于 洋 張 進(jìn) 冷 俊

中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司江蘇省分公司

0 引言

為滿足用戶對4G網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)的極致追求，4G網(wǎng)絡(luò)規(guī)模仍在不斷擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)容量也在通過擴(kuò)充軟件或硬件的方式不斷擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越來越密集、越來越復(fù)雜。隨之而來的是，Prach ZC根序列復(fù)用度不合理，導(dǎo)致相鄰小區(qū)之間的前導(dǎo)序列干擾過大。為解決此類問題帶來的網(wǎng)絡(luò)影響，需對網(wǎng)絡(luò)中E-UTRAN小區(qū)重新分配合適的Ncs、Prach ZC根。

本文基于Prach ZC根的特性研究，在以往規(guī)劃的基礎(chǔ)上，又加入Prach ZC根核查和Prach ZC根重分配兩個規(guī)劃步驟，流程更加完善，一定程度上提升了Prach ZC根復(fù)用度的合理性，從而降低相鄰小區(qū)之間的Preamble序列干擾，提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，提高用戶感知度。

1 研究背景

在4G LTE規(guī)劃中，PRACH（物理隨機(jī)接入信道）規(guī)劃一直是4G LTE規(guī)劃的重點(diǎn)參數(shù)之一。PRACH是物理隨機(jī)接入信道，PRACH根序列是采用ZC序列作為根序列。PRACH ZC關(guān)系著隨機(jī)接入的Preamble序列，而隨機(jī)接入影響初始連接、切換、重建和上行同步。本文依據(jù)Prach ZC根的特性，制定了更全面的Prach ZC根規(guī)劃優(yōu)化方案，以增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)性能、提升用戶感知，如圖1所示。

圖1 Prach ZC根規(guī)劃優(yōu)化方案

2 PRACH ZC根序列規(guī)劃原理

2.1 基本介紹

Root SequenceIndex（ZC根序列索引）為LTE小區(qū)ZC根序列集合（ZC根分組）中起始ZC根序列對應(yīng)的邏輯編號，如表1所示。eNodeB通過廣播消息將LTE小區(qū)的ZC根序列索引號知會UE，UE基于Root Sequence Index對應(yīng)的ZC根序列，通過循環(huán)移位生成（Ncs、HighSpeedFlag），每個小區(qū)的Preamble碼有64個，但UE僅會使用其中的一個Preamble碼發(fā)起隨機(jī)接入。

表1 Root Zadoff-Chu sequence order for Preamble Formats 0-3

Logical root sequence number Physical root sequence number(in increasing order of the corresponding logical sequence number)30-35 80, 759, 42, 797, 40, 799……810-815 309, 530, 265, 574, 233, 606 816-819 367, 472, 296, 543 820-837 336, 503, 305, 534, 373, 466, 280, 559, 279, 560, 419, 420, 240, 599, 258, 581, 229, 610

ZC根序列索引一共有839位，分配遵循如下的原則：（1） 一般情況下，預(yù)留部分高優(yōu)先級ZC根序列索引給高速小區(qū)；（2）剩余的ZC根序列索引分配給中低速小區(qū)使用；（3）因?yàn)閆C根序列索引個數(shù)有限，所以當(dāng)所有ZC根序列索引使用完時，ZC根序列索引不得不進(jìn)行復(fù)用。

2.1.1 Prach ZC序列的生成

第i號ZC邏輯根對應(yīng)的ZC序列：

（1）根據(jù)第i號根序列索引可得到該邏輯根序列對應(yīng)的物理根序列號u，具體映射關(guān)系見表1、表2。

（2）根據(jù)如下公式生成ZC序列，對應(yīng)每一個u值，都有一個ZC序列：

其中，Nzc是ZC序列的長度。當(dāng)FDD前導(dǎo)格式為0～3時，Nzc=839，即每一個ZC序列有839位。

2.1.2 Prach ZC序列循環(huán)移位原理

ZC序列生成后，需要對ZC序列進(jìn)行循環(huán)移位產(chǎn)生Preamble碼，其中循環(huán)移位量分低速、高速，按如下方式計(jì)算：

