林華樂 冼海恒

摘要：為了滿足更高的移動(dòng)速度、更高的載波頻率，5G R15標(biāo)準(zhǔn)在隨機(jī)接入中引入了新的限制集，研究這個(gè)新的限制集是一個(gè)重要的課題。通過發(fā)現(xiàn)可用根序列集合及其分布規(guī)律，提出一種簡單實(shí)用的PRACH根序列規(guī)劃方法，大大降低基站和手機(jī)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，降低PRACH規(guī)劃難度。

關(guān)鍵詞：5G網(wǎng)絡(luò);高速場景;PRACH規(guī)劃;限制集;隨機(jī)接入

1? ?引言

5G網(wǎng)絡(luò)支持的移動(dòng)速度將達(dá)到500 km/h，支持更高的載波頻率，國內(nèi)已公布供5G使用的頻率有3.5 GHz和4.8 GHz，要求5G網(wǎng)絡(luò)能夠支持超過2.5 kHz的上行多普勒頻偏。為了滿足這個(gè)要求，R15標(biāo)準(zhǔn)在R8標(biāo)準(zhǔn)的PRACH前導(dǎo)碼循環(huán)移位限制集（限制集A）的基礎(chǔ)上，引入第二個(gè)新的限制集（限制集B）。5G網(wǎng)絡(luò)在高速場景下的接入性能與限制集B的應(yīng)用密切相關(guān)，研究限制集B的特性和規(guī)劃方法是一個(gè)重要的課題。本文從標(biāo)準(zhǔn)定義出發(fā)，演算限制集B的計(jì)算過程，得到特定NCS值下的可用根序列集合及其分布規(guī)律，提出一種簡單實(shí)用的PRACH根序列規(guī)劃方法，并針對(duì)高鐵場景給出規(guī)劃示例。

2? ?PRACH限制集合

當(dāng)UE靜止或者低速移動(dòng)時(shí)，多普勒頻移的影響較小，循環(huán)移位的使用沒有限制，即UE根據(jù)小區(qū)下發(fā)高層參數(shù)zeroCorrelationZoneConfig，即Ncs，計(jì)算循環(huán)移位，再得到一共64個(gè)隨機(jī)接入前導(dǎo)碼。對(duì)于一個(gè)根序列，經(jīng)過循環(huán)移位后產(chǎn)生的前導(dǎo)碼個(gè)數(shù)為LRA/NCS」，如果小于64，則根序列索引序號(hào)加1后，繼續(xù)通過循環(huán)移位生產(chǎn)前導(dǎo)碼，直到生成足夠64個(gè)前導(dǎo)碼。

當(dāng)UE高速移動(dòng)時(shí)，由于多普勒頻移效應(yīng)，基站側(cè)在頻域做相關(guān)檢測時(shí)會(huì)有多個(gè)峰值出現(xiàn)，側(cè)峰會(huì)在與主峰相距du的整數(shù)倍處出現(xiàn)，當(dāng)頻偏較大時(shí)，側(cè)峰將會(huì)超過主峰，導(dǎo)致嚴(yán)重的虛警問題。因此，在UE高速移動(dòng)場景下，針對(duì)不同的根序列索引，要限制使用某些循環(huán)移位，以規(guī)避這個(gè)問題。

LTE支持UE移動(dòng)速度達(dá)到350 km/h，R8標(biāo)準(zhǔn)引入了一個(gè)限制集（與R15標(biāo)準(zhǔn)中的限制集A相同），這個(gè)限制集可應(yīng)對(duì)1.25 kHz的多普勒頻移。而NR要求支持UE移動(dòng)速度達(dá)到500 km/h，R15標(biāo)準(zhǔn)引入了一個(gè)新的限制集（限制集B）來應(yīng)對(duì)高達(dá)2.5 kHz的頻移。兩個(gè)限制集合的定義如公式（1）所示。

