[发明专利]基于窄带物联网随机接入信道的最大相关估计检测方法

说明书

本发明属于移动通信技术领域，具体为基于窄带物联网随机接入信道的最大相关估计检测方法，本发明应用窄带物联网物理随机接入信道接收端检测过程，利用本地生成的发送端符号与天线接收符号相关，对载波频率偏移和定时提前量进行联合估计，并利用二维FFT模型对估计算子求解，使得相关值最大时，将最大相关值与判决门限比较，若相关值大于判决门限则认为有随机接入信号，否则认为不是。即其估计所得定时提前量取值和载波频率偏移值。其中前导索引号由接收第一个符号组的频率位置即可判断。仿真统计结果表明，前导码检测概率高于99％定时提前量估计误差值在±3us内，完全符合3GPP协议所规定值。本发明方可以有效应用于窄带物联网系统中。

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，具体涉及基于窄带物联网(NarrowBand Internetof Things,NB-IoT)随机接入信道的最大相关估计检测方法。

背景技术

随着物联网通信技术的快速发展，催生了低功耗广域(Low Power Wide Area，LPWA)技术的兴起。LPWA技术主要面向低功耗、广覆盖、远距离、低带宽的物联网业务，其种类繁多，其中具有代表性的技术主要包括基于非授权频谱的LoRa(Long Rang，LoRa)、Sigfox和基于授权频谱的窄带物联网。

NB-IoT是3GPP(3rd Generation Partnership Project，3GPP)为支持超低复杂性和低吞吐量物联网所引入蜂窝系统的一种LPWA蜂窝解决方案，其具有低成本、低功耗、大连接、广覆盖等优点。NB-IoT作为蜂窝系统中的一种新兴的无线接入技术，为了满足时延不敏感、无最低速率要求、传输间隔大和传输频率低的业务需求，其在LTE的基础上对协议栈的各子层以及各子层的关键技术过程均进行了相应的简化，而其中用于实现用户设备(UserEquipment，UE)初始接入网络和上行同步的随机接入过程也包含在内。在NB-IoT系统中，使用随机接入的目的与LTE类似，同样是当UE建立无线链路时用于实现初始接入和上行同步。然而，由于NB-IoT这一技术所面向的业务需求，以至于随机接入过程的发起频率是非常低的。

相比于传统LTE系统的Preamble采用循环移位ZC序列设计，窄带物联网前导序列设计完全摒弃了原有的设计方案，NB-IoT基于频域跳变规则设计了新的窄带物联网物理随机接入信道(NarrowBand Physcial Random Access Channel,NPRACH)，随机接入前导发送的最基本的单位为4个符号组，每个组由一个循环前缀和五个完全相同的符号组成。每个符号组发送时占用一个子载波，符号组之间配置两个等级的跳频间隔，1^st/2^nd组之间和3^st/4^nd组之间配置第一等级跳频间隔，FH1＝3.75kHz；2^nd/3^rd组之间配置第二等级的跳频间隔，FH1＝22.5kHz。由于每个符号组内发送的信号都是相同的，因此可以保证频域上配置多条NPRACH信道时信道间的正交，即无需在NPRACH信道之间配置保护带宽。其具体结构如附图3所示。为保证不同覆盖等级需求，NB-IoT采用信道窄带化技术实现功率谱密度的提升，同时采用了重复编码机制来提升随机接入信号的检测成功率。为保证上下行资源合理利用并且校准晶振频偏，NB-IoT在上下行传输过程中还引入了GAP(保护间隔)机制。具体如下：

提升发射功率谱密度：NB-IoT用信道窄带化提升发射功率谱密度，并重复编码和GAP机制以提升解码成功率。

窄带化技术——下行方向，在独立部署的方式下，NB-IoT的带宽仅为20MHz的1/100，同等发射功率前提下，功率谱密度提升约20dB。带内部署、保护带部署由于和LTE共享功率资源，功率谱密度提升被限制。上行方向，单载波带宽最小为3.75kHz，比20MHz的LTE终端发射功率谱密度提高约37dB。

重复编码技术——为了满足在恶劣环境下，终端能接入网络，NB-IoT采用在不同的覆盖等级下配置不同的随机接入参数方式，进而增加单次随机接入的成功率。