Ncs不需要規(guī)劃，由小區(qū)半徑（CellRadious）、采樣間隔（Ts）決定。Ncs與Preamble序列相對于ZC根序列的循環(huán)移位量有關(guān)，也決定著Preamble的檢測窗。

Ncs的計(jì)算：

Ncs≥（RTD+SpeardDelay+Error）/Ts

其 中：RTD=2×CellRadious/LightSpeed，SpeadDelay為時延擴(kuò)展，Error為誤差項(xiàng)，Ts=Tseq/Nzc，F(xiàn)ormat 0～3對應(yīng)的Preamble長度為839，占用的時域資源為800us。

小區(qū)半徑越大，則Ncs越大。若Ncs估計(jì)得相對較小，則eNodeB無法檢測出邊緣UE發(fā)送的Preamble。

LTE小區(qū)會在空口消息中攜帶ZeroCorrelationZoneConfig、HighSpeedFlag、ZC根序列索引邏輯編號。UE接收到這些信息后，就能夠確定ZeroCorrelationZoneConfig對應(yīng)的數(shù)值（Ncs Value）、ZC根序列，從而對ZC根序列進(jìn)行循環(huán)移位，產(chǎn)生Preamble。

表2為ZeroCorrelationZoneConfig映射關(guān)系。

表2 Ncs for preamble generation（Preamble Formats 0-3）

zeroCorrelationZoneConfig NCS value Unrestricted set（低速小區(qū)） Restricted set（高速小區(qū)）6 32 46 7 38 55 8 46 68 9 59 82 10 76 100 11 93 128 12 119 158 13 167 202 14 279 237 15 419 —

2.2 Prach ZC根序列規(guī)劃方法

（1）ZC根分組

由若干個連續(xù)的ZC根組成，且這些ZC根能夠產(chǎn)生的Preamble不少于64。每個LTE小區(qū)需要足夠的ZC根序列來產(chǎn)生64個Preamble。

低速小區(qū)：若要產(chǎn)生64個Preamble序列，則每個ZC根分組需要[64/[NZC]/NCS]個ZC根；

高速小區(qū)：計(jì)算連續(xù)的Nu個ZC根對應(yīng)的preamble數(shù)，若Nu個ZC根產(chǎn)生的Preamble總數(shù)大于等于64（即），則Nu個ZC根可以作為一個ZC根分組。對于不同的ZC根分組，其對應(yīng)的ZC根數(shù)目可能不同。

（2）Prach ZC根序列規(guī)劃方法

圖2 Prach ZC根規(guī)劃步驟

高、低速小區(qū)Prach ZC根規(guī)劃區(qū)別：對于高速移動環(huán)境下的UE，由于Doppler效應(yīng)，會破壞ZC序列不同循環(huán)移位之間的正交性，因此，LTE中定義了特殊的規(guī)則來生成ZC序列的移位。由此得出，高低速小區(qū)對于Prach ZC根規(guī)劃的本質(zhì)區(qū)別在于循環(huán)移位的算法存在差異。

（3）最優(yōu)ZC根分組篩選

為LTE小區(qū)進(jìn)行ZC根分配，應(yīng)盡量使待規(guī)劃小區(qū)的ZC根序列不同于其一階、二階同頻鄰區(qū)對應(yīng)的ZC根。如果沒有這樣的ZC根分組，則進(jìn)行降階處理。

若有多個ZC根分組滿足鄰區(qū)階數(shù)的約束，則：

若存在從未被使用過的ZC分組，則將未使用過的ZC分組分配給LTE小區(qū)；

若可用的ZC分組都被使用過，則計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中已規(guī)劃小區(qū)與待規(guī)劃小區(qū)的距離、拓?fù)鋵訑?shù)，讓待規(guī)劃小區(qū)復(fù)用“間隔最遠(yuǎn)的已規(guī)劃小區(qū)”對應(yīng)的ZC根分組，該ZC根分組稱為最優(yōu)ZC根分組。