3? ?PRACH規(guī)劃研究

3.1? 限制集演算

R15標(biāo)準(zhǔn)中僅僅給出了限制集的計(jì)算公式，要獲得其特性，首先需要進(jìn)行詳細(xì)的演算，本文重點(diǎn)對(duì)限制集B進(jìn)行分析。

（2）計(jì)算前導(dǎo)碼數(shù)量

（3）計(jì)算循環(huán)移位限制集合

根據(jù)限制集計(jì)算公式（1），一個(gè)根序列產(chǎn)生的前導(dǎo)碼序列數(shù)量為。以NCS=15，物理根序列u=220為例，生成的前導(dǎo)序列數(shù)量為：4×1+2+2+0=8，如表2所示，各個(gè)循環(huán)移位之間的間隔并不相等。

3.2? 限制集分布規(guī)律

第3.1節(jié)對(duì)限制集B進(jìn)行了演算，遍歷計(jì)算所有的NCS，以子載波間隔15 kHz為例，可用的邏輯根序列數(shù)量以及產(chǎn)生的前導(dǎo)序列總數(shù)如表3所示。隨著NCS的變大，可用的根序列也越少。當(dāng)NCS=137時(shí)，可用的根序列只有130個(gè)。

將不可用的邏輯根序列標(biāo)記為1，繪制離散圖，以NCS=15為例，不可用的根序列有76個(gè)，分布情況如圖2所示，不可用根序列一部分集中分布在兩側(cè)，一部分離散分布在中間。但是，與此同時(shí)，中間存在兩個(gè)區(qū)域，其包含的根序列是連續(xù)可選的。對(duì)于其他的NCS值，邏輯根序列的分布也具有這個(gè)規(guī)律。

3.3? PRACH根序列規(guī)劃方法

由第3.2節(jié)的分析，對(duì)于限制集B，可用根序列有一部分是離散分布的，如果選用這些根序列作為一個(gè)小區(qū)產(chǎn)生64個(gè)前導(dǎo)碼的起始根序列，那么將帶來兩方面的問題：第一、基站和終端需要記錄使用不同起始根序列時(shí)所需要占用的全部根序列，導(dǎo)致復(fù)雜度大幅上升;第二、每個(gè)小區(qū)占用的根序列數(shù)量不同，導(dǎo)致PRACH規(guī)劃也非常復(fù)雜。

因此，本文針對(duì)限制集B的特性，提出一種簡單使用的根序列規(guī)劃方法，在RACH容量足夠的情況下，選用邏輯根序列連續(xù)可用的兩個(gè)范圍，然后取范圍內(nèi)根序列最大間隔進(jìn)行規(guī)劃，避免相鄰小區(qū)前導(dǎo)碼沖突，如表4所示。比如NCS=38，選取連續(xù)可選范圍64-273及558-789，共計(jì)442個(gè)根序列，使用最大間隔28，那么共有15組根序列可用于規(guī)劃。

3.4? 高鐵場景規(guī)劃示例

高鐵線路規(guī)劃的小區(qū)半徑一般為3 km～4 km，取NCS=38，可用于規(guī)劃的根序列有15組，取前3組用于高鐵規(guī)劃，邏輯起始號(hào)分別為64、92、120，規(guī)劃結(jié)果如圖3所示：

4? ?結(jié)束語

前文對(duì)5G R15標(biāo)準(zhǔn)中引入的限制集B進(jìn)行了詳細(xì)的演算，分析發(fā)現(xiàn)其前導(dǎo)碼分布規(guī)律，并由此提出一種簡單實(shí)用的根序列規(guī)劃方法，在犧牲一定數(shù)量可用根序列的情況下，可大大降低基站及手機(jī)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，降低PRACH根序列規(guī)劃的難度，具有很好的指導(dǎo)意義。此外，前文還給出了高鐵場景PRACH根序列規(guī)劃的示例，后續(xù)需要進(jìn)一步推進(jìn)在現(xiàn)網(wǎng)中驗(yàn)證。

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