CN103001905B - Prach基带信号的生成方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种PRACH基带信号的生成方法及装置，生成的PRACH基带信号可以直接上变频到服务小区的中心频点上发送，即无需进行频谱搬移，同时由于生成一部分PRACH基带信号即可通过上变频后发送，即只需存储部分的PRACH基带信号即可，无需等到全部的PRACH基带信号生成后才发送，由此，也减小了数据的存储量。

Description

PRACH基带信号的生成方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种PRACH基带信号的生成方法及装置。

背景技术

3GPP标准化组织正在进行新一代无线通信标准的制订，该标准被称为长期演进(LongTermEvolution，LTE)，它改进并增强了3G的空中接入技术，改善了小区边缘用户的性能，提高了小区容量和降低了系统延迟。

LTE物理层基于正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)技术，子载波宽度为Δf＝15KHz，最大支持20MHz带宽。在时域上，基本的时间单位用T_s＝1/(15000×2048)s表示。其中，15000即为一个子载波宽度Δf，2048为最大带宽时实现数据频域到时域变换的快速傅里叶逆变换(InverseFastFourierTransform，IFFT)点数。

为了实现用户设备(UserEquipment，UE)的接入，无线通信系统都需要提供随机接入信道(RandomAccessChannel，RACH)。RACH是一个基于竞争的上行信道，在不同的无线系统中，随机接入的功能也有所不同。例如，可以用作接入网络、进行资源请求、携带控制信令、进行上行同步、调整传输功率等。

LTE的上行使用单载波频分复用(SingleCarrierFrequencyDivisionMultiplexAccess，SC-FDMA)技术。相对OFDMA，SC-FDMA在发送端增加离散傅里叶变换(DiscreteFourierTransform，DFT)的处理，因此也可以看作基于DFT扩频的OFDM，即离散傅里叶变换-扩展-正交频分复用(DiscreteFourierTransform-Spread-OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，DFT-S-OFDM)。物理随机接入信道(PhysicalRandomAccessChannel，PRACH)是上行信道，也基于SC-FDMA实现。

LTE中的PRACH由一组Preamble序列表示，Preamble序列的组成部分包括由ZC(Zadoff-Chu)序列生成的长度为T_SEQ的基本序列和长度为T_CP的循环前缀。请参考图1，其为Preamble序列的结构示意图。

Preamble序列共有5种格式，分别为Format0～Format4，通过哪种格式发送由高层确定。其中Format4是TDD结构特有的，在UpPTS上发送。具体配置请参考下表1：

Preamble格式	时间长度	NZC	TCP	TSEQ
					0	1ms	839	3168·TS	24576·TS
1	2ms	839	21024·TS	24576·TS
					2	2ms	839	6240·TS	2·24576·TS
3	3ms	839	21024·TS	2·24576·TS
					4	157.3us	139	448·TS	4096·TS

表1

LTE标准3GPPTS36.211中给出了PRACH的时域信号表达式为：

其中0≤t＜T_SEQ+T_CP；β_PRACH是幅度变换因子；需要说明的是，在一个时隙内，上行资源划分为个资源块(ResourceBlock，RB)，每个资源块包含的子载波个数为的大小取决于上行的发送带宽，由小区配置，对应最大上行带宽；频域的位置由参数控制；系数K＝Δf/Δf_RA用于区分随机接入数据和上行数据子载波间隔的不同；变量Δf_RA表示随机接入数据的子载波空间；变量是一固定的偏移量，决定了随机接入数据在物理RBs内的频域位置，以上两值均通过下表2给出：

表2

在发送时，UE还需将s(t)调制到当前发送的中心频点上。根据3GPP标准，LTE小区频点的栅格(Raster)为100KHz，即LTE射频的本振调整的最小间隔为100KHz。

在PRACH信号的产生中，已有方案主要有：

方案一：

对PRACH信号进行以下处理：

令 $X_{u,v}\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N_{ZC}-1}{\Σ}}{x}_{u,v}\left(n\right)\·e^{-j\frac{2\mathrm{\π}nk}{N_{ZC}}},$ N＝2ⁿ为大于的最小，s(t)可以进一步写为：

其中，

$f\left(t\right)={\mathrm{\β}}_{PRACH}{e}^{j2\mathrm{\π}({\mathrm{Kk}}_0+\frac{1}{2}N){\mathrm{\Δf}}_{RA}(t-T_{CP})}$

s₀(t)的频谱范围被限制在内，实际占用的频谱相对于整个服务带宽是很小的一部分，对s₀(t)以较小的采样率实现，生成后通过数字信号处理实现过采样为T_s＝1/(15000×2048)s的采样率。最后进行频谱搬移，公式上表现为乘以f(t)。

