具体实施方式

对第四代移动通信技术(4G，第四代移动通信技术)、长期演进(LTE，长期演进)、高级长期演进(LTE-Advanced/LTE-A，长期演进高级)和第五代移动通信技术(5G，第五代移动通信技术)的需求日益增长。

在非地面网络中，近地轨道(LEO)卫星通信因其支持高带宽和低时延通信的潜力而吸引了业界的广泛兴趣。然而，快速运动的LEO卫星会导致发射和接收的信号出现较大的频率偏移。虽然用户设备(UE)在检测下行链路同步信号时通常会执行粗略的频率偏移估计，但是残余频率偏移仍然可以相对较大，这给非地面网络中的随机接入过程带来了新的挑战。此外，由大传播延迟引起的潜在大时间偏移可以超过常规随机接入前导码(例如，LTE物理随机接入信道(PRACH)前导码)的能力。因此，当用于非地面随机接入过程时，具有能够容忍大的频率和时间偏移的随机接入前导码格式是有利的。

在LTE中，物理随机接入信道(PRACH)用于将用户设备(UE)的接入请求传送给基站(BS)。BS根据PRACH前导码检测UE及其时间延迟，然后向UE提供定时提前(TA)信息。LTE前导码是基于Zadoff-Chu(ZC)序列(长度为139或839)和不同长度的循环移位构建的。对于给定小区，64个不同的随机接入序列被提供给所有UE。相应的根池和循环移位池(循环移位列表集合)被广播给所有UE。UE随机地选择根和循环移位来生成其随机接入前导码信号。

图1示出了包括BS 120和一个或多个用户设备(UE)111、112和113的无线通信系统(例如，LTE、5G或新无线电(NR)蜂窝网络)的示例。上行链路传输(131、132、133)包括如本申请中所描述的随机接入前导码。UE可以是例如智能手机、平板电脑、移动计算机、机器对机器(M2M)设备、终端、移动设备、物联网(IoT)设备等。

本申请仅使用来自3GPP新无线电(NR)网络架构和5G协议的示例，以促进理解，并且所公开的技术和实施例可以在使用不同于3GPP协议的通信协议的其他无线系统中实践。

图2示出了传统随机接入前导码格式(例如，前导码格式0(210)、前导码格式1(220)、前导码格式2(230)和前导码格式3(240))的示例。不同的随机接入前导码格式用于常规无线通信系统中(例如，在LTE PRACH随机接入前导码中)的信令，以支持不同的基站小区大小。也就是说，不同的随机接入前导码格式(连同下文进一步描述的不同的循环前缀长度)允许在距离基站不同的距离处并且相对于基站以不同的速度行进的用户/UE与基站可靠地与基站同步。例如，为了扩展基站的覆盖范围，一个或多个随机接入前导码格式(例如，图2中的前导码格式1(220))可以提供重复随机接入前导码序列(例如，序列222)，以形成序列224。该重复序列222和224然后可以被合并以形成更长的随机接入前导码序列。然而，这种用于获得更长的随机接入前导码的技术在若干方面存在缺陷。例如，常规的前导码格式不能支持大于子载波间隔(SCS)的频率偏移，因为接收机用于检测随机接入前导码的相关性峰值可以由于频率偏移而显著偏移，并且它可以落在另一UE的检测窗口中。因此，较大的循环移位长度通常用于高速场景，在这种场景下，预计会有高频率偏移。需要一种不同于简单重复的技术来克服在针对大的时间和频率偏移扩展常规随机接入前导码时的这些和其他问题。下面将进一步讨论改进的随机接入前导码格式的附加好处。

图3示出了说明用于生成前导码的方法的代表性流程300，其中若干ZC序列被生成，被分组到至少两个组中，并被合并以生成前导码序列。每个组包括具有不同循环移位的多个ZC序列，其中每个组中的ZC序列具有唯一的根。在框310处，用户设备(UE)从基站接收UE将使用以生成用于随机接入前导码序列的Zadoff-Chu(ZC)序列的长度(L)、根{u}和循环移位列表{v_ri}；u＝{u₁，u₂，u₃，…，u_R}是允许UE生成多达R个不同的根/基ZC序列的R个根，并且v_ri(v_ri1，v_ri2，v_ri3，…，其中r＝根，i＝列表编号)是对应于每个根的循环移位列表的集合，以允许UE从每个根序列生成循环移位的ZC序列。例如，对于根u₁，UE可以接收循环移位列表{v₁₁，v₁₂，v₁₃，…}，其中v_1i＝(v_1i1，v_1i2，…)是对应于根u₁的第i个循环移位列表；对于根u₂，UE可以接收循环移位列表{v₂₁，v₂₂，…}，其中，v_2j＝(v_2j1，v_2j2，v_2j3，…)是对应于根u₂的第j个循环移位列表，等等。在不同的实施例中，循环移位列表可以具有相同或不同数量的元素，并且每个根可以具有不同数量的循环移位列表。

