CN103037429B - 一种td-lte系统的干扰检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种TD-LTE系统的干扰检测方法，该方法首先对与用户建立连接的基站发送出的Preamble码进行相关性计算，然后根据不同的前导序列格式，通过比较计算值与理论值或计算值与阈值之间的关系，得出是否受到用户间干扰、探测参考信号干扰以及其他基站的干扰。与现有技术相比，本发明能够快速检测出是否受到用户间干扰、探测参考信号干扰以及其他基站的干扰，不需要额外的检测干扰的开销，具有省时、省力、经济的优点，提高了检测的效率。

Description

一种TD-LTE系统的干扰检测方法

技术领域

本发明涉及下一代宽带无线通信技术领域，尤其涉及一种在TD-LTE系统下的干扰检测方法。

背景技术

目前，3G(3^rd Generation，第三代移动通信系统)网络在国内已经商用并迅速普及，而在4G(4^th Generation，第四代移动通信系统)标准方面，中国拥有自主知识产权的TD-LTE标准的商用也已经提上了日程，因此为TD-LTE网络的建设寻找一种高效的规划和优化方法是备受关注的问题。

在TD-LTE系统中，随机接入过程的目的是使用户终端设备(UE)与网络建立连接或是使UE获得上行同步。只有在随机接入过程完成后，UE和eNodeB才可以进行正常的数据传输和接收。根据LTE规范，LTE-TDD系统采用的是非同步随机接入过程。在进行初始的非同步的物理随机接入过程之前，物理层从高层接收随机接入信道参数。

为了保证不同覆盖情况下随机接入检测的性能，TD-LTE系统中给出了如图1所示的随机接入前导序列的序列格式，具体参数如表1所示。

表1

前导序列格式	TCP	TSEQ
			Format 0	3168TS	24576TS
format 1	21024TS	24576TS
			format 2	6240TS	59152TS
format 3	21024TS	59152TS
			format 4	448TS	4096TS

format 0～3是TDD系统和FDD系统所共有，而前导序列格式format 4为LTE-TDD所独有的，并且只在特殊时隙，上行导频时隙(UpPTS)中进行传输。由于UpPTS上不存在物理上行控制信道(PUCCH)，采用了特别的机制：从上行频域的边际开始，连续分布，在两次UpPTS之间采用跳频的方式获得频率分集增益，如图2所示。

现有的干扰源查找技术有：基于导频信号的干扰检测方法，该方法根据导频信号的接收功率来判断整个频段的干扰情况，在系统不同地方插入导频信号，利用导频信号功率设定干扰检测门限，由于导频信号占用系统子载波，从而降低了频谱利用率。

基于接收信号瞬时功率的干扰检测方法，该方法使用接收信号的瞬时功率生成功率检测因子与接收系列作相关性检测，要时刻提取信号的瞬时功率做相关性运算，运算量大。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种省时、省力、经济的TD-LTE系统的干扰检测方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种TD-LTE系统的干扰检测方法，该方法包括以下步骤：

1)基站端由媒体介入控制(MAC)层接收随机接入信道(PRACH)的参数；

2)根据接收到的随机接入信道的参数，得出对应的随机接入信道的信道位置，并根据该信道位置获取随机接入前导序列的序列格式；

3)对用户端发送的随机接入前导序列进行处理，获取随机接入信道的基带信号，基站接收到该基带信号后，对其进行逆处理获取用户端发送的随机接入前导序列；

4)若步骤2)中随机接入前导序列的序列格式为format 0～3，则执行步骤5)，采用多用户随机接入信息进行相关检测；若步骤2)中随机接入前导序列的序列格式为format 4，则执行步骤6)，通过对单用户的前后半帧信号在上行导频时隙上传输的随机接入前导序列分别进行相关检测；

5)将多个用户的随机接入前导序列与基站端预先存储的根序列进行相关运算，获取计算相关值，并比较计算相关值和理论相关值，若计算相关值和理论相关值差的绝对值超过预先设定的阈值，则该随机接入信道受到干扰；若未超过预先设定的阈值，则该随机接入信道未受到干扰；

6)对单个用户前半帧信号上的随机接入前导序列以及后半帧信号上的随机接入前导序列分别与基站端预先存储的根序列进行相关运算，分别获取并比较前半帧信号和后半帧信号的计算相关值，若其差的绝对值超过预先设定的阈值，则该随机接入信道受到干扰；若未超过预先设定的阈值，则该随机接入信道未受到干扰。