请参考图2，其为现有技术中方案一的PRACH基带信号的生成方法的流程示意图。如图2所示，方案一中PRACH基带信号的生成需要包括如下步骤：ZC根序列生成；N_ZC点DFT；子载波映射和补零；N点IFFT；过采样滤波；频谱搬移；重复并插入CP；射频上变频；发送。

该方案的缺点是所需要耗费的内存空间过于庞大，实现成本较高。比如上行发送带宽为20MHz的时候，preamble格式为format3时，过采样后，需要对24576个采样点进行相位偏转，还需要存储70176个采样点。

方案二：

在方案一的基础上，现有技术中又提出了方案二，考虑到UE已经和eNB同步，如果按照Raster步长的整数倍调整UE射频器件的中心频点，其稳定度很高，因此在发送PRACH时，临时将其工作的中心频点以Raster的整数倍进行调整，完全可以满足PRACH发送的需求。

即方案一中的频谱搬移进行分解：方案一中的频谱搬移量为分为两部分，f_offset＝n·100KHz+f′_offset，其中，n为满足n·100KHz≤f_offset的最大整数，0≤f′_offset＜100KHz。

请参考图3，其为现有技术中方案二的PRACH基带信号的生成方法的流程示意图。如图3所示，方案二中PRACH基带信号的生成需要包括如下步骤：ZC根序列生成；N_ZC点DFT；子载波映射和补零；N点IFFT；部分频谱搬移；重复并插入CP；射频上变频；发送。

方案二虽然能够降低存储所需要的空间，但是生成的PRACH信号是一个窄带的信号，且该窄带信号的中心频点不是服务小区中心频点；所以会导致上行发送PRACH的时候，要求射频修改发送中心频点，而由于TD-LTE系统是上下行使用同一频点的时分系统，不是频分系统，系统设计的上下行转换点之间不考虑频点切换的时间。因此会导致要发送PRACH的时候，之前DwPTS里面的下行接收数据无法准确接收。

方案三：

在生成ZC序列N_zc个点后，采用分段N点IFFT的方式多次计算产生所有的有效数据。

在每次计算IFFT中输入数据前面N_zc个值为计算根序列的输出，后N-N_zc为零值。对这N个点进行不包含倒序的N点IFFT运算。对于IFFT运算输出数据根据未倒序前的序号k′查倒序及地址偏移表得到所述数据对应于N_IDFT点基带信号的序号n′以及基带信号缓存写地址，依据序号n′和参数计算所述数据对应的旋转因子，(旋转因子按照公式进行计算，其中K、k₀是和preamble格式有关的常量)将旋转因子与所述数据相乘，相乘结果按照基带信号缓存写地址写入基带信号缓存中。其中N_IDFT为LTE协议中采用的前导格式中进行IDFT的高点数，k为频域信号相位缓存中的索引，(k＝0,1,...,N_zc-1)。即：preambleformat0～3中生成24576Ts有效数据、format4中生成4096Ts数据。再根据preamble数据的特点，重复部分或者全部的数据，生成所需要的发送数据。

请参考图4，其为现有技术中方案三的PRACH基带信号的生成方法的流程示意图。如图4所示，方案三中PRACH基带信号的生成需要包括如下步骤：ZC根序列生成；N_ZC点DFT；子载波映射和补零；多次N点IFFT；生成所有有效数据；重复并插入CP；射频上变频；发送。

方案三虽然使用了分段计算，大大降低了计算的复杂度，但由于需要存储所有有效数据之后再进行CP生成和数据发送，导致对存储空间的要求过高。在使用该方案实现preambleformat0～3时，需要存储24576点有效数据，由于基带信号是复数，如果每点存储需要2字节内存空间，那么存储24576点数据需要约48KB缓存空间，这使得该方案在终端上的实现变得困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种PRACH基带信号的生成方法及装置，以解决现有的PRACH基带信号的生成方法中需要频谱搬移或者数据存储量大的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种PRACH基带信号的生成方法，包括：步骤10：生成时域的ZC根序列；步骤20：将所述时域的ZC根序列变换成频域序列；步骤30：将所述频域序列映射到N点IFFT对应的频域点上，并对N点IFFT对应的频域点中的空子载波补零；步骤40：通过N点IFFT计算产生N个PRACH基带信号，将所述PRACH基带信号上变频到服务小区的中心频点后发送；步骤50：重复执行步骤40，直至产生全部的PRACH基带信号并进行上变频后发送。

