5G高速场景下随机接入前导设计和检测

针对5G高速场景下随机接入前导检测过程中大频偏导致峰值移位和能量泄露的问题，利用双共轭ZC（Zadoff-Chu）序列，构造了一种新的随机接入前导来消除整数倍频偏带来的峰值移位问题，并提出了一种小数倍频偏补偿算法补偿小数倍频偏导致的峰值能量弥散。所提方案的检测性能满足5G标准要求，并且在加性高斯白噪声信道和抽头延迟线信道中，当频偏大于子载波间隔时，所提算法的漏检率性能相较于限制集算法分别提升了1.3 dB和1.5 dB；当频偏大于两倍子载波间隔时，在限制集算法失效的情况下所提算法仍可以正确检测出前导。     

一种基于LTE随机接入前导检测的实现方案

为了提高随机接入过程中前导检测的效率,文章提出一种基于频域检测的固定阈值算法,该算法在频域检测的基础上通过假设固定阈值来检测签名前导序列,与传统时域的检测算法相比,它降低了复杂度,而且在阚值的选取上更加简单.通过性能仿真证明了该算法在不同信道环境下都有良好的检测性能.     

基于前导序列的OFDM定时同步与信道估计算法

本文针对IEEE802.11a前导序列无法精确定时的缺点,设计了一种新的前导序列,能够通过平台检测实现数据到达预警,之后利用有尖锐峰值的共轭对称结构做精确定时,因此误捕获率低,且不受频率偏移的影响.针对LS算法未考虑噪声带来估计误差的缺点,改进算法将LS算法估计的频域信道传输函数转换到时域,在时域利用信道脉冲响应的有限性,消除一部分噪声,再将其变换到频域替代LS算法所估计的信道传输函数.仿真结果表明,改进算法的均方误差较LS算法约有8dB的性能增益.     

面向低轨卫星互联网的随机接入前导码传输技术

围绕低轨卫星随机接入过程中前导码传输性能开展研究，在对现有基于Zadoff-Chu(ZC)序列的两种前导码设计方案基础上，提出一个三级ZC根序列级联的前导码设计方法，并给出了复杂度分析结果。此外，在考虑离散傅里叶变换扩展正交频分复用(Discrete Fourier Transform spread OFDM,DFT-s-OFDM)波形传输的情况下，对低轨卫星随机接入过程前导码检测性能开展了系统级仿真。通过仿真首先探明了不同类型前导码进行峰值检测时所具有的最优检测阈值，其次探究了不同多普勒频移和多用户干扰对前导码检测性能的作用机理，最后分析了不同天气条件对多用户前导码检测性能的影响。上述研究显示采用多个ZC根序列级联的方法可显著提高低轨卫星随机接入用户的数量，但复杂度较高，且受多用户干扰和多普勒频移的影响，该方法的检测性能受限。     

低轨LTE卫星随机接入前导设计及检测算法研究

针对低轨卫星环境中的较广波束覆盖范围和较大多普勒频移的特点,研究了能够应用于低轨LTE（Long Term Evolution）卫星移动通信中的随机接入前导及其检测算法。首先,提出多根长序列（MRLS）,该序列通过级联多个根序列号不同的短ZC（Zadoff-Chu）根序列构建,可以支持一步定时提前估计;其次,提出一种基于MRLS的随机接入前导检测算法,该算法通过相邻短ZC根序列的共轭相乘产生多个检测序列,再与多个待检序列进行联合差分相关检测,克服了整数倍和小数倍子载波间隔的多普勒频移的影响。仿真结果表明,利用MRLS序列,所提算法对载波频率偏移具有很好的鲁棒性,适用于基于LTE的低轨卫星移动通信系统。     

大时延卫星通信的随机接入分段前导检测

针对卫星通信场景下具有较大用户传输时延的特点,提出了一种随机接入分段前导检测算法.不同于现有随机接入前导检测算法中仅提取前导序列区间对应接收信号的做法,该算法根据发送信号中前导序列与保护间隔对应的时间区间,分两段提取接收信号,从而分别估计传输时延的小数倍与整数倍部分.此外,设计了峰值二次有效性评估机制,有效解决了整数倍时延估计过程中小数倍时延带来的伪峰问题.最后,推导了虚警概率与相关门限关系的闭式表达式以确定最小相关门限值.仿真结果表明,所提算法能够在大时延环境下对时延进行准确估计,并且极大节省了前导根序列和时间资源开销,适用于卫星通信随机接入场景.     

