行信号的中心频点 | fc+dfUE+Δf+fDOP |
| 基站基带信号的频偏 | dfUE+Δf+fDOP-dfBS=2dfUE-2dfBS |
实施例四
图7为本发明实施例四的用户设备的结构示意图。如图7所示，用户设备包括：
第一处理模块71，用于获取小区下行额定的中心频点；
第二处理模块72，用于将下变频的参考频率同步到所述中心频点，并根据同步后的下变频的参考频率对接收到的下行载频信号下变频后进行频偏估计，获取下行频偏信息；
第三处理模块73，用于根据所述下行频偏信息，对上行基带信号进行频偏预补偿。
本实施例的用户设备用于执行上述实施例的频偏预补偿方法，其具体流程与前述实施例相同，此处不再赘述。
根据本实施例的用户设备，在进行下行同步后，获取小区下行额定的中心频点，将下变频的参考频率同步到所述中心频点，并根据同步后的下变频的参考频率对接收到的下行载频信号下变频后进行频偏估计，获取下行频偏信息，并根据下行频偏信息对上行基带信号进行频偏预补偿，从而实现了在UE侧的频偏预补偿。
进一步地，所述第一处理模块还用于从小区广播消息中解析获取所述小区下行额定的中心频点，或者获取预先设定的小区下行额定的中心频点。
进一步地，所述第一处理模块还用于根据公式fc＝f(F_index)+fi*F_step确定所述小区下行额定的中心频点，其中，fc为所述小区下行额定的中心频点，F_index为小区广播消息中所指示的频段编号，f(F_index)为F_index所指示频段编号对应的频段的起始物理频点；fi为F_index所指示频段编号对应的频段内的子频段编号，F_step为F_index所指示频段编号对应的频段内的子频段的间隔。
进一步地，所述第二处理模块还用于利用外部晶振或本地晶振提供基准频率源，并根据所述基准频率源，通过锁相环将所述下变频的参考频率同步到所述中心频点。
进一步地，所述第二处理模块还用于根据同步后的下变频的参考频率对不同时刻接收到的下行载频信号下变频后进行频偏估计，获取并更新所述下行频偏信息。
进一步地，所述第三处理模块还用于根据所述下行频偏信息，获取上行基带信号的预补偿频偏值，并根据所述预补偿频偏值对所述上行基带信号进行频偏预补偿；根据所述小区下行额定的中心频点，设置频偏预补偿后的上行基带信号上变频的参考频率，并根据所述上变频的参考频率对所述频偏预补偿后的上行基带信号进行上变频并发送。
进一步地，所述第三处理模块还用于若所在小区为时分双工TDD系统，则将所述上变频的参考频率设置为所述小区下行额定的中心频点；若小区为频分双工FDD系统，则根据小区广播消息“SystemInformationBlockType1”域中的“freqBandIndicator”字段值查表获取偏移值，并将所述上变频的参考频率设置为所述小区下行额定的中心频点与所述偏移值之差。
进一步地，所述第三处理模块还用于若小区为TDD系统，则确定所述预补偿频偏值为下行频偏信息；若小区为FDD系统，则确定所述预补偿频偏值为Δf×K，其中Δf为所述下行频偏信息，K为上行基带信号上变频的参考频率与所述小区下行额定的中心频点的商；根据所述预补偿频偏值对所述上行基带信号进行单次频偏预补偿；或者将所述预补偿频偏值分为上行基带信号子载波整数倍的频偏和小数倍的频偏，并分别根据所述整数倍的频偏和所述小数倍的频偏，对所述上行基带信号进行频偏预补偿。
实施例五
本发明实施例五的随机接入方法由UE执行。
图8为本发明实施例五的随机接入方法的流程示意图。如图8所示，该随机接入方法包括以下步骤：
步骤S801，UE根据频偏预补偿方法对PRACH基带信号进行频偏预补偿；其中，该频偏预补偿方法例如为上述任一实施例的频偏预补偿方法；
步骤S802，UE对频偏预补偿后的PRACH基带信号进行上变频并上行发送，以使基站根据接收到的上行信号完成随机接入。