可选的，在所述的PRACH基带信号的生成方法中，在步骤40中，通过N点IFFT最先产生PRACH基带信号的循环前缀。

可选的，在所述的PRACH基带信号的生成方法中，第二次及其后的通过N点IFFT计算产生N个PRACH基带信号的操作与前一次的将所述PRACH基带信号上变频到服务小区的中心频点后发送的操作同时进行。

可选的，在所述的PRACH基带信号的生成方法中，在步骤40中，利用公式：

$s(l+(m-1\left)N\right)=e^{j\frac{2\mathrm{\π}A}{MN}\·l}\·(e^{j\frac{2\mathrm{\π}A}{M}\·(m-1)}\·{\mathrm{\β}}_{PRACH})\underset{k=0}{\overset{N-1}{\Σ}}\left(X\right(k)\·e^{j\frac{2\mathrm{\π}k}{M}\·(m-1)})\·e^{j\frac{2\mathrm{\π}k}{MN}\·l}$

产生M段PRACH基带信号，每段有N个样值；

其中，N为IFFT计算的点数，且N的取值满足N＞N_zc的2的整数次幂；l表示第m段内的第l个采样点，且l的取值满足0≤l≤N-1；m表示第m段信号，且m的取值满足1≤m≤M；M是满足N·M＝2048*15000/Δf_RA的整数。

可选的，在所述的PRACH基带信号的生成方法中，N的取值为2048。

可选的，在所述的PRACH基带信号的生成方法中，若采用Preamble格式0，所述m顺次取11、12及1至12。

可选的，在所述的PRACH基带信号的生成方法中，第一次发送1120个上变频后的PRACH基带信号，第二次及以后发送2048个上变频后的PRACH基带信号。

可选的，在所述的PRACH基带信号的生成方法中，若采用Preamble格式1，所述m顺次取2至12及1至12。

可选的，在所述的PRACH基带信号的生成方法中，第一次发送544个上变频后的PRACH基带信号，第二次及以后发送2048个上变频后的PRACH基带信号。

可选的，在所述的PRACH基带信号的生成方法中，若采用Preamble格式2，所述m顺次取9至12、1至12及1至12。

可选的，在所述的PRACH基带信号的生成方法中，第一次发送96个上变频后的PRACH基带信号，第二次及以后发送2048个上变频后的PRACH基带信号。

可选的，在所述的PRACH基带信号的生成方法中，若采用Preamble格式3，所述m顺次取2至12、1至12及1至12。

可选的，在所述的PRACH基带信号的生成方法中，第一次发送544个上变频后的PRACH基带信号，第二次及以后发送2048个上变频后的PRACH基带信号。

可选的，在所述的PRACH基带信号的生成方法中，若采用Preamble格式4，所述m顺次取2、1、2。

可选的，在所述的PRACH基带信号的生成方法中，第一次发送448个上变频后的PRACH基带信号，第二次及以后发送2048个上变频后的PRACH基带信号。

本发明还提供一种PRACH基带信号的生成装置，包括：ZC根序列生成模块，用以生成时域的ZC根序列；N_ZC点DFT模块，用以将时域的ZC根序列变换成频域序列；子载波映射和补零模块，用以将频域序列映射到N点IFFT对应的频域点上，并对N点IFFT对应的频域点中的空子载波补零；N点IFFT模块，用以进行N点IFFT计算产生N个PRACH基带信号；存储模块，用以存储PRACH基带信号；上变频模块，用以将PRACH基带信号上变频到服务小区的中心频点；发送模块，用以发送上变频后的PRACH基带信号。

可选的，在所述的PRACH基带信号的生成装置中，所述存储模块利用乒乓机制，分别进行存储本次计算数据、存储并发送上次计算数据的功能。

在本发明提供的PRACH基带信号的生成方法及装置中，生成的PRACH基带信号可以直接上变频到服务小区的中心频点上发送，即无需进行频谱搬移，同时由于生成一部分PRACH基带信号即可通过上变频后发送，即只需存储部分的PRACH基带信号即可，无需等到全部的PRACH基带信号生成后才发送，由此，也减小了数据的存储量。

附图说明

图1是Preamble序列的结构示意图；

图2是现有技术中方案一的PRACH基带信号的生成方法的流程示意图；

图3是现有技术中方案二的PRACH基带信号的生成方法的流程示意图；

图4是现有技术中方案三的PRACH基带信号的生成方法的流程示意图；

图5是本发明实施例一的PRACH基带信号的生成方法的流程示意图；

图6是本发明实施例一的用FFT架构流水实现PRACH基带信号结构示意图；

图7是Preamble格式0的序列结构示意图；

图8是Preamble格式1的序列结构示意图；

图9是Preamble格式2的序列结构示意图；

图10是Preamble格式3的序列结构示意图；

图11是Preamble格式4的序列结构示意图；

图12是本发明实施例二的PRACH基带信号的生成装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提供的PRACH基带信号的生成方法及装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图5，其为本发明实施例一的PRACH基带信号的生成方法的流程示意图。如图5所示，PRACH基带信号的生成方法具体包括如下步骤：