若沒有ZC根滿足鄰區(qū)約束，則計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中已規(guī)劃小區(qū)與待規(guī)劃小區(qū)的距離、拓?fù)鋵訑?shù)，讓待規(guī)劃小區(qū)復(fù)用“間隔最遠(yuǎn)的已規(guī)劃小區(qū)”對應(yīng)的ZC根分組，該ZC根分組稱為最優(yōu)ZC根分組。

最后將最優(yōu)ZC分組對應(yīng)的起始ZC根序列（用邏輯編號標(biāo)識）作為LTE小區(qū)的ZC根序列分組。

2.3 Prach ZC根序列核查方案

ZC根核查的目的是發(fā)現(xiàn)ZC根復(fù)用隔離度較小的LTE小區(qū)。復(fù)用隔離度通常通過兩種方式衡量：

（1）ZC根序列的復(fù)用距離

基于ZC根最小復(fù)用距離，核查出該距離范圍內(nèi)，同頻、同ZC根的LTE小區(qū)，作為潛在存在ZC根沖突的小區(qū)。

可根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)情況，確定兩小區(qū)需間隔多遠(yuǎn)才不會有信號干擾，以這樣的距離作為同頻小區(qū)使用相同ZC根需間隔的最小距離，即ZC根復(fù)用的最小復(fù)用距離。

網(wǎng)絡(luò)中，在RF規(guī)劃合理的場景下，上下行覆蓋是平衡的，因此，可以參考PCI規(guī)劃的復(fù)用距離：普通城區(qū)的最小復(fù)用距離為4km，郊區(qū)的最小復(fù)用距離為10km。

（2）ZC根序列的復(fù)用階數(shù)

階數(shù)與LTE鄰區(qū)有關(guān)，一階鄰區(qū)為LTE小區(qū)鄰區(qū)表中對應(yīng)的小區(qū)，二階鄰區(qū)為LTE小區(qū)一階鄰區(qū)的一階鄰區(qū)，依次類推。

通常，源小區(qū)與一階鄰區(qū)直接相鄰，存在信號交疊區(qū)域，希望源小區(qū)與鄰區(qū)的ZC根不相同。但是，網(wǎng)絡(luò)中的有些LTE小區(qū)間隔很多階數(shù)仍存在信號交疊。

基于ZC根的最小復(fù)用階數(shù)（至少為1），核查出同頻鄰區(qū)階數(shù)范圍內(nèi)ZC根相同的LTE小區(qū)，作為潛在存在ZC根序列沖突的小區(qū)。保守起見，可增加核查的復(fù)用階數(shù)。

2.4 Prach ZC根重分配

Prach ZC根重分配主要是針對核查到的“潛在的ZC根序列沖突小區(qū)”重新分配ZC根序列。

3 實(shí)施方案及效果

3.1 實(shí)施步驟

新建、擴(kuò)容場景下，需要為新增的LTE小區(qū)分配合適的ZC根、Ncs，保證LTE小區(qū)的正常工作。Prach ZC根規(guī)劃結(jié)束后，不宜直接將規(guī)劃結(jié)果下發(fā)到網(wǎng)元，需對規(guī)劃結(jié)果進(jìn)行核查；網(wǎng)絡(luò)維護(hù)階段，也需核查網(wǎng)絡(luò)中LTE小區(qū)的ZC根。通過核查，可以發(fā)現(xiàn)“潛在存在ZC根沖突”的LTE小區(qū)，為了保證網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，提高網(wǎng)絡(luò)性能，需對不符合要求的LTE小區(qū)重新分配合適的ZC根。

圖3 Prach ZC根實(shí)施步驟

3.2 方案驗(yàn)證

（1）實(shí)施方案背景

鎮(zhèn)江高鐵場景同頻切換成功率低于90%，同時重建率和重建成功率指標(biāo)也低于全省平均水平，嚴(yán)重影響用戶的感知，亟需優(yōu)化解決。