步骤1)中随机接入信道的参数包括配置信息、频率位置、基站端所覆盖的信号小区的根序列及其在随机接入前导序列集合中的循环移位参数，该循环移位参数包括根序列循环索引、循环移位值和集合类型。

步骤2)中根据3GPP协议36.211中规定的TDD type2的帧结构，并由上行导频时隙上传输的随机接入前导序列在时域和频域的映射来确定相应的随机接入信道的信道位置，判断前导序列的格式为format 0～3或format 4。

步骤3)中对随机接入前导序列进行正交频分复用调制、映射、添加循环前缀得到随机接入信道的基带信号，基站接收该基带信号后，进行去循环前缀、正交频分复用解调、解映射，来获得用户端发送的随机接入前导序列。

步骤5)中多用户进行相关检测的用户数量最多为3个，具体检测步骤如下：

A)将用户1的随机接入前导序列与基站端预先存储的根序列进行相关运算，获取计算相关值，并比较用户1的计算相关值与理论相关值，得到其差的绝对值作为第一判定值；

B)将用户2的随机接入前导序列与基站端预先存储的根序列进行相关运算，获取计算相关值，并比较用户2的计算相关值与理论相关值，得到其差的绝对值作为第二判定值；

C)若第一判定值和第二判定值均超过预先设定的阈值，则该随机接入信道受到干扰；若第一判定值和第二判定值均未超过预先设定的阈值，则该随机接入信道未受到干扰；若第一判定值和第二判定值中仅有一个超过预先设定的阈值，则执行步骤D)；

D)将用户3的随机接入前导序列与基站端预先存储的根序列进行相关运算，获取计算相关值，并比较用户3的计算相关值与理论相关值，得到其差的绝对值作为第三判定值，若第三判定值超过预先设定的阈值，则该随机接入信道受到干扰，若第三判定值未超过预先设定的阈值，则该随机接入信道未受到干扰。

所述的随机接入前导序列为ZC序列，其表达式为：

x_u，v(n)＝x_u((n+C_v)modN_zc)

式中，C_v为循环位移值，N_zc为循环周期，0≤n≤N_zc-1，u为根序列的循环索引；

所述的计算相关值的表达式为：

$R_{u,v}\left(m\right)=\underset{n=0}{\overset{N_{\mathrm{zc}}-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}^{*}\left(n\right)\·x(n+m)$

式中，m＝0，1，...，N_cs-1，r(n)为基站端接收到的信号，，N_cs为采用的相关窗大小。

步骤5中多用户进行相关检测的阈值为：Th₁＝N_zc·(1-α/σ²)，其中，α由预定的虚警概率确定，σ²为基站端接收时的噪声方差。

步骤6中单用户进行相关检测的阈值为：Th₂＝β·N_zc·(1-α/σ²)，其中，0.2≤β≤0.6，α由预定的虚警概率确定，σ²为基站端接收时的噪声方差。

与现有技术相比，本发明可以快速检测出是否受到用户间干扰、探测参考信号干扰以及其他基站的干扰，不需要额外的检测干扰的开销，提高了检测的效率。

附图说明

图1是TD-LTE系统中随机接入前导序列的示意图；

图2是3GPP协议36.211中TDD Type2中format 4的频分与跳频示意图；

图3是本发明提出的干扰检测的流程图；

图4是多用户前导序列检测模型图；

图5是多用户随机接入干扰检测流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图3所示，一种TD-LTE系统的干扰检测方法，该方法包括以下步骤：

步骤301：基站端由媒体介入控制层接收随机接入信道的参数，这些参数包括参数包括配置信息、频率位置、基站端所覆盖的信号小区的根序列及其在随机接入前导序列集合中的循环移位参数，其中，循环移位参数又包括根序列循环索引、循环移位值和集合类型等。

步骤302：根据接收到的随机接入信道的参数，得出对应的随机接入信道的信道位置，并根据该信道位置获取随机接入前导序列的序列格式。由于是在TD-LTE系统中，因此可以根据3GPP协议36.211中规定的TDD type2的帧结构，并由上行导频时隙上传输的随机接入前导序列在时域和频域的映射来确定相应的随机接入信道的信道位置，并由此判断前导序列的格式为format 0～3或format 4。具体的判断方法为通过查找3GPP协议36.211中的TDD type2帧结构的随机接入配置表确定。