步骤10：生成时域的ZC根序列；

其中，根据LTE标准中的协议规定在时域生成ZC根序列，即x_u,v(n)序列。

步骤20：将所述时域的ZC根序列变换成频域序列；

其中，将步骤10中生成的序列x_u,v(n)从时域经过DFT变换到频域，得到频域序列Xu,v(k)。具体的，通过如下公式实现：

$X_{u,v}\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N_{ZC}-1}{\Σ}}{x}_{u,v}\left(n\right)\·e^{-j\frac{2\mathrm{\π}nk}{N_{ZC}}},k=0,1,\mathrm{2...}{N}_{ZC}-1$

其中，u为生成ZC根序列的标号(index)；v为ZC根序列的循环移位(cyclicshift)参数；k为频域序列Xu,v(k)的元素编号；n为时域序列x_u,v(n)的元素编号；j为虚部的符号，等于-1开根号；N_ZC为ZC根序列长度。

步骤30：将所述频域序列映射到N点IFFT对应的频域点上，并对N点IFFT对应的频域点中的空子载波补零；

步骤40：通过N点IFFT计算产生N个PRACH基带信号，将所述PRACH基带信号上变频到服务小区的中心频点后发送；

步骤50：重复执行步骤40，直至产生全部的PRACH基带信号并进行上变频后发送。

具体的，根据LTE标准3GPP中给出的如下PRACH的时域表达式：

其中0≤t＜T_SEQ+T_CP；β_PRACH是幅度变换因子；需要说明的是，在一个时隙内，上行资源划分为个资源块(ResourceBlock，RB)，每个资源块包含的子载波个数为的大小取决于上行的发送带宽，由小区配置，对应最大上行带宽；频域的位置由参数控制；系数K＝Δf/Δf_RA用于区分随机接入数据和上行数据子载波间隔的不同；变量Δf_RA表示随机接入数据的子载波空间；变量是一固定的偏移量，决定了随机接入数据在物理RBs内的频域位置。

现对s(t)直接以T_s＝1/(15000×2048)s进行采样，为简化计算，改变t的取值范围，令T_CP≤t＜T_SEQ+T_CP，由于数字系统的可存储性，这对实际产生PRACH信号不产生影响。

令t＝T_CP+lT_sl＝0,1,2...L-1，其中L＝T_SEQ/T_s。现在对公式4整理得:

则第l个采样点为：

已知：

$X_{u,v}\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N_{ZC}-1}{\Σ}}{x}_{u,v}\left(n\right)\·e^{-j\frac{2\mathrm{\π}nk}{N_{ZC}}},k=0,1,\mathrm{2...}{N}_{ZC}---\left(6\right)$

令N＝2048,M＝15000/Δf_RA

可得：

从上面我们得出，K、k₀这些参数的取值是和发送的格式相关的。在具体某一次发送时，这些参数的值是固定的，这里把它们作为常量来处理。所以：

令

这样我们可以整理上面的公式(7)为：

$\begin{array}{c}s\left(l\right)={\mathrm{\β}}_{PRACH}\underset{k=0}{\overset{N_{ZC}-1}{\Σ}}{X}_{u,v}\left(k\right)\·e^{j\frac{2\mathrm{\π}(k+A)}{MN}\·l}\\ ={\mathrm{\β}}_{PRACH}\left(\underset{k=0}{\overset{N_{ZC}-1}{\Σ}}{X}_{u,v}\right(k)\·e^{j\frac{2\mathrm{\π}(k+A)}{MN}\·l}+\underset{k=N_{ZC}}{\overset{MN-1}{\Σ}}0\·e^{j\frac{2\mathrm{\π}(k+A)}{MN}\·l})\\ (l=0,1,\mathrm{...},L-1)\end{array}---\left(8\right)$

为计算简便，现定义：

$X_1\left(k\right)=\{\begin{array}{cc}{X}_{u,v}\left(k\right)& 0\≤k\≤N_{ZC}-1\\ 0& N_{ZC}\≤k\≤MN-1\end{array}---(9-1)$