在框320处，UE从根u的集合中选择ZC根(u₁)，并且从对应于所选择的根u₁的循环移位列表的集合中选择第i个循环移位列表(v_1i)。

在框330处，UE选择ZC根u₂，并且从对应于根u₂的循环移位列表中选择第j个循环移位列表v_2j。

在框340处，UE导出一组具有根u₁和循环移位v_1i的长度为L的ZC序列。例如，UE可以生成具有循环移位v_1i1的ZC序列、具有循环移位v_1i2的ZC序列等，其中循环移位是从第i个循环移位列表获得的(例如，如果选择了u₁的第一循环移位列表，则循环移位是v₁₁₁、v₁₁₂、v₁₁₃等)。

在框350处，UE导出具有根u₂和循环移位v_2j的另一组长度为L的ZC序列。例如，UE生成被v_2j1、v_2j2、…等循环移位的ZC序列(例如，如果选择了u₂的第一循环移位列表，则循环移位为v₂₁₁、v₂₁₂、v₂₁₃、v₂₁₄等)。在一些实施例中，UE可以从UE的存储器中(诸如使用所选择的根和循环移位列表从查找表(LUT)中)获得预定义的ZC序列。

在框360处，UE合并在框340和350中生成的ZC序列以形成前导码序列。在一些实施例中，UE级联序列，而在其他实施例中，UE叠加序列，或者合并级联和叠加以生成前导码。UE可以重复框320-350以生成用于附加根的附加ZC序列。在一些实施例中，每个ZC根使用至少两个ZC序列，并且至少两个ZC根被用于形成前导码序列。通常，对于多个根和每个根的多个循环移位，在框360处生成的前导码可以被表示为：其中第一组ZC序列使用对应于u₁的第i个循环移位列表(并且第i个循环移位列表具有n₁个循环移位值)；第二组ZC序列使用对应于u₂的第j个循环移位列表(并且第j个循环移位列表具有n₂个循环移位值)；并且第r组ZC序列使用对应于根u_r的第k个循环移位列表(并且第k个循环移位列表具有n_r个循环移位值)。UE使用所生成的前导码序列来生成随机接入前导码波形(其将该随机接入前导码波形传送给无线节点(例如，基站))，作为随机接入过程(例如，用于UE的初始网络接入、连接重建、切换等)的一部分。

在一些实施例中，如下面进一步描述的，对应于根r的循环移位列表的集合中的每个循环移位列表是唯一的。也就是说，对于任何循环移位s，根r的第i个循环移位列表不与根r的第j个循环移位列表重叠。例如，考虑到循环移位列表按递增顺序的情况，对于任何列表，j≠i，对于任何s，[(v_rj1，v_rj2，…)+s)]mod L≠(v_ri1，v_ri2，…)。

图4示出了通过在时域中级联若干短前导码(包括前导码412、414、422和424)而生成的长前导码400的示例。通常，诸如前导码400之类的长前导码可以通过在时域中或叠加N_sp个短前导码来生成。每个组成的短前导码(例如，前导码412、414、422和424)根据长度为L的Zadoff-Chu(ZC)序列生成，其特征在于根u和循环移位v。为了生成长前导码，两个或更多个不同的根被用于生成组成的短前导码(即，N_u≥2)。长前导码可以被表示为：其中注意，为了更好的可读性，上面的循环移位对应的列表编号已经被删除。也就是说，如下面关于图11所讨论的，如果对应于u₁根的第一组选择第i个循环移位列表，则第一组可以被表示为

在图4中描绘的长前导码400中，两个根u₁和u₂被用于组成的短前导码。第一组短前导码410使用根u₁。u₁根序列被循环移位以获得(u₁，v_1i1，v_1i2，…，v_1iN)。为了方便起见，在下面的描述中将其表示为(u₁，v₁₁，v₁₂，…，v_1n)，省略循环移位列表索引i。类似地，第二组短前导码420使用根u₂，并且根序列被循环移位以获得((u₂，v_2j1，v_2j2，…，v_2jm)。为了方便起见，在下面的描述中将其表示为(u₂，v₂₁，v₂₂，…，v_2m)，省略循环移位索引j。也就是说，n+m＝N_sp个短序列被级联以形成长前导码400。在一些实施例中，不同的ZC序列可以具有不同的长度。