在实际应用中，UE首先从预置的接入前导资源中选取一个接入前导序列，并根据该接入前导序列生成默认的PRACH基带信号S(t)（即未考虑频偏的PRACH基带信号），并在该默认的PRACH基带信号S(t)基础上，根据计算出预补偿频偏值Δf_UL进行频偏预补偿，获得上行发送的PRACH基带信号S(t)′。其中S(t)'=S(t)×ej·2π·Δf_UL·t。其中，UE可采取任意的生成PRACH基带信号的方法，来获取默认的PRACH基带信号S(t)。
根据上述实施例的随机接入方法，在UE侧完成了频偏预补偿，因此eNodeB在根据UE发送的经频偏预补偿的接入前导序列进行随机接入时，无需考虑因UE移动等因素产生的频偏而带来的频偏时延二义性，避免由eNodeB执行频偏补偿而对eNodeB进行的大幅改造。
进一步地，上述实施例的随机接入方法中，所述UE上行发送接入前导序列（即对频偏预补偿后的PRACH基带信号进行上变频获得的上行信号）具体包括：
UE根据上行同步定时与下行同步定时的第一定时提前量发送所述接入前导序列；
若在第一预设等待时长内未接收到所述eNodeB返回的随机接入响应（RAR），则所述UE根据上行同步定时与下行同步定时的第二定时提前量发送所述接入前导序列。
更进一步地，所述第一定时提前量为0，所述第二定时提前量为667微秒。
图9为UE采用定时提前量（Timing Advance，TA）预补偿方式发送接入前导序列的示意图，其中图9中的（a）为UE在TA=0时，发送接入前导序列序列的示意图，图9中的（b）为UE在TA=offset时，发送接入前导序列的示意图，其中offset例如为667微秒。该接入前导序列为PRACH序列，如图9中（a）和（b）所示，PRACH序列包括循环前缀（Cycle Prefix，CP）和序列部分（Sequence，SEQ），其中CP是取SEQ的后半部分得到的。
如图9中（a）所示，当UE按照TA=0初次发送PRACH序列时，若UE距离小区的距离为0-100km，eNodeB能够成功检测到UE发送的PRACH序列，并向UE返回相应的RAR；若UE距离小区的距离为100-200km，eNodeB不能成功检测到UE发送的PRACH序列，不会向UE返回相应的RAR。因此，当UE在按照TA=0初次发送PRACH序列后的第一预设等待时长内，未接收到eNodeB返回的RAR，则按照TA=offset再次发送PRACH序列。其中，第一预设等待时长可根据3GPP协议进行设定。
如图9中（b）所示，当UE按照TA=offset发送PRACH序列时，若UE距离小区的距离为0-100km，eNodeB不能成功检测到UE发送的PRACH序列；若UE距离小区的距离为100-200km，则eNodeB能够成功检测到UE发送的PRACH序列，并向UE返回相应的RAR。可见，当UE距离小区的距离为100-200km时，通过采用TA预补偿的方式发送PRACH序列，即可成功获取RAR，从而完成随机接入。
当UE采用TA预补偿的方式发送接入前导序列时，在UE高速移动的场景下，不仅克服了频偏时延二义性，还克服了大小时延二义性，进一步提高了UE高速移动场景下的随机接入成功率。并且，由UE实现TA预补偿，不需要增加TA宽度，仅需在UE中预置TA=offset，且令UE的芯片定时逻辑支持大于1334微秒的定时提前即可。
进一步地，上述实施例的随机接入方法中，所述UE向所述eNodeB发送所述接入前导序列之后，还包括：
若在第二预设等待时长内未接收到所述eNodeB返回的随机接入响应，则提高发射功率，并重新向所述eNodeB发送所述接入前导序列。
其中，第二预设等待时长和提高的发射功率的具体数值均可根据3GPP协议进行设定。重新向eNodeB发送接入前导序列例如包括重新按TA=0以及按TA=offset发送接入前导序列。
实施例六
图10为本发明实施例六的用户设备的结构示意图。如图10所示，该用户设备包括：