公式(8)可以写成：

$\begin{array}{c}s\left(l\right)={\mathrm{\β}}_{PRACH}\underset{k=0}{\overset{MN-1}{\Σ}}{X}_1\left(k\right)\·e^{j\frac{2\mathrm{\π}(k+A)}{MN}\·l}\\ l=0,1,\mathrm{...},L-1\end{array}---\left(10\right)$

显然，上面公式是MN点的IFFT。可以看出，X₁(k)很大部分都是0，只有前面N_ZC点为非0值。

所以我们现在只取X₁(k)的前N点。效果是一样的。现在定义：

X(k)＝X₁(k)k＝0,1...N-1(9-2)

这样，我们对公式(10)重新整理，则可得：

$s\left(l\right)={\mathrm{\β}}_{PRACH}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\Σ}}X\left(k\right)\·e^{j\frac{2\mathrm{\π}(k+A)}{MN}\·l},l=0,1,...,L-1---\left(11\right)$

因为一般情况下：L是M·N的1-2倍，见表2和表1。且L是MN两倍的时候，前面MN点和后面MN点相同(这可由公式(11)直接得出)。所以实际有效数据为MN点。

则，PRACH基带信号将按照如下公式产生：

$\begin{array}{c}s\left(l\right)={\mathrm{\β}}_{PRACH}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\Σ}}X\left(k\right)\·e^{j\frac{2\mathrm{\π}(k+A)}{MN}\·l}\\ ={\mathrm{\β}}_{PRACH}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\Σ}}X\left(k\right)\·e^{j\frac{2\mathrm{\π}k}{MN}\·l}\·e^{j\frac{2\mathrm{\π}A}{MN}\·l}\\ =e^{j\frac{2\mathrm{\π}A}{MN}\·l}\·{\mathrm{\β}}_{PRACH}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\Σ}}X\left(k\right)\·e^{j\frac{2\mathrm{\π}k}{MN}\·l}\end{array},l=0,1,\mathrm{...},L-1---\left(12\right)$

从上面的公式可以得出，s(l)可以分段求解：即先计算l＝0,1,...,N-1，再计算l＝N,N+1,...,2N-1，每段的数据长度为N。逐次输出：

对公式进行如下变换：

第m(1≤m≤M)段数据产生如下：

$\begin{array}{c}s(l+(m-1\left)N\right)=e^{j\frac{2\mathrm{\π}A}{MN}\·(l+(m-1\left)N\right)}\·{\mathrm{\β}}_{PRACH}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\Σ}}X\left(k\right)\·e^{j\frac{2\mathrm{\π}k}{MN}\·(l+(m-1\left)N\right)}\\ =e^{j\frac{2\mathrm{\π}A}{MN}\·l}\·(e^{j\frac{2\mathrm{\π}A}{M}\·\left(m-1\right)}\·{\mathrm{\β}}_{PRACH})\underset{k=0}{\overset{N-1}{\Σ}}\left(X\right(k)\·e^{j\frac{2\mathrm{\π}k}{M}\·\left(m-1\right)})\·e^{j\frac{2\mathrm{\π}k}{MN}\·l}\end{array},l=0,1,\mathrm{...},N-1---\left(13\right)$

然后存储该段N个点数的PRACH基带数据，对该N个点数的PRACH基带数据直接上变频到服务小区的中心频点上后发送；在发送数据的同时，可以计算以得出另N个点数的PRACH基带数据。即，当得出一段PRACH基带数据后，便可进行后续的上变频及发送操作，与此同时，接着计算另一端PRACH基带数据，相当于进行流水操作，由此，避免了PRACH基带数据积压造成的数据存储量大的问题，即减小了数据存储量。

具体的，上述m段数据的流水实现，可使用FFT架构，请参考图6。

如图6所示，首先，输入X(k)，k＝0,1,2…N-1，即将时域的ZC序列变换成频域后，并经过公式(9-1)及(9-2)处理后得到的值；

接着，对输入X(k)乘以一因子，该因子与当前所处理的次数及输入值的编号有关，得到如下数据：

$X\left(k\right)\·e^{j\frac{2\mathrm{\π}k}{M}\·(m-1)},k=0,1,2,...N-1;$

然后，对上述N点数据进行MN点IFFT，在此，使用N点IFFT的架构，但是所用的旋转因子与MN相关；

最后，对经过IFFT变换的N点数据乘以因子：从而得出第m段的PRACH基带信号。

通过改变m值，即m取1、2……，从而得到各段的PRACH基带信号。

由于LTE中的PRACH由一组Preamble序列表示，Preamble序列的组成部分包括由ZC(Zadoff-Chu)序列生成的长度为T_SEQ的基本序列和长度为T_CP的循环前缀。请参考图1，即首先需要产生长度为T_CP的循环前缀，该点可以通过m的取值加以解决，由于不同的Preamble格式，具有不同的T_SEQ和T_CP长度，因此，接下去将根据不同的Preamble格式，分别提供m的取值方式。

