林華樂 冼海恒

摘要：為了滿足更高的移動速度、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，研究這個新的限制集是一個重要的課題。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靜止或者低速移動時，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個隨機(jī)接入前導(dǎo)碼。對于一個根序列，經(jīng)過循環(huán)移位后產(chǎn)生的前導(dǎo)碼個數(shù)為LRA/NCS」，如果小于64，則根序列索引序號加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個前導(dǎo)碼。

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

LTE支持UE移動速度達(dá)到350 km/h，R8標(biāo)準(zhǔn)引入了一個限制集（與R15標(biāo)準(zhǔn)中的限制集A相同），這個限制集可應(yīng)對1.25 kHz的多普勒頻移。而NR要求支持UE移動速度達(dá)到500 km/h，R15標(biāo)準(zhǔn)引入了一個新的限制集（限制集B）來應(yīng)對高達(dá)2.5 kHz的頻移。兩個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，可用的根序列只有130個。

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，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，中間存在兩個區(qū)域，其包含的根序列是連續(xù)可選的。對于其他的NCS值，邏輯根序列的分布也具有這個規(guī)律。

3.3? PRACH根序列規(guī)劃方法

由第3.2節(jié)的分析，對于限制集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小區(qū)產(chǎn)生64個前導(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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