第四处理模块101，用于根据实施例一至三中任一频偏预补偿方法对PRACH基带信号进行频偏预补偿；
第五处理模块102，用于对频偏预补偿后的PRACH基带信号进行上变频并上行发送，以使基站根据接收到的上行信号完成随机接入。
本实施例的用户设备用于执行上述实施例五的随机接入方法，其具体流程与实施例五相同，故此处不再赘述。
根据本实施例的用户设备，完成了频偏预补偿，因此eNodeB在根据UE发送的经频偏预补偿的接入前导序列进行随机接入时，无需考虑因UE移动等因素产生的频偏而带来的频偏时延二义性，避免由eNodeB执行频偏补偿而对eNodeB进行的大幅改造。
实施例七
本发明实施例七的随机接入方法由eNodeB执行。
图11为本发明实施例七的随机接入方法的流程示意图。如图11所示，该随机接入方法包括以下步骤：
步骤S1101，基站接收用户设备发送的频偏预补偿后的上行信号，其中所述上行信号为所述用户设备根据如实施例一至三作一所述的频偏预补偿方法对PRACH基带信号进行频偏预补偿并进行上变频获得的信号；
步骤S1102，所述基站根据所述上行信号完成随机接入。
具体地，eNodeB可通过利用预置的采样窗口对UE发送的PRACH序列进行截取，以获取PRACH序列的SEQ部分携带的接入前导。eNodeB通过将该接入前导与本地可用的接入前导资源进行相关，获取完成随机接入所需的相关参数，从而完成随机接入。
根据上述实施例的随机接入方法，由于在UE侧完成了频偏预补偿，因此eNodeB在根据UE发送的经频偏预补偿的接入前导序列进行随机接入时，无需考虑因UE移动等因素产生的频偏而带来的频偏时延二义性，即可实现在UE高速移动场景下的可靠随机接入。
进一步地，基站接收用户设备发送的频偏预补偿后的上行信号具体包括：
根据第一采样窗口从所述接入前导序列中获取第一采样序列，根据第二采样窗口从PRACH序列中获取第二采样序列；
相应地，根据PRACH序列完成随机接入具体包括：
根据所述第一采样序列和所述第二采样序列完成随机接入。
图12为eNodeB分二次截取采样窗口的示意图。如图12所示，eNodeB中例如预置有第一采样窗口和第二采样窗口，其中第二采样窗口与第一采样窗口之间的时间间隔例如为667us（对应于100km的距离），并且PRACH序列中循环前缀时长TCP=685us，序列部分时长TSEQ=800us。对于位于小区中心处的UE，第一采样窗口可截取到PRACH序列的全部SEQ部分，成功获取PRACH序列中携带的接入前导，从而完成随机接入。由于CP是取SEQ的后半部分得到的，所以只要满足因UE与小区中心的距离导致的时延小于等于TCP的条件，eNodeB仍可利用第一采样窗口获取PRACH序列中携带的接入前导，例如对于距离小区中心处100km以内的UE，由于UE与小区中心的距离为100km时导致的时延为667us，满足667us小于TCP，此时可利用第一采样窗口获取PRACH序列中携带的接入前导。
当因UE与小区中心的距离导致的时延大于TCP时，eNodeB利用第一采样窗口进行采样时无法获取PRACH序列中携带的完整接入前导，将导致无法进行随机接入，此时，则需eNodeB利用第二采样窗口进行采样。如图6所示，对于距离小区中心处200km的UE，利用第一采样窗口截取的第一采样序列不包括完整的接入前导，利用第二采样窗口截取的第二采样序列包括完整的接入前导。eNodeB获取第一采样序列和第二采样序列后，通过分别将第一采样序列和第二采样序列与本地可用的接入前导资源进行相关，获取第一功率时延谱和第二功率时延谱。例如第一功率时延谱的峰值为第一峰值，第二功率时延谱的峰值为第二峰值，第一峰值可表示第一采样序列与本地可用的接入前导资源的最高相关度，第二峰值可表示第二采样序列与本地可用的接入前导资源的最高相关度。当采样序列中包括完整的接入前导时，可从本地可用的接入前导资源中找到完全匹配的接入前导，此时对应的PDP谱的数值为最高值，因此通过比较第一峰值与第二峰值的大小，则可确定第一采样序列和第二采样序列中的哪个序列包括了完整的接入前导，从而确定UE与小区中心的距离以及回环时延（Round Trip Delay，RTD），并完成UE的随机接入。