Preamble格式0

根据表1已知，Preamble格式0时，长度为T_CP的循环前缀是3168·T_S，长度为T_SEQ的基本序列是24576·T_S。

请参考图7，其为Preamble格式0的序列结构示意图。如图7所示，当N取2048时，对于长度为T_SEQ的基本序列需要分成12段数据进行计算，即m最多将取到12；同时，长度为T_CP的循环前缀是基本序列的部分重复，即长度为T_CP的循环前缀是该12段数据中的某部分。

具体的，将取基本序列的最后3168点数据，同时，由于每次取2048点数据，因此，将取m＝11和m＝12的两段数据，即最先生成m＝11和m＝12的PRACH基带信号。

在本实施例中，首先生成m＝11的2048点PRACH基带信号，存储该m＝11的2048点PRACH基带信号，接着，将该段2048点PRACH基带信号上变频到工作小区中心频点，由于只需最后的3168点数据，因此，并不需要发送2048点数据，在m＝11的PRACH基带信号中，只需发送1120点数据，因此，上变频后从第929点开始读取数据并发送。而当m＝11的2048点PRACH基带信号进行上变频后发送的时候，可同时生成m＝12的2048点PRACH基带信号，从而可不间断的连续进行，提高效率。

在完成了m＝11及m＝12的PRACH基带信号的产生后，即完成了循环前缀的产生后，接着将生成对于长度为T_SEQ的基本序列，从m＝1起，直至m＝12止，在产生当前PRACH基带信号的同时，对前一PRACH基带信号进行上变频后发送，进行流水操作，从而完成全部PRACH基带信号的生成及上变频后发送。

Preamble格式1

根据表1已知，Preamble格式1时，长度为T_CP的循环前缀是21024·T_S，长度为T_SEQ的基本序列是24576·T_S。

请参考图8，其为Preamble格式1的序列结构示意图。如图8所示，当N取2048时，对于长度为T_SEQ的基本序列需要分成12段数据进行计算，即m最多将取到12；同时，长度为T_CP的循环前缀是基本序列的部分重复，即长度为T_CP的循环前缀是该12段数据中的某部分。

同样的，首先生成循环前缀，在此即首先生成m＝2的2048点PRACH基带信号，存储该m＝2的2048点PRACH基带信号，接着，将该段2048点PRACH基带信号上变频到工作小区中心频点，在本段数据中，只需发送544点数据，即从1505点开始读取数据并发送。接着，m顺次取3至12，以完成循环前缀的生成。

然后，m顺次取1至12，以完成长度为T_SEQ的基本序列的生成，在此同样的，在产生当前PRACH基带信号的同时，对前一PRACH基带信号进行上变频后发送，进行流水操作，从而完成全部PRACH基带信号的生成及上变频后发送。

Preamble格式2

根据表1已知，Preamble格式2时，长度为T_CP的循环前缀是6240·T_S，长度为T_SEQ的基本序列是2·24576·T_S。

请参考图9，其为Preamble格式2的序列结构示意图。如图9所示，当N取2048时，对于长度为T_SEQ的基本序列需要分成12段数据进行计算，即m最多将取到12；同时，长度为T_CP的循环前缀是基本序列的部分重复，即长度为T_CP的循环前缀是该12段数据中的某部分。

同样的，首先生成循环前缀，在此即首先生成m＝9的2048点PRACH基带信号，存储该m＝9的2048点PRACH基带信号，接着，将该段2048点PRACH基带信号上变频到工作小区中心频点，在本段数据中，只需发送96点数据，即从1953点开始读取数据并发送。接着，m顺次取10至12，以完成循环前缀的生成。

然后，m顺次取1至12及1至12，以完成长度为T_SEQ的基本序列的生成，在此同样的，在产生当前PRACH基带信号的同时，对前一PRACH基带信号进行上变频后发送，进行流水操作，从而完成全部PRACH基带信号的生成及上变频后发送。

Preamble格式3

根据表1已知，Preamble格式3时，长度为T_CP的循环前缀是21024·T_S，长度为T_SEQ的基本序列是2·24576·T_S。

请参考图10，其为Preamble格式3的序列结构示意图。如图10所示，当N取2048时，对于长度为T_SEQ的基本序列需要分成12段数据进行计算，即m最多将取到12；同时，长度为T_CP的循环前缀是基本序列的部分重复，即长度为T_CP的循环前缀是该12段数据中的某部分。