步骤303：对用户端发送的随机接入前导序列进行正交频分复用调制、映射、添加循环前缀等处理，获取随机接入信道的基带信号，基站接收到该基带信号后，对其进行去循环前缀、正交频分复用解调、解映射等逆处理获取用户端发送的随机接入前导序列。

由于ZC序列具有良好的自相关性和很低的互相关性，因此随机接入前导序列选择ZC序列，其表达式为：

x_u，v(n)＝x_u((n+C_v)modN_zc)

式中，C_v为循环位移值，N_zc为循环周期，0≤n≤N_zc-1，u为根序列的循环索引。

步骤304：若步骤302中随机接入前导序列的序列格式为format 0～3，则采用如图4所示的多用户前导序列的检测模型，接收端对序列做频域检测或者时域检测，本实施例采用的时时域检测的方法，具体的检测流程如图5所示，包括以下几个步骤：

步骤501：将用户1的随机接入前导序列与基站端预先存储的根序列进行相关运算，获取计算相关值，并比较用户1的计算相关值与理论相关值，得到其差的绝对值作为第一判定值。其中，计算相关值的表达式为：

$R_{u,v}\left(m\right)=\underset{n=0}{\overset{N_{\mathrm{zc}}-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}^{*}\left(n\right)\·x(n+m)$

式中，m＝0，1，...，N_cs-1，r(n)为基站端接收到的信号，，N_cs为采用的相关窗大小。

而理论相关值可以通过计算得出，由于ZC序列具有恒包络性的特点，表现为：

$\left|e^{-j\frac{\mathrm{\πun}(n+1)}{N_{\mathrm{zc}}}}\right|=1$

因此，ZC序列的幅值恒为1，因此其理论相关值为N_zc，在本实施例中确定为839。

步骤502：采用相同的方法将用户2的随机接入前导序列与基站端预先存储的根序列进行相关运算，获取计算相关值，并比较用户2的计算相关值与理论相关值，得到其差的绝对值作为第二判定值；

步骤503：若第一判定值和第二判定值均超过预先设定的阈值，则该随机接入信道受到干扰；若第一判定值和第二判定值均未超过预先设定的阈值，则该随机接入信道未受到干扰；若第一判定值和第二判定值中仅有一个超过预先设定的阈值，则执行步骤504。其中，阈值设定为：Th₁＝N_zc·(1-α/σ²)，在上式中N_zc的值为839，α由预定的虚警概率确定，根据3GPP协议36.211规定，虚警的概率应小于0.1％，σ²为基站端接收时的噪声方差。该阈值的设定原理是把信号中的噪声先除去，然后再乘上预先设定的参数α，最后用1减去两者的乘积，便得到归一化后的阈值。

步骤504：如果用户1和用户2中只有一个大于阈值，则不要通过用户3的结果来进行判断。将用户3的随机接入前导序列与基站端预先存储的根序列进行相关运算，获取计算相关值，并比较用户3的计算相关值与理论相关值，得到其差的绝对值作为第三判定值，若第三判定值超过预先设定的阈值，则该随机接入信道受到干扰，若第三判定值未超过预先设定的阈值，则该随机接入信道未受到干扰。

在进行用户3相关检测时，由于已经减去了用户1、用户2的随机接入前导序列，所以可以通过适当减小阈值的大小来达到更加准确的目的。

步骤305：如果步骤2)中随机接入前导序列的序列格式为format 4，format 4只在上行导频时隙中进行传输，采用了特别的机制：从上行频域的边际开始，连续分布，在两次上行导频时隙之间采用跳频的方式获得频率分集增益。由于该格式的随机接入前导序列较短，为139个，相关性较差，而且在上行导频时隙上分集传输，因此通过对单用户的前后半帧信号在上行导频时隙上传输的随机接入前导序列分别进行相关检测。该步骤中阈值设定为：Th₂＝β·N_zc·(1-α/σ²)，其中，β参数的值可以根据实际情况在0.2～0.6之间波动，N_zc的值为139，α和σ²均与阈值Th₁一致。

通过该方法可以快速检测出是否受到用户间干扰、探测参考信号干扰以及其他基站的干扰，不需要额外的检测干扰的开销，提高了检测的效率。

Claims (7)

1.一种TD-LTE系统的干扰检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)基站端由媒体介入控制层接收随机接入信道的参数；