卫星通信系统两步随机接入技术研究

为了实现卫星通信系统低延迟高可靠接入,研究了两步随机接入技术中的信道设计及接收端检测算法.针对卫星场景提出了一种两步随机接入信道设计方案,对两步随机接入信道中数据部分的信道结构以及前导和数据之间的映射方式进行了设计.针对传统最小均方串行干扰消除(Minimum Mean Squared Error-Successive Interference Cancellation,MMSE-SIC)算法中存在误差传播问题导致解码性能降低的问题,提出了一种多判决排序串行干扰消除(Multi-decision Ordered Successive Interference Cancellation,MD-OSIC)算法,以提升多用户发起接入时数据部分检测的可靠性.仿真结果验证了所设计信道及检测算法在典型卫星通信场景下应用的可行性.     

一种新型OFDM前导符号频域结构设计及其接收算法

文章对OFDM广播系统中前导符号的频域结构进行了研究,提出了一种固定序列和信令序列奇偶交错排列的新结构,其中固定序列可用于整数倍频偏估计和信道估计,信令序列用于承载信令内容。基于该结构,给出了一个前导符号频域的具体方案与参数。还介绍了适用于该种结构的接收算法,并基于上述参数与算法进行了仿真试验。仿真结果表明,该种前导符号频域结构具有优异的检测与解码性能,能够适用于各类固定及移动场景。     

IEEE802.16e系统上行链路初始测距算法研究

该文提出了一种适用于IEEE802.16e的OFDMA系统上行链路的初始测距频域改进算法。频域算法利用测距信号具有连续相位的特点,在频域将接收信号与备选码字共轭相关,按照接入用户信号的强弱依次检测出不同用户发送的码字和定时偏差,从而完成初始测距过程。改进频域算法在频域检测方法的基础上结合了串行干扰抵消的思想,提高了多用户同时接入系统时的正确检测概率,降低了虚警概率。通过仿真比较了改进算法和时域、频域算法的性能。结果表明,所提出的算法在计算复杂度和性能上兼有一定的优势。     

一种基于阈值的时域信道估计方法

研究了单载波频域均衡(SC-FDE)系统中基于PN码相关的时域信道估计方法,针对该方法低信噪比下信道估计值易受噪声影响的不足,提出了一种基于阈值的时域信道估计方法。该方法利用PN前导估计噪声功率并设置相应的噪声阈值,从而实现对信道估计值的去噪处理。仿真结果表明,该方法能进一步降低信道估计均方误差,在误码率为10~(-2)时,可获得2.5 dB的信噪比增益。     

A Hardware-Efficient Algorithm for Real-Time Computation of Zadoff–Chu Sequences

A hardware-efficient algorithm and architecture for computing Zadoff–Chu (ZC) sequence elements on-line using the CORDIC algorithm are proposed. Zadoff–Chu sequences possess good correlation properties that are essential in a variety of engineering applications, such as establishing timing synchronization between a mobile terminal and a base station in the emerging 3GPP long-term evolution (LTE) physical layer standard for cellular communications. The proposed algorithm computes ZC-sequence elements both in time domain and frequency domain using a simple duality relationship. Algorithm transforms are employed to compute the elements recursively and eliminate the need for multipliers with non-constant terms. A reconfigurable hardware architecture was implemented and applied in a searcher block for detecting the physical random access channel (PRACH) in LTE. The PRACH provides a mechanism for a mobile to establish initial access along with uplink synchronization by transmitting a preamble that is constructed from ZC sequences. The proposed architecture is capable of generating these preambles on the fly with high accuracy, eliminating the need for storing a large number of long complex-valued ZC sequence elements. Simulation results demonstrate that the proposed architecture is capable of achieving detection error rates for LTE PRACH that are close to ideal rates achieved using floating point precision. (The work has been presented in part in Mansour (2009).)     