上面描述的前导码格式使用Nu个不同的根来克服上面讨论的问题(例如，常规随机接入前导码不能诸如在非地面网络中检测大的频率偏移(例如，其中相关性峰值可能转移到其他用户的检测窗口，导致错误的接收机检测结果))。此外，如下面进一步讨论的，峰值的合并(对应于上面的循环移位列表)被用于识别特定用户。使用多个根的长前导码能够在接收机处实现高频率偏移估计，这例如在非地面网络应用中是非常理想的。

循环移位列表v₁₁，v₁₂，…，v_1n是随机接入过程中的唯一签名。唯一性在于列表中相邻序列之间的循环移位量，例如，v₁₂-v₁₁，v₁₃-v₁₂，…，v_1(n-1)-v_1n。如果来自同一根序列的两个循环移位列表可以通过长度L上的循环移位s彼此完全重叠，则它们是相同的。例如，下面的表1示出了相同的循环移位列表(即，给定一些循环移位s，它们完全重叠)和不相同的循环移位列表(即，对于任何循环移位s，它们不重叠)的一些示例。

表1

在所公开的技术中，根据不相同的循环移位列表生成的ZC序列被级联，以形成长前导码序列(例如，图3中的前导码400)。此外，通过任意两个不同的根的循环移位之间的映射通常是一对一的。也就是说，一旦提供了一对一映射，通过根u₁选定的合并(v₁₁，v₁₂，…，v_1n)将确定通过剩余根的对应循环移位列表。签名(即，循环移位列表)池具有基于循环移位列表的长度的易于扩展的容量。

图5示出了包括循环前缀(CP)510和保护时间530的长前导码500的示例。通过取长前导码信号的尾部的一部分，循环前缀510被预先附加到长前导码400。保护时间(GT)530被添加到预先附加的长前导码信号的末尾。

图6示出了可被用于卫星通信系统中的随机接入的随机接入前导码600的示例。卫星通信系统可由大时间延迟τ和大频率偏移fo表征。随机接入前导码600包括循环前缀(CP)610、长前导码序列620和保护时间间隔630。在一个实施例中，子载波间隔(SCS)Δf_RA可以是1.25kHz，ZC序列长度L可以是839，导致每个组成的短前导码(例如，短前导码612、614、616、622、624、626)的持续时间为0.8ms。例如，如果某个近地轨道(LEO)卫星通信系统中的最大时间延迟为4.4ms，则循环前缀(CP)可以通过在长前导码序列620前面附加来自对应于六个ZC前导码的长前导码序列620的尾部的部分来生成。

图7示出了接收机(例如，诸如基站接收机的无线节点接收机)处的相关性峰值的示例集合，该接收机被配置为接收由用户设备(例如，UE)传送的随机接入前导码并计算频率和时间偏移。在基站(BS)接收机处，时间延迟τ750可分为整数部分τ_int 730(对于1.25kHzSCS为0.8ms的倍数)和分数部分τ_frac 740(即，τ＝τ_int+τ_frac)。类似地，频率偏移fo可以被分为fo＝K.Δf_RA+fo_frac。标记705是零延迟接收时间，而长度720是循环前缀(CP)的长度。BS接收机叠加部分710，并将叠加与使用(u₁，0)和(u₂，0)生成的短基序列循环相关(其中“0”表示零的循环移位，并且其中如上文关于图6所述，随机接入前导码根据两个根u₁和u₂生成)。相同的整数频率偏移K.Δf_RA通过两个不同的根带来不同但确定的峰值移位。在一些实施例中，整数时间偏移τ_int 730可以通过使用滑动时间窗的相关性来估计，然后可以导出分数时间偏移τ_frac 740和频率偏移fo。结果，可以对具有相对低的复杂度的合并短前导码执行用户检测和相应的频率/时间偏移估计。当如上所述检测到时间延迟时，接收机可以向用户设备发送定时提前(TA)值。

