TD-LTE系统中RACH信号检测的仿真与实现-AET-电子技术应用

TD-LTE系统中RACH信号检测的仿真与实现

来源：电子技术应用2011年第10期

李小文, 许虎

（重庆邮电大学通信与信息工程学院, 重庆 400065）

摘要：提出了TD-LTE系统中RACH（随机接入）信号检测算法。该算法利用ZC(Zadoff-Chu)序列和FFT（快速傅里叶变换）特点，结合循环相关函数为eNodeB提供快速有效的随机接入。仿真结果表明，在不同的信道环境下，该检测算法都能较好地工作，具有快速稳定、易于实现等优点。

关键词： TD-LTE系统随机接入前导检测

中图分类号：TN929.5
文献标识码：A
文章编号： 0258-7998(2011)10-0108-03

Simulation and realization on RACH signal detection in TD-LTE system

Li Xiaowen, Xu Hu

School of Communication and Information Engineering, Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing 400065, China

Abstract：RACH signal detection algorithm is proposed in TD-LTE system. According to the ZC sequence and FFT character; Moreover, combined with the circulate correlation function, the rapid and effective random accesss is provided. Simulation results show the effectiveness and reliability of algorithm under scenarios with different channel environment.

Key words :TD-LTE system; RACH; preamble detection

在TD-LTE系统中,随机接入过程的目的是使 UE 与网络建立连接或是使UE获得上行同步[1-2]。只有在随机接入过程完成后，UE和eNode才可以进行正常的数据传输和接收。然而由于有限的接入资源，在相同时间上多个UE同时发起随机接入就会产生碰撞，碰撞概率越大，UE接入eNode的延迟越大[3]。LTE系统要求提供更大的容量及更短的时延，所以能够设计出快速有效的随机接入过程对于LTE系统的性能很重要。TD-LTE系统无线帧中的RACH信号使用了ZC(Zadoff-Chu)序列[4]，由于ZC序列在时域和频率具有良好的相关性，所以利用接收端接收到的信号与本地生成前导序列的互相关，可以得到发送的前导序列号，但是这种算法运算量很大，给eNode带来很大的负担[1]。
本文提出了一种快速稳定、易于实现的利用FFT和循环相关求RACH信号检测的方法。首先分析了时域上前导检测算法和基于FFT和循环相关的检测算法，然后进行了算法的仿真及仿真结果分析。仿真结果显示，与时域的前导检测算法相比，基于FFT的循环相关的RACH检测算法在符合LTE物理层协议的性能要求时，大大减少了eNode的运算复杂度，对LTE整体性能有很好影响。

(1)计算两个序列各自的DFT;
(2)将其中一个DFT函数取共轭后与另一个DFT函数相乘，即是点乘;
(3)对该乘积取IDFT。
本文提出的基于FFT的循环相关RACH序列检测的算法利用FFT快速计算循环相关，在输出的序列中查找到峰值，即可确定发送的前导序列号和时间提前量。基于FFT的PRACH信号的检测流程如图3所示。

3 性能仿真
使用Matlab仿真工具，对循环相关函数采用直接和FFT的运算量进行分析。从图4可以看出,随着序列长度的增加，采用直接计算的计算量将急剧增加，而采用FFT后，计算量增长缓慢，可知对于NZC=839点的前导序列采用FFT后将大大减少运算量。

对提出的算法来估计RACH信号成功检测进行分析。协议要求的PRACH的误检测率[4]要求性能如表2[3]所示。仿真中用到的主要参数如表3。

　仿真结果如图5所示。图5表明，对于AWGN信道，当信噪比SNR=-11.5 dB时成功检测概率可以达到99%，表2中此时的情况SNR=-13.4 dB。由于表2中显示的是两天线情况，本文仿真是在单天线情况下进行的，所以结果略有差别。同理，对于ETU 70信道，图5满足性能要求时信噪比SNR=-6,表2中此时的情况SNR=-5.7 dB。由以上仿真结果可以看出，本文提出的算法能较好地工作，并且降低了eNode端的运算复杂度。

本文首先介绍了用TD-LTE系统无线帧中的ZC序列求RACH前导序列，并对时域的RACH信号检测算法进行分析，在此基础上提出了一种采用FFT和循环相关函数的检测算法。仿真表明,本文提出的算法能够满足TD-LTE系统上行随机接入的需要。该算法已经用到国家科技重大专项项目“TD-LTE无线终端综合测试仪表”的开发中，并验证了其有效性。
参考文献
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[3] SESIA S, TOUFIK L, BAKER M著. LTE-UMTS长期演进理论与实践.马霓,乌钢，张晓博，等译.北京：人民邮电出版社，2009.
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[5] 丁玉美.数字信号处理[M].西安:西安电子科技大学出版社，2002.
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[9] 3GPP TS 36.104 v9.0.0 Evolved Universal Terrestrial Radio Access; BaseStation(BS) radio transmission and reception(Release 9)[S].2009-12.

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