同样的，首先生成循环前缀，在此即首先生成m＝2的2048点PRACH基带信号，存储该m＝2的2048点PRACH基带信号，接着，将该段2048点PRACH基带信号上变频到工作小区中心频点，在本段数据中，只需发送544点数据，即从1505点开始读取数据并发送。接着，m顺次取3至12，以完成循环前缀的生成。

然后，m顺次取1至12及1至12，以完成长度为T_SEQ的基本序列的生成，在此同样的，在产生当前PRACH基带信号的同时，对前一PRACH基带信号进行上变频后发送，进行流水操作，从而完成全部PRACH基带信号的生成及上变频后发送。

Preamble格式4

根据表1已知，Preamble格式3时，长度为T_CP的循环前缀是448·T_S，长度为T_SEQ的基本序列是4096·T_S。

请参考图11，其为Preamble格式4的序列结构示意图。如图11所示，当N取2048时，对于长度为T_SEQ的基本序列需要分成2段数据进行计算，即m最多将取到2；同时，长度为T_CP的循环前缀是基本序列的部分重复，即长度为T_CP的循环前缀是该2段数据中的某部分。

同样的，首先生成循环前缀，在此即首先生成m＝2的2048点PRACH基带信号，存储该m＝2的2048点PRACH基带信号，接着，将该段2048点PRACH基带信号上变频到工作小区中心频点，在本段数据中，只需发送448点数据，即从1601点开始读取数据并发送，即完成了循环前缀的生成。

然后，m顺次取1、2，以完成长度为T_SEQ的基本序列的生成，在此同样的，在产生当前PRACH基带信号的同时，对前一PRACH基带信号进行上变频后发送，进行流水操作，从而完成全部PRACH基带信号的生成及上变频后发送。

需要说明的是：本实施例是对s(t)直接以T_s＝1/(15000×2048)s进行采样得出，在进行IFFT时N值并不一定非要取2048。只要MN取值满足N·M＝2048*15000/Δf_RA且N取值为满足N＞N_zc的2的整数次幂。在preambleformat0～3中，N的最小值为1024；在preambleformat4中，N的最小值为256。

实施例二

请参考图12，其为本发明实施例二的PRACH基带信号的生成装置的结构示意图。如图12所示，PRACH基带信号的生成装置120包括：

ZC根序列生成模块10，用以生成时域的ZC根序列；

N_ZC点DFT模块20，用以将时域的ZC根序列变换成频域序列；

子载波映射和补零模块30，用以将频域序列映射到N点IFFT对应的频域点上，并对N点IFFT对应的频域点中的空子载波补零；

N点IFFT模块40，用以进行N点IFFT计算产生N个PRACH基带信号；

第一存储模块50，用以存储PRACH基带信号；

第二存储模块60，用以存储PRACH基带信号；

上变频模块70，用以将PRACH基带信号上变频到服务小区的中心频点；

发送模块80，用以发送上变频后的PRACH基带信号。

在本实施例中，提供了第一存储模块50及第二存储模块60，用以存储PRACH基带信号。具体的，一存储模块用以存储当前生成的PRACH基带信号，另一存储模块用以存储前一次生成的PRACH基带信号，并将该前一次生成的PRACH基带信号传输至上变频模块70，以上变频到服务小区的中心频点后发送。由此，PRACH基带信号的生成装置120实现了在产生当前PRACH基带信号的同时，对前一PRACH基带信号进行上变频后发送的流水操作。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (16)

1.一种PRACH基带信号的生成方法，其特征在于，包括：

步骤10：生成时域的ZC根序列；

步骤20：将所述时域的ZC根序列变换成频域序列；

步骤30：将所述频域序列映射到N点IFFT对应的频域点上，并对N点IFFT对应的频域点中的空子载波补零；

步骤40：通过N点IFFT计算产生N个PRACH基带信号，将所述PRACH基带信号上变频到服务小区的中心频点后发送；在步骤40中，第m段的N个PRACH基带信号利用公式：

$s(l+(m-1\left)N\right)=e^{j\frac{2\mathrm{\π}A}{MN}\·l}\·(e^{j\frac{2\mathrm{\π}A}{M}\·(m-1)}\·{\mathrm{\β}}_{PRACH})\underset{k=0}{\overset{N-1}{\Σ}}\left(X\right(k)\·e^{j\frac{2\mathrm{\π}k}{M}\·(m-1)})\·e^{j\frac{2\mathrm{\π}k}{MN}\·l}$