图8示出了用于具有大频率偏移和小时间延迟的系统的前导码800的示例。在一些实施例中，例如在由高空平台(HAP)上的无线节点(例如，基站)服务的飞机中嵌入或使用的用户设备中，从用户设备到基站的信号的传播延迟可以比在其他应用(例如，与LEO卫星通信的基于地面的设备)中低得多。然而，由于用户设备相对于BS的高得多的速度，所以由多普勒扩展引起的频率偏移可能相当大。在易于产生大频率偏移和小时间延迟的这些和其他这样的系统中，可以使用图8的前导码800，导致更少的资源消耗。例如，ZC序列412、414、422和424可被叠加以生成叠加的前导码820。此外，前导码800可使用较短的CP 810和GT 830(与要求检测较大时间延迟的实施例相比)，其中较短的CP和GP仍然允许BS检测较短的时间延迟和频率偏移(如上文关于图7所描述)。

图9示出了包括非对称长前导码920的前导码900的示例。例如，前导码920可以级联四个根u₁前导码612、614、616和918以及两个根u₂前导码622和624(与图6的三个根u₁前导码和三个根u₂前导码的对称前导码结构相比)。如果根和循环移位列表上的特性如上所述，则基站接收机可以根据上面的描述(关于图7)计算时间延迟和频率偏移。

图10示出了包括长前导码1020的前导码1000的示例，其中组成的ZC序列组612、624、616、626、614、622以与图6的示例不同的顺序被级联或叠加。例如，在图10中，每个短根u₁前导码之后以交替方式跟随短根u₂前导码(根u₁前导码612后是根u₂前导码624，根u₂前导码624之后是根u₁前导码616，等等)。相反，在图6中，根u₁前导码(前导码612、614和616)被分组在一起，并且后面跟随一组根u₂前导码(前导码622、624和626)。也就是说，短前导码的顺序不影响频率偏移和时间延迟的计算(如上文关于图7所述)。

图11示出了根(例如，根u₁ 1110、u₂ 1120和u_r 1150)的示例集合；对应于根的循环移位列表集合(例如，对应于根u₁ 1110的循环移位列表集合1112，对应于根u₂ 1120的循环移位列表集合1122，以及对应于根u_r 1150的循环移位列表集合1152)。每个循环移位列表集合都包含几个循环移位列表。例如，循环移位列表集合1112包含循环移位列表v₁₁ 1114、v₁₂ 1116、…、v_1i 1118、…等。对应于第r个根的第i个循环移位列表v_ri 1154包含M个元素v_ri1、v_ri2、v_ri3、…、v_riM，其中每个元素对应于一个循环移位值。

一些示例实施例可以使用以下条款来描述。

条款1。无线设备通过合并多个Zadoff-Chu(ZC)序列来生成前导码序列。多个ZC序列基于两个或更多个根和每个根的循环移位。无线设备(例如，UE)然后可以使用前导码序列生成传输波形，并将其传送给无线节点(例如，BS)。合并可以是级联、叠加或级联与叠加的合并。

条款2。为了生成前导码序列，UE接收长度L、多个根u₁、u₂、u₃、…，以及对应于多个根的多个循环移位列表集合。每个循环移位列表集合包括多个循环移位列表。然后，它可以选择第一个根u₁和第i个循环移位列表v_1i，其中，第一个根u₁从多个根中选择，并且第i个循环移位列表v_1i从对应于第一个根u₁的多个循环移位列表v₁₁、v₁₂、v₁₃、…中选择；以及第二个根u₂和第j个循环移位列表v_2j，其中，第二个根u₂从多个根中选择，并且第j个循环移位列表v_2j从对应于第二个根u₂的多个循环移位列表v₂₁、v₂₂、v₂₃、…中选择；对于第r个根u_r和第k个循环移位列表v_2k，依此类推。对应于第一个根u₁的第i个循环移位列表v_1i包括N个循环移位值v_1i1、v_1i2、v_1i3、…、v_1iN，而对应于第二个根u₂的第j个循环移位列表v_2j包括M个循环移位值v_2j1、v_2j2、v_2j3、…、v_2jM。UE然后可以基于第一个根u₁和第i个循环移位列表v_1i＝{v_li1，v_li2，…，v_liN}生成长度为L的第一组N个ZC序列；基于第二个根u₂和第j个循环移位列表v_2j＝{v_2j1，v_2j2，…，v_2jM}生成长度为L的第二组M个ZC序列；以及通过合并第一组N个ZC序列和第二组M个ZC序列来生成前导码序列。

