PRACH的峰值检测方法、基站、通信系统及介质

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种PRACH的峰值检测方法、基站、通信系统及介质。

背景技术

随着移动通信技术的发展，现有的许多应用对无线连接、上行同步要求较高，包括智能家居、远程医疗等各类任务。作为建立无线连接的关键步骤，物理随机接入信道(Physical Random Access Channel，PRACH)备受关注。针对随机接入信道中的接入前导峰值检测算法一直是无线通信中的热点问题。对峰值检测算法的研究主要包括检测门限的设置以及提高不同场景下检测算法的有效性。

在PRACH峰值检测中，传统的随机接入峰值检测算法通常采用阈值判断方法，然而，当在相关峰能量泄露的情况下，会影响其他能量小的正常信号，仅采用常规阈值判断的方法，会造成误判，产生“虚警”和“漏检”，如，当多个终端设备在同一时隙上发起接入时，多个终端设备会使用同一个或相邻物理根序列生成的随机接入前导序列，此时在时域上每个ZC(Zadoff-chu)序列自相关的峰值会泄露到其他序列上去，考虑到终端设备功率不一致，收端的峰值能量存在差距，部分终端设备的峰值泄露会导致噪声门限抬高，采用常规噪声估计方法会使处在噪声门限附近的峰值信号会出现“虚警”或“漏检”现象，最终影响终端设备接入的成功率。

发明内容

本发明实施例的主要目的在于提供一种PRACH的峰值检测方法、基站、通信系统及介质，旨在提升终端通过物理随机接入信道接入基站的成功率。

第一方面，本发明实施例提供一种PRACH的峰值检测方法，应用于基站，所述方法包括：

获取接收到PRACH信号，并根据所述PRACH信号生成频域功率谱；

获取所述基站的网管配置数据，并根据所述网管配置数据和所述频域功率谱设置第一噪声门限，及根据所述第一噪声门限和所述网管配置数据设置第二噪声门限；

从所述频域功率谱中筛选出小于或等于所述第二噪声门限的第二功率序列，并根据所述第二功率序列计算第二临时噪声；

从所述频域功率谱中筛选出大于所述第二噪声门限的第二频域功率谱，并获取所述第二频域功率谱和所述第二临时噪声之间的差值；

判断所述差值是否满足预设的噪声置信门限，并将所述频域功率谱中不满足所述噪声置信门限的功率值作为第三功率序列，及根据所述第三功率序列和所述第二功率序列计算平均噪声功率；

根据所述平均噪声功率和所述虚警门限信息设置目标峰值检测门限，并根据所述目标峰值检测门限对所述频域功率谱进行峰值检测。

第二方面，本发明实施例还提供一种基站，所述基站包括处理器、存储器、存储在所述存储器上并可被所述处理器执行的计算机程序以及用于实现所述处理器和所述存储器之间的连接通信的数据总线，其中所述计算机程序被所述处理器执行时，实现本发明任一实施方式所述的PRACH的峰值检测方法。

第三方面，本发明实施例还提供一种无线通信系统，所述无线通信系统至少包括如前述的基站。

第四方面，本发明实施例还提供一种存储介质，用于计算机可读存储，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如本发明说明书任一实施方式提供的任一项PRACH的峰值检测方法的步骤。

本发明实施例提供一种PRACH的峰值检测方法、基站、通信系统及介质，其中，该方法包括：获取接收到PRACH信号，并根据所述PRACH信号生成频域功率谱；获取所述基站的网管配置数据，并根据所述网管配置数据和所述频域功率谱设置第一噪声门限，及根据所述第一噪声门限和所述网管配置数据设置第二噪声门限；从所述频域功率谱中筛选出小于或等于所述第二噪声门限的第二功率序列，并根据所述第二功率序列计算第二临时噪声；从所述频域功率谱中筛选出大于所述第二噪声门限的第二频域功率谱，并获取所述第二频域功率谱和所述第二临时噪声之间的差值；判断所述差值是否满足预设的噪声置信门限，并将所述频域功率谱中不满足所述噪声置信门限的功率值作为第三功率序列，及根据所述第三功率序列和所述第二功率序列计算平均噪声功率；根据所述平均噪声功率和所述虚警门限信息设置目标峰值检测门限，并根据所述目标峰值检测门限对所述频域功率谱进行峰值检测。该峰值检测方法通过两次噪声估计，设置噪声置信门限过滤相关峰能量的泄露，消除镜像干扰，实现精准的噪声功率计算，确定最终峰值检测门限，可以较为精准得到终端设备发送的随机前导序列信息。提升了通信系统中PRACH的检测精度，减少了“虚警”和“漏检”，提高了终端设备接入基站的成功率，特别是在高密度用户场景下，接入成功率的优势明显。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种无线通信系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种PRACH的峰值检测方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种基站的结构示意框图。