产生M段PRACH基带信号，每段有N个样值；

其中，N为IFFT计算的点数，且N的取值满足N＞N_zc的2的整数次幂，Ν_ZC为ZC根序列长度；l表示第m段内的第l个采样点，且l的取值满足0≤l≤N-1；m表示第m段信号，且m的取值满足1≤m≤M；M是满足 $N\·M=2048*15000{/}_{{\mathrm{\Δf}}_{RA}}$ 的整数； K、k₀的取值和发送的格式相关；β_PRACH是幅度变换因子；Δf_RA表示随机接入数据的子载波空间；

步骤50：重复执行步骤40，直至产生全部的PRACH基带信号并进行上变频后发送。

2.如权利要求1所述的PRACH基带信号的生成方法，其特征在于，在步骤40中，通过N点IFFT最先产生PRACH基带信号的循环前缀。

3.如权利要求1所示的PRACH基带信号的生成方法，其特征在于，第二次及其后的通过N点IFFT计算产生N个PRACH基带信号的操作与前一次的将所述PRACH基带信号上变频到服务小区的中心频点后发送的操作同时进行。

4.如权利要求3所述的PRACH基带信号的生成方法，其特征在于，N的取值为2048。

5.如权利要求4所述的PRACH基带信号的生成方法，其特征在于，若采用Preamble格式0，所述m顺次取11、12及1至12。

6.如权利要求5所述的PRACH基带信号的生成方法，其特征在于，第一次发送1120个上变频后的PRACH基带信号，第二次及以后发送2048个上变频后的PRACH基带信号。

7.如权利要求4所述的PRACH基带信号的生成方法，其特征在于，若采用Preamble格式1，所述m顺次取2至12及1至12。

8.如权利要求7所述的PRACH基带信号的生成方法，其特征在于，第一次发送544个上变频后的PRACH基带信号，第二次及以后发送2048个上变频后的PRACH基带信号。

9.如权利要求4所述的PRACH基带信号的生成方法，其特征在于，若采用Preamble格式2，所述m顺次取9至12、1至12及1至12。

10.如权利要求9所述的PRACH基带信号的生成方法，其特征在于，第一次发送96个上变频后的PRACH基带信号，第二次及以后发送2048个上变频后的PRACH基带信号。

11.如权利要求4所述的PRACH基带信号的生成方法，其特征在于，若采用Preamble格式3，所述m顺次取2至12、1至12及1至12。

12.如权利要求11所述的PRACH基带信号的生成方法，其特征在于，第一次发送544个上变频后的PRACH基带信号，第二次及以后发送2048个上变频后的PRACH基带信号。

13.如权利要求4所述的PRACH基带信号的生成方法，其特征在于，若采用Preamble格式4，所述m顺次取2、1、2。

14.如权利要求13所述的PRACH基带信号的生成方法，其特征在于，第一次发送448个上变频后的PRACH基带信号，第二次及以后发送2048个上变频后的PRACH基带信号。

15.一种PRACH基带信号的生成装置，其特征在于，包括：

ZC根序列生成模块，用以生成时域的ZC根序列；

N_ZC点DFT模块，用以将时域的ZC根序列变换成频域序列；

子载波映射和补零模块，用以将频域序列映射到N点IFFT对应的频域点上，并对N点IFFT对应的频域点中的空子载波补零；

N点IFFT模块，用以进行N点IFFT计算产生N个PRACH基带信号；第m段的N个PRACH基带信号利用公式：

$s(l+(m-1\left)N\right)=e^{j\frac{2\mathrm{\π}A}{MN}\·l}\·(e^{j\frac{2\mathrm{\π}A}{M}\·(m-1)}\·{\mathrm{\β}}_{PRACH})\underset{k=0}{\overset{N-1}{\Σ}}\left(X\right(k)\·e^{j\frac{2\mathrm{\π}k}{M}\·(m-1)})\·e^{j\frac{2\mathrm{\π}k}{MN}\·l}$

产生M段PRACH基带信号，每段有N个样值；

其中，N为IFFT计算的点数，且N的取值满足N＞N_zc的2的整数次幂，Ν_ZC为ZC根序列长度；l表示第m段内的第l个采样点，且l的取值满足0≤l≤N-1；m表示第m段信号，且m的取值满足1≤m≤M；M是满足的整数； K、k₀的取值和发送的格式相关；β_PRACH是幅度变换因子；Δf_RA表示随机接入数据的子载波空间；

存储模块，用以存储PRACH基带信号；

上变频模块，用以将PRACH基带信号上变频到服务小区的中心频点；

发送模块，用以发送上变频后的PRACH基带信号。

16.如权利要求15所述的PRACH基带信号的生成装置，其特征在于，所述存储模块利用乒乓机制，分别进行存储本次计算数据、存储并发送上次计算数据的功能。