因此，当eNodeB以滑窗的方式，分两次截取采样窗口时，若按照上述参数设置第一采样窗口和第二采样窗口，即可实现对距离小区中心200km以内的UE的成功随机接入。
基于上述说明，本领域技术人员能够获知，通过调节第一采样窗口与第二采样窗口之间的时延，和/或增设多个采样窗口，即可对距离小区中心200km以外的UE的成功随机接入。
参照表1中的误差分析，若中心频点为2GHz，则基站侧接收到的上行信号总的频偏误差范围为：[-600Hz,600Hz]，而在现有LTE系统中子载波间隔为1.25KHz，频偏误差小于1/2子载波间隔。故eNodeB在根据接收到的接入前导序列与自身序列进行相关获得的PDP谱中，在一倍频偏位置处的镜像峰值要大于RTD处的峰值，因此，通过选取PDP谱中的最大峰值作为RTD值即可屏蔽上述频偏误差。
实施例八
图13为本发明实施例八的基站的结构示意图。如图13所示，该基站包括：
第六处理模块131，用于接收用户设备发送的上行信号，其中所述上行信号为所述用户设备根据如实施例一至三中任一所述的频偏预补偿方法对PRACH基带信号进行频偏预补偿并进行上变频获得的信号；
第七处理模块132，用于根据所述上行信号完成随机接入。
本实施例的基站用于执行上述实施例七的随机接入方法，其具体流程与实施例七相同，故此处不再赘述。
根据本实施例的基站，由于在UE侧完成了频偏预补偿，因此eNodeB在根据UE发送的经频偏预补偿的接入前导序列进行随机接入时，无需考虑因UE移动等因素产生的频偏而带来的频偏时延二义性，即可实现在UE高速移动场景下的可靠随机接入。
进一步地，第七处理模块还用于根据预设的采样窗口从所述上行信号中获取采样序列，将所述采样序列与本地序列进行相关，获取功率时延谱；将所述功率时延谱中的最大峰值作为回环时延，并根据所述回环时延完成随机接入。实施例九
本发明实施例九提供一种随机接入系统，该随机接入系统包括上述实施例六的UE，以及上述实施例八的基站。
根据本实施例的随机接入系统，由于在UE侧完成了频偏预补偿，因此eNodeB在根据UE发送的经频偏预补偿的接入前导序列进行随机接入时，无需考虑因UE移动等因素产生的频偏而带来的频偏时延二义性，即可实现在UE高速移动场景下的可靠随机接入。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (25)
1.一种频偏预补偿方法，其特征在于，包括：
获取小区下行额定的中心频点；
通过频率同步获取下行频偏信息；
根据所述下行频偏信息，对上行基带信号进行频偏补偿。
2.根据权利要求1所述的频偏预补偿方法，其特征在于，所述通过频率同步获取下行频偏信息，包括：
将下变频的参考频率同步到所述中心频点，并根据同步后的下变频的参考频率对接收到的下行载频信号下变频后进行频偏估计，获取所述下行频偏信息。
3.根据权利要求2所述的频偏预补偿方法，其特征在于，所述获取小区下行额定的中心频点具体包括：
从小区广播消息中解析获取所述小区下行额定的中心频点；或者
获取预先设定的小区下行额定的中心频点。
4.根据权利要求3所述的频偏预补偿方法，其特征在于，所述从小区广播消息中解析获取所述小区下行额定的中心频点具体包括：根据公式fc=f(F_index)+fi*F_step确定所述小区下行额定的中心频点，其中，fc为所述小区下行额定的中心频点，F_index为小区广播消息中所指示的频段编号，f(F_index)是F_index所指示频段编号对应的频段的起始物理频点；fi是F_index所指示频段编号对应的频段内的子频段编号，F_step是F_index所指示频段编号对应的频段内的子频段的间隔。