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。

附图中所示的流程图仅是示例说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解、组合或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

在5G通信中，PRACH(物理层随机接入)是5G重要的通信流程，具体地，在5G通信中，通过PRACH，终端设备才能与基站建立正确的通信，终端设备通过PRACH信道，向基站发送PRACH信号。基站收到PRACH信号后，判断PRACH信号是否有前导序列信息，并且根据前导序列信息的索引，来判断终端设备的位置。5G通信中，PRACH发射的是ZC序列，具有较强的自相关性。

常用算法是通过相关峰来判断是否发有前导序列信息，通过循环移位的ZC序列来达到区分不同用户的目的。因此，相关峰的判断在PRACH接收端处理流程中显得至关重要。常用的算法是设置一个合适的阈值，如果峰值大于阈值，则判断为有前导序列信息。但是峰值判断是一个非常严苛的过程，阈值设置的不合理或者不完善，会导致误判。当环境中噪声比较高的时候，噪声信号与本地序列相关后也会产生一些较大的相关信号，如果判决的方法比较单一，就会造成误判形成虚警。如，当多个终端设备在同一时隙上发起接入时，多个终端设备会使用同一个或相邻物理根序列生成的随机接入前导序列，此时在时域上每个ZC(Zadoff-chu)序列自相关的峰值会泄露到其他序列上去，考虑到终端设备功率不一致，收端的峰值能量存在差距，部分终端设备的峰值泄露会导致噪声门限抬高，采用常规噪声估计方法会使处在噪声门限附近的峰值信号会出现“虚警”或“漏检”现象，最终影响终端设备接入的成功率。

基于此，本发明实施例提供了一种PRACH的峰值检测方法、基站、通信系统及介质，其中，PRACH的峰值检测方法应用于基站，旨在提升终端通过物理随机接入信道接入基站的成功率。

下面结合附图，对本发明的一些实施例作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1，图1为本发明所提供的PRACH的峰值检测方法的应用场景示意图。

如图1所示，无线通信系统100包括基站10及终端设备20，终端设备20在首次进入基站10的覆盖范围内或欲与基站20建立通信连接时，接收到基站10下发的广播通知，终端设备20响应基站10的广播通知向基站10发送PRACH信号。基站10通过设置于基站10的天线接收终端设备20所发送的PRACH信号，并将接收到的PRACH信号进行预处理，得到对应的频域数据，并存储于预设存储区。基站10按照预设的数据处理逻辑从预设存储区内获取对应的频域数据，并将频域数据与基站10本地ZC序列进行相关得到频域功率谱，也称能量图PDP，然后根据频域功率谱进行两次噪声估计，并设置噪声置信门限过滤相关峰能量的泄露，消除镜像干扰，实现精准的噪声功率计算，确定最终峰值检测门限，并搜索相关峰值来判断是否存在随机接入请求，检测出终端设备发送的随机前导序列信息，即，终端设备的前导ID(Identity document，身份标识号)和确定上行链路的时间偏移量TA，进而减少了“虚警”和“漏检”，提高了终端设备20接入基站10的成功率。

请参阅图2，图2位本发明提供的一种PRACH的峰值检测方法的步骤流程图。

如图2所示，PRACH的峰值检测方法包括步骤S1至步骤S6。

步骤S1：获取接收到PRACH信号，并根据所述PRACH信号生成频域功率谱。

示例性地，在5G无线通信系统中，由于PRACH信号与系统的采样率不一样，所以当接收到PRACH信号后，需要对PRACH信号进行预处理，得到相关的频域功率谱，也称能量图，然后根据频域功率谱，来判断是否有相关峰值。