基于实测的WLAN系统导频位置优化设计

针对IEEE 802.11ac“利用前导序列符号+梳状导频”的帧结构,推导出基于最大似然估计的校正方案性能评估公式。基于该公式分析了导频位置选择、信道衰落及子载波间相关性对校正性能的影响。提出了一种信令交换方式,可以实现收发端优化导频位置同步,并根据信道响应的幅度信息,设计了一种低复杂度的导频位置优化的方案,能够在保证性能不损失的情况下,节省导频开销。仿真与实测的结果显示,对于理想瑞利信道数据,校正性能在信道幅度信息未知和已知的情况下分别提升1.85 dB和7.15 dB;对于实测信道数据,则分别提升1.67 dB和2.68 dB。     

面向mMIMO系统的模式分割随机接入方案

为提升海量机器类通信（massive machine-type communication,m MTC）设备的随机接入（random access,RA）性能,提出一种面向大规模多输入多输出（massive multiple-input multiple-output,m MIMO）系统的模式分割随机接入（pattern division random access,PDRA）方案。该方案将导频竞争空间扩展到模式域,通过叠加同一ZC(Zadoff-Chu）根序列的L个不同循环移位序列,设计基于“图样叠加”的模式域导频,在不增加物理资源的前提下扩大导频集合。仿真结果表明,在不影响信道估计和数据检测性能的前提下,与传统RA方案相比,PDRA方案能够显著降低导频碰撞概率,提高接入成功率。     

基于双向逐幸存路径处理的空时格形码软判决自适应解码

本文提出一种针对TDMA下行链路的空时格形码自适应解码算法.为充分利用下行链路相邻时隙前导序列中的正交导引信号,该解码算法采用了双向逐幸存路径处理技术——正向处理利用基于当前时隙前导序列的自适应信道估计实现正向解码,并将软判决结果传递给反向处理模块;以正向软判决为先验知识,反向处理利用基于下一时隙前导序列的自适应信道估计实现反向解码,并将反向软判决作为最终结果输出.计算机仿真结果表明:在存在卷积外码的情况下,与基于最大似然序列检测的单向硬判决解码相比,基于所提出算法的软判决解码在多普勒频移小于60赫兹的时变信道中可提供1～2dB的增益.     

基于噪声估计的改进能量熵语音端点检测算法

针对传统能量熵的短时能量与子带谱熵容易受噪声环境影响,低信噪比下端点检测性能下降的问题,提出一种基于噪声估计的改进能量熵语音端点检测算法.首先对语音进行噪声估计并以此计算语音存在概率;然后利用估计的噪声能量修正短时能量,用语音存在概率作为加权系数优化子带谱熵,并将两者结合生成改进的能量熵;最后给出基于噪声估计的动态门限以及实时的端点检测策略.实验结果表明,在信噪比5 dB、0 dB的多种噪声环境中,基于噪声估计的改进能量熵端点检测算法相比传统能量熵算法与改进子带能谱比算法,检测正确率平均提升7％.     

基于检测门限优化的DVB-T信号联合检测算法

针对检测过程中认知信号检测门限难以合理设定以及检测准确率不高的问题,根据数字电视地面广播(DVB-T)信号循环前缀特征,给出一种联合能量检测与循环前缀相关检测算法。该算法将虚警概率与检测概率的加权作为门限的函数,通过最小化函数获得优化检测门限,最终达到提高系统检测性能的目的。仿真结果也表明,在信噪比为-25~-10 dB时,对比传统能量检测算法,采用优化判决门限的能量检测算法,检测概率提高了10%~22%,联合检测算法的检测准确率提高了2%~25%。