5.根据权利要求2所述的频偏预补偿方法，其特征在于，所述将下变频的参考频率同步到所述中心频点具体包括：
利用外部晶振或本地晶振提供基准频率源，并根据所述基准频率源，通过锁相环将所述下变频的参考频率同步到所述中心频点。
6.根据权利要求2所述的频偏预补偿方法，其特征在于，所述根据同步后的下变频的参考频率对接收到的下行载频信号下变频后进行频偏估计，获取所述下行频偏信息具体包括：根据同步后的下变频的参考频率对不同时刻接收到的下行载频信号下变频后进行频偏估计，获取并更新所述下行频偏信息。
7.根据权利要求2所述的频偏预补偿方法，其特征在于，所述根据所述下行频偏信息，对上行基带信号进行频偏预补偿具体包括：
根据所述下行频偏信息，获取上行基带信号的预补偿频偏值，并根据所述预补偿频偏值对所述上行基带信号进行频偏预补偿；
根据所述小区下行额定的中心频点，设置频偏预补偿后的上行基带信号上变频的参考频率，并根据所述上变频的参考频率对所述频偏预补偿后的上行基带信号进行上变频并发送。
8.根据权利要求7所述的频偏预补偿方法，其特征在于，所述根据所述小区下行额定的中心频点，设置频偏预补偿后的上行基带信号上变频的参考频率具体包括：
若所在小区为时分双工TDD系统，则将所述上变频的参考频率设置为所述小区下行额定的中心频点；
若小区为频分双工FDD系统，则根据小区广播消息“SystemInformationBlockType1”域中的“freqBandIndicator”字段值查表获取偏移值，并将所述上变频的参考频率设置为所述小区下行额定的中心频点与所述偏移值之差。
9.根据权利要求7所述的频偏预补偿方法，其特征在于，所述根据所述下行频偏信息，获取上行基带信号的预补偿频偏值具体包括：
若小区为TDD系统，则确定所述预补偿频偏值为下行频偏信息；
若小区为FDD系统，则确定所述预补偿频偏值为Δf×K，其中Δf为所述下行频偏信息，K为上行基带信号上变频的参考频率与所述小区下行额定的中心频点的商；
相应地，所述根据所述预补偿频偏值对所述上行基带信号进行频偏预补偿具体包括：
根据所述预补偿频偏值对所述上行基带信号进行单次频偏预补偿；或者
将所述预补偿频偏值分为上行基带信号子载波整数倍的频偏和小数倍的频偏，并分别根据所述整数倍的频偏和所述小数倍的频偏，对所述上行基带信号进行频偏预补偿。
10.一种用户设备，其特征在于，包括：
第一处理模块，用于获取小区下行额定的中心频点；
第二处理模块，用于通过频率同步获取下行频偏信息；
第三处理模块，用于根据所述下行频偏信息，对上行基带信号进行频偏预补偿。
11.根据权利要求10所述的用户设备，其特征在于，所述第二处理模块具体用于将下变频的参考频率同步到所述中心频点，并根据同步后的下变频的参考频率对接收到的下行载频信号下变频后进行频偏估计，获取所述下行频偏信息。
12.根据权利要求11所述的用户设备，其特征在于，所述第一处理模块还用于从小区广播消息中解析获取所述小区下行额定的中心频点，或者获取预先设定的小区下行额定的中心频点。
13.根据权利要求12所述的用户设备，其特征在于，所述第一处理模块还用于根据公式fc=f(F_index)+fi*F_step确定所述小区下行额定的中心频点，其中，fc为所述小区下行额定的中心频点，F_index为小区广播消息中所指示的频段编号，f(F_index)为F_index所指示频段编号对应的频段的起始物理频点；fi为F_index所指示频段编号对应的频段内的子频段编号，F_step为F_index所指示频段编号对应的频段内的子频段的间隔。
14.根据权利要求11所述的用户设备，其特征在于，所述第二处理模块还用于利用外部晶振或本地晶振提供基准频率源，并根据所述基准频率源，通过锁相环将所述下变频的参考频率同步到所述中心频点。