在一些实施方式中，所述根据所述PRACH信号生成频域功率谱，包括：

对接收到的PRACH信号预处理，得到时域的PRACH信号；

将所述时域的PRACH信号进行FFT变换到频域，得到PRACH信号对应的PRACH频域数据；

根据所述PRACH频域数据和预设的频域序列生成所述频域功率谱。

示例性地，在通信中的CP(Cyclic Prefix，循环前缀)是OFDM(OrthogonalFrequency Division Multiplexing，正交频分复用技术)中为了对抗多径延迟信号的干扰，而提出的解决方案，CP的具体实施方法是把OFDM符号中时长为Tc的最后一部分，复制到前一个保护带开始的时间来传送。引入CP后，多径时延信号与直达信号实现能量正交，多径时延信号带来的本符号内的同频干扰就被消除了，终端设备在发送PRACH信号时，通常引入CP，基站在接收到PRACH信号时，需要进行去CP处理然后进行采样处理，得到时域的PRACH信号，然后将得到的时域的PRACH信号进行FFT(Fast Fourier Transformation，快速傅里叶变换)变换到频域，得到PRACH信号对应的PRACH频域数据，并对PRACH频域数据和基站本地预设的频域序列做积，得到频域功率谱。

步骤S2：获取所述基站的网管配置数据，并根据所述网管配置数据和所述频域功率谱设置第一噪声门限，及根据所述第一噪声门限和所述网管配置数据设置第二噪声门限。

示例性地，网管配置数据为预先配置数据，预先配置数据可以通过实验仿真或者根据经验设定，利用网管配置数据和频域功率谱内的相关频谱数据进行第一噪声门限的设定，以初步滤除频域功率谱中的部分数据，然后根据第一噪声门限和网管配置数据设置第二噪声门限，利用第二噪声门限对频域功率谱中的频谱数据进行一次较为精准的滤除，以从频域功率谱中获取较为精准的频谱数据。

在一些实施方式中，所述根据所述网管配置数据和所述频域功率谱设置第一噪声门限，包括：

根据所述网管配置数据获取第一噪声门限因子，并从所述频域功率谱中获取功率最大值；

根据所述功率最大值和所述第一噪声门限因子设置所述第一噪声门限。

例如，第一噪声门限因子α为预设值，如，第一噪声门限因子为通过仿真或者测试的经验值，经过FFT变换到频域得到PRACH信号对应的PRACH频域数据为z(n)，从频域功率谱中筛选出的功率最大值为max{z(n)}，则，第一噪声门限为αmax{z(n)}。

在一些实施方式中，所述根据所述第一噪声门限和所述网管配置数据设置第二噪声门限，包括：

根据所述第一噪声门限从所述频率功率谱中筛选出小于所述第一噪声门限的第一功率序列，并根据所述第一功率序列计算第一临时噪声；

根据所述网管配置数据获取第二噪声门限因子及虚警门限信息，并根据所述第一临时噪声、所述第二噪声门限因子及所述虚警门限信息设置所述第二噪声门限。

示例性地，第二噪声门限因子及虚警门限信息均为预设值，如，第二噪声门限因子及虚警门限信息均为通过仿真或者测试的经验值，在确定第一噪声门限为αmax{z(n)}后，第一功率序列n

n

则，根据所述第一功率序列n

其中，L

则，第二噪声门限为βFaTh×Nosie

步骤S3：从所述频域功率谱中筛选出小于或等于所述第二噪声门限的第二功率序列，并根据所述第二功率序列计算第二临时噪声。

在一些实施方式中，所述从所述频域功率谱中筛选出小于或等于所述第二噪声门限的第二功率序列，包括：

筛除所述频域功率谱中大于所述第一噪声门限的功率值，得到第一频域功率谱；

从所述第一频域功率谱中筛选出小于或等于所述第二噪声门限的第二功率序列。

例如，筛除掉大于αmax{z(n)}的频率数据后的第一频域功率谱记为z

根据第二功率序列n

其中，L

步骤S4：从所述频域功率谱中筛选出大于所述第二噪声门限的第二频域功率谱，并获取所述第二频域功率谱和所述第二临时噪声之间的差值。

步骤S5：判断所述差值是否满足预设的噪声置信门限，并将所述频域功率谱中不满足所述噪声置信门限的功率值作为第三功率序列，及根据所述第三功率序列和所述第二功率序列计算平均噪声功率。

例如，从频域功率谱z(n)的第一频域功率谱z

即，第三功率序列n

平均噪声功率NoiseMean满足，

步骤S6：根据所述平均噪声功率和所述虚警门限信息设置目标峰值检测门限，并根据所述目标峰值检测门限对所述频域功率谱进行峰值检测。

例如，在确定平均噪声功率NoiseMean后，设定目标峰值检测门限PeakThreshold为：PeakThreshold＝NoiseMean×FaTh。根据目标峰值检测门限PeakThreshold获取频域功率谱z(n)中大于目标峰值检测门限PeakThreshold的第四功率序列，并获取第四功率序列中各个元素所对应的随机前导序列信息，从而可以从随机前导序列信息中获取终端设备对应的前导ID和确定上行链路的时间偏移量TA，进而确保终端设备与基站的接入成功率。