条款3。多个根u₁、u₂、u₃、…，以及对应于多个根的多个循环移位列表集合，共同地从多个前导码序列中唯一地标识前导码序列。

条款4。当循环移位应用于两个循环移位列表中的任何一个时，循环移位列表集合中的任何两个循环移位列表不会彼此完全重叠。

条款5。UE可以通过预先附加前导码序列的一部分来生成循环前缀(CP)，其中该部分是从前导码序列的尾部获得的。UE还可以生成保护时间间隔(GT)以跟随预先附加的前导码序列。CP、前导码序列、GT一起定义UE发送给BS的前导码(例如，PRACH前导码)。BS可以响应于接收到随机接入前导码信号而向UE发送定时提前值。

无线设备(例如，UE)或无线节点(例如，基站)可以包括处理器，该处理器被配置为实施根据上述任何一个或多个条款中所述的方法。此外，UE或基站可以包括计算机程序产品，该计算机程序产品包括具有存储在其上的处理器可执行指令的计算机可读程序介质，该指令当由处理器执行时，使得该处理器实施根据上述任何一个或多个条款中所述的方法。

图12是根据本公开技术的一些实施例的装置的一部分的框图表示。诸如基站或无线设备(或UE)之类的装置1205可以包括诸如微处理器之类的处理器电子器件1210，该微处理器实施本申请中呈现的一种或多种技术。装置1205可以包括收发机电子器件1215，以通过一个或多个通信接口(诸如一个或多个天线1220)发送和/或接收无线信号。装置1205可以包括用于传送和接收数据的其他通信接口。装置1205可以包括一个或多个存储器(未明确示出)，其被配置为存储诸如数据和/或指令之类的信息。在一些实施方式中，处理器电子器件1210可以包括收发机电子器件1215的至少一部分。在一些实施例中，使用装置1205实施所公开的技术、模块或功能中的至少一些。

本说明书和附图仅被认为是示例性的，其中示例性意味着示例，并且除非另有说明，否则并不意味着理想或优选实施例。如本文所用，除非上下文另有明确指示，否则“或”的使用旨在包括“和/或”。

本文描述的一些实施例是在方法或过程的整个背景中描述的，这些方法或过程可在一个实施例中由计算机程序产品实施，该计算机程序产品包含在计算机可读介质中，包括由在网络环境中的计算机执行的诸如程序代码之类的计算机可执行指令。计算机可读介质可以包括可移动和不可移动存储设备，其包括但不限于只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、光盘(CD)、数字多功能光盘(DVD)等。因此，所述计算机可读介质可以包括非临时存储介质。通常，程序模块可以包括执行特定任务或实施特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。计算机或处理器可执行指令、相关数据结构和程序模块表示用于执行本文公开的方法步骤的程序代码的示例。此类可执行指令或相关数据结构的特定序列表示用于实施此类步骤或过程中描述的功能的对应动作的示例。

所公开的一些实施例可以使用硬件电路、软件或其组合被实施为设备或模块。例如，硬件电路实施方式可以包括分立的模拟和/或数字组件，这些组件例如被集成为印刷电路板的一部分。可替选地，或者附加地，所公开的组件或模块可以被实施为专用集成电路(ASIC)和/或现场可编程门阵列(FPGA)器件。一些实施方式可以附加地或可替选地包括数字信号处理器(DSP)，其是具有针对与本申请的公开功能相关联的数字信号处理的操作需要而优化的架构的专用微处理器。类似地，每个模块内的各种组件或子组件可以用软件、硬件或固件来实施。模块和/或模块内的组件之间的连接可以使用本领域已知的任何一种连接方法和介质来提供，包括但不限于使用适当协议的通过互联网、有线或无线网络上的通信。

虽然本申请包含许多细节，但这些不应被解释为对所要求保护的发明或可能要求保护的内容的范围的限制，而是作为针对特定实施例的特征的描述。在单独实施例的上下文中本申请中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实施。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中单独实施或在任何合适的子组合中实施。此外，尽管上述特征可以被描述为在某些组合中起作用，甚至最初也是这样要求保护的，但是在某些情况下，来自所述组合的一个或多个特征可以从该组合中被删除，并且所述组合可以涉及子组合或子组合的变体。类似地，虽然在附图中以特定次序描述操作，但这不应理解为要求以所示的特定次序或顺序执行这些操作，或者要求执行所有所示的操作，以获得期望的结果。

仅描述了一些实施方式和示例，并且可以基于本公开中描述和说明的内容做出其他实施方式、增强和变换。