15.根据权利要求11所述的用户设备，其特征在于，所述第二处理模块还用于根据同步后的下变频的参考频率对不同时刻接收到的下行载频信号下变频后进行频偏估计，获取并更新所述下行频偏信息。
16.根据权利要求11所述的用户设备，其特征在于，所述第三处理模块还用于根据所述下行频偏信息，获取上行基带信号的预补偿频偏值，并根据所述预补偿频偏值对所述上行基带信号进行频偏预补偿；根据所述小区下行额定的中心频点，设置频偏预补偿后的上行基带信号上变频的参考频率，并根据所述上变频的参考频率对所述频偏预补偿后的上行基带信号进行上变频并发送。
17.根据权利要求16所述的用户设备，其特征在于，所述第三处理模块还用于若所在小区为时分双工TDD系统，则将所述上变频的参考频率设置为所述小区下行额定的中心频点；若小区为频分双工FDD系统，则根据小区广播消息“SystemInformationBlockType1”域中的“freqBandIndicator”字段值查表获取偏移值，并将所述上变频的参考频率设置为所述小区下行额定的中心频点与所述偏移值之差。
18.根据权利要求16所述的用户设备，其特征在于，所述第三处理模块还用于若小区为TDD系统，则确定所述预补偿频偏值为下行频偏信息；若小区为FDD系统，则确定所述预补偿频偏值为Δf×K，其中Δf为所述下行频偏信息，K为上行基带信号上变频的参考频率与所述小区下行额定的中心频点的商；根据所述预补偿频偏值对所述上行基带信号进行单次频偏预补偿；或者将所述预补偿频偏值分为上行基带信号子载波整数倍的频偏和小数倍的频偏，并分别根据所述整数倍的频偏和所述小数倍的频偏，对所述上行基带信号进行频偏预补偿。
19.一种随机接入方法，其特征在于，包括：
用户设备根据如权利要求1-9任一所述的频偏预补偿方法对物理随机接入信道PRACH基带信号进行频偏预补偿；
所述用户设备对频偏预补偿后的PRACH基带信号进行上变频并上行发送，以使基站根据接收到的上行信号完成随机接入。
20.一种用户设备，其特征在于，包括：
第四处理模块，用于根据如权利要求1-9任一所述的频偏预补偿方法对PRACH基带信号进行频偏预补偿；
第五处理模块，用于对频偏预补偿后的PRACH基带信号进行上变频并上行发送，以使基站根据接收到的上行信号完成随机接入。
21.一种随机接入方法，其特征在于，包括：
基站接收用户设备发送的上行信号，其中所述上行信号为所述用户设备根据如权利要求1-9任一所述的频偏预补偿方法对PRACH基带信号进行频偏预补偿并进行上变频获得的信号；
所述基站根据所述上行信号完成随机接入。
22.根据权利要求21所述的随机接入方法，其特征在于，所述基站根据所述上行信号完成随机接入具体包括：
所述基站根据预设的采样窗口从所述上行信号中获取采样序列，将所述采样序列与本地序列进行相关，获取功率时延谱；
将所述功率时延谱中的最大峰值作为回环时延，并根据所述回环时延完成随机接入。
23.一种基站，其特征在于，包括：
第六处理模块，用于接收用户设备发送的上行信号，其中所述上行信号为所述用户设备根据如权利要求1-8任一所述的频偏预补偿方法对PRACH基带信号进行频偏预补偿并进行上变频获得的信号；
第七处理模块，用于根据所述上行信号完成随机接入。
24.根据权利要求23所述的基站，其特征在于，所述第七处理模块还用于根据预设的采样窗口从所述上行信号中获取采样序列，将所述采样序列与本地序列进行相关，获取功率时延谱；将所述功率时延谱中的最大峰值作为回环时延，并根据所述回环时延完成随机接入。
25.一种随机接入系统，其特征在于，包括如权利要求20所述的用户设备，以及如权利要求23或24所述的基站。
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