请参阅图3，图3为本发明实施例提供的一种基站的结构示意性框图。

如图3所示，基站10包括处理器101和存储器102，处理器101和存储器102通过总线103连接，该总线比如为I2C(Inter-integrated Circuit)总线。

具体地，处理器101用于提供计算和控制能力，支撑整个基站10的运行。处理器101可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，该处理器101还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。其中，通用处理器101可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

具体地，存储器102可以是Flash芯片、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)磁盘、光盘、U盘或移动硬盘等。

其中，所述处理器101用于运行存储在存储器102中的计算机程序，并在执行所述计算机程序时实现如下步骤：

获取接收到PRACH信号，并根据所述PRACH信号生成频域功率谱；

获取所述基站的网管配置数据，并根据所述网管配置数据和所述频域功率谱设置第一噪声门限，及根据所述第一噪声门限和所述网管配置数据设置第二噪声门限；

从所述频域功率谱中筛选出小于或等于所述第二噪声门限的第二功率序列，并根据所述第二功率序列计算第二临时噪声；

从所述频域功率谱中筛选出大于所述第二噪声门限的第二频域功率谱，并获取所述第二频域功率谱和所述第二临时噪声之间的差值；

判断所述差值是否满足预设的噪声置信门限，并将所述频域功率谱中不满足所述噪声置信门限的功率值作为第三功率序列，及根据所述第三功率序列和所述第二功率序列计算平均噪声功率；

根据所述平均噪声功率和所述虚警门限信息设置目标峰值检测门限，并根据所述目标峰值检测门限对所述频域功率谱进行峰值检测。

在一些实施方式中，所述处理器101在根据所述网管配置数据和所述频域功率谱设置第一噪声门限时，包括：

根据所述网管配置数据获取第一噪声门限因子，并从所述频域功率谱中获取功率最大值；

根据所述功率最大值和所述第一噪声门限因子设置所述第一噪声门限。

在一些实施方式中，所述处理器101在根据所述第一噪声门限和所述网管配置数据设置第二噪声门限时，包括：

根据所述第一噪声门限从所述频率功率谱中筛选出小于所述第一噪声门限的第一功率序列，并根据所述第一功率序列计算第一临时噪声；

根据所述网管配置数据获取第二噪声门限因子及虚警门限信息，并根据所述第一临时噪声、所述第二噪声门限因子及所述虚警门限信息设置所述第二噪声门限。在一些实施方式中，所述处理器101从所述频域功率谱中筛选出小于或等于所述第二噪声门限的第二功率序列时，包括：

筛除所述频域功率谱中大于所述第一噪声门限的功率值，得到第一频域功率谱；

从所述第一频域功率谱中筛选出小于或等于所述第二噪声门限的第二功率序列。

在一些实施方式中，所述处理器101从所述频域功率谱中筛选出大于所述第二噪声门限的第二频域功率谱时，包括：

从所述频域功率谱的所述第一频域功率谱中筛选出大于所述第二噪声门限的第二频域功率谱。

在一些实施方式中，所述处理器101根据所述目标峰值检测门限对所述频域功率谱进行峰值检测时，包括：

根据所述目标峰值检测门限获取所述频域功率谱中大于所述目标峰值检测门限的第四功率序列，并获取所述第四功率序列中各个元素所对应的前导序列信息。

在一些实施方式中，所述处理器101根据所述PRACH信号生成频域功率谱时，包括：

对接收到的PRACH信号预处理，得到时域的PRACH信号；

将所述时域的PRACH信号进行FFT变换到频域，得到PRACH信号对应的PRACH频域数据；

根据所述PRACH频域数据和预设的频域序列生成所述频域功率谱。

需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的基站的具体工作过程，可以参考前述通信方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本发明实施例还提供一种存储介质，用于计算机可读存储，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如本发明实施例说明书提供的任一项PRACH的峰值检测方法的步骤。

其中，所述存储介质可以是前述实施例所述的基站的内部存储单元，例如所述基站的硬盘或内存。所述存储介质也可以是所述基站的外部存储设备，例如所述基站上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施例中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

应当理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上所述，仅为本发明的具体实施例，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改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权利要求的保护范围为准。