2)根据接收到的随机接入信道的参数，得出对应的随机接入信道的信道位置，并根据该信道位置获取随机接入前导序列的序列格式；

3)对用户端发送的随机接入前导序列进行处理，获取随机接入信道的基带信号，基站接收到该基带信号后，对其进行逆处理获取用户端发送的随机接入前导序列；

4)若步骤2)中随机接入前导序列的序列格式为format 0～3，则执行步骤5)，采用多用户随机接入信息进行相关检测；若步骤2)中随机接入前导序列的序列格式为format 4，则执行步骤6)，通过对单用户的前后半帧信号在上行导频时隙上传输的随机接入前导序列分别进行相关检测；

5)将多个用户的随机接入前导序列与基站端预先存储的根序列进行相关运算，获取计算相关值，并比较计算相关值和理论相关值，若计算相关值和理论相关值差的绝对值超过预先设定的阈值，则该随机接入信道受到干扰；若未超过预先设定的阈值，则该随机接入信道未受到干扰；

6)对单个用户前半帧信号上的随机接入前导序列以及后半帧信号上的随机接入前导序列分别与基站端预先存储的根序列进行相关运算，分别获取并比较前半帧信号和后半帧信号的计算相关值，若其差的绝对值超过预先设定的阈值，则该随机接入信道受到干扰；若未超过预先设定的阈值，则该随机接入信道未受到干扰。

2.根据权利要求1所述的一种TD-LTE系统的干扰检测方法，其特征在于，步骤1)中随机接入信道的参数包括配置信息、频率位置、基站端所覆盖的信号小区的根序列及其在随机接入前导序列集合中的循环移位参数，该循环移位参数包括根序列循环索引、循环移位值和集合类型。

3.根据权利要求1所述的一种TD-LTE系统的干扰检测方法，其特征在于，步骤2)中根据3GPP协议36.211中规定的TDD type2的帧结构，并由上行导频时隙上传输的随机接入前导序列在时域和频域的映射来确定相应的随机接入信道的信道位置，判断前导序列的格式为format 0～3或format 4。

4.根据权利要求1所述的一种TD-LTE系统的干扰检测方法，其特征在于，步骤3)中对随机接入前导序列进行正交频分复用调制、映射、添加循环前缀得到随机接入信道的基带信号，基站接收该基带信号后，进行去循环前缀、正交频分复用解调、解映射，来获得用户端发送的随机接入前导序列。

5.根据权利要求1所述的一种TD-LTE系统的干扰检测方法，其特征在于，步骤5)中多用户进行相关检测的用户数量最多为3个，具体检测步骤如下：

A)将用户1的随机接入前导序列与基站端预先存储的根序列进行相关运算，获取计算相关值，并比较用户1的计算相关值与理论相关值，得到其差的绝对值作为第一判定值；

B)将用户2的随机接入前导序列与基站端预先存储的根序列进行相关运算，获取计算相关值，并比较用户2的计算相关值与理论相关值，得到其差的绝对值作为第二判定值；

C)若第一判定值和第二判定值均超过预先设定的阈值，则该随机接入信道受到干扰；若第一判定值和第二判定值均未超过预先设定的阈值，则该随机接入信道未受到干扰；若第一判定值和第二判定值中仅有一个超过预先设定的阈值，则执行步骤D)；

D)将用户3的随机接入前导序列与基站端预先存储的根序列进行相关运算，获取计算相关值，并比较用户3的计算相关值与理论相关值，得到其差的绝对值作为第三判定值，若第三判定值超过预先设定的阈值，则该随机接入信道受到干扰，若第三判定值未超过预先设定的阈值，则该随机接入信道未受到干扰。

6.根据权利要求5所述的一种TD-LTE系统的干扰检测方法，其特征在于，步骤5)中多用户进行相关检测的阈值为：Th₁＝N_zc·(1-α/σ²)，其中，α由预定的虚警概率确定，σ²为基站端接收时的噪声方差，N_zc为循环周期。

7.根据权利要求1所述的一种TD-LTE系统的干扰检测方法，其特征在于，步骤6)中单用户进行相关检测的阈值为：Th₂＝β·N_zc·(1-α/σ²)，其中，0.2≤β≤0.6，α由预定的虚警概率确定，σ²为基站端接收时的噪声方差，N_zc为循环周期。