（2）優(yōu)化分析過程

表3為鎮(zhèn)江高鐵場景6月26日-7月2日七天的關(guān)鍵指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)接入類、切換類及重建類部分指標(biāo)在6月29日突然惡化，如同頻切換成功率、重建率、重建成功率、RRC建立成功率等指標(biāo)均有不同程度的惡化。

表3 鎮(zhèn)江高鐵切換和重建指標(biāo)提取

篩選指標(biāo)惡化相對嚴(yán)重的小區(qū)，發(fā)現(xiàn)ZJ_SQ_HW_秀山基站_FL_GTZW站點(diǎn)最差，與其相鄰的周邊站點(diǎn)小區(qū)的指標(biāo)也隨之惡化，且該站點(diǎn)為新建站點(diǎn)。

核查ZJ_SQ_HW_秀山基站_FL_GTZW基站狀態(tài)，傳輸是否穩(wěn)定等，發(fā)現(xiàn)并無異常。通過Probe觀察RSRP、SINR、IBLER、DL/UL_Grant等分析信道質(zhì)量正常。核查切換算法開關(guān)、X2相關(guān)配置、隨機(jī)接入相關(guān)配置以及鄰區(qū)配置，發(fā)現(xiàn)該站點(diǎn)小區(qū)與鄰區(qū)在相同小區(qū)半徑的情況下，Prach ZC根配置不合理。

核查鎮(zhèn)江高鐵場景所有小區(qū)的Prach ZC根配置，重點(diǎn)關(guān)注小區(qū)六階鄰區(qū)以內(nèi)的鄰區(qū)Prach ZC根配置，發(fā)現(xiàn)有13個小區(qū)Prach ZC根配置存在問題。

（3）方案實(shí)施

提取基站XML并解析鎮(zhèn)江高鐵場景145個小區(qū)的Prach ZC根配置以及鄰區(qū)相關(guān)信息；收集鎮(zhèn)江高鐵基站的小區(qū)基本信息，包含經(jīng)度、緯度等；運(yùn)用工具對高鐵場景小區(qū)的六階鄰區(qū)的Prach ZC根配置進(jìn)行計(jì)算核查；核查結(jié)果為高鐵場景小區(qū)有13個小區(qū)Prach ZC根配置不合理；對13個Prach ZC根配置不合理小區(qū)進(jìn)行Prach ZC根重分配。

圖4為高速小區(qū)規(guī)整策略。根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，高速小區(qū)的小區(qū)半徑配置為5000m最優(yōu)，該小區(qū)半徑下生成64個preamble需要20個ZC根數(shù)，但現(xiàn)有工具只支持ZC根數(shù){…，13，22，32}的規(guī)劃，為滿足資源合理的利用且避免鄰區(qū)出現(xiàn)相同ZC根的情況，現(xiàn)按每個高速小區(qū)均需22個ZC根的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)劃。

圖4 高速小區(qū)規(guī)整策略

（4）驗(yàn)證結(jié)果

對鎮(zhèn)江高鐵小區(qū)的配置調(diào)整后，相關(guān)小區(qū)的同頻切換成功率提升了約0.3pp（由98.78%提升至99.09%），重建成功率提升約1pp（75.21%提升至76.22%），有效地改善了高速用戶的使用感知，其他指標(biāo)均在正常范圍內(nèi)波動。

3.3 全省推廣

（1）推廣背景

由于鎮(zhèn)江高鐵場景Prach ZC根序列重新規(guī)整后對網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生了正向增益，并極大地提升了用戶感知，Prach ZC根序列規(guī)劃方案在全省推廣。

（2）實(shí)施過程

收集江蘇全省基站基本信息，包含基站經(jīng)緯度、基站所屬場景等。高鐵場景與其他場景的Prach ZC根序列規(guī)劃算法有所區(qū)別，需要將現(xiàn)網(wǎng)普通小區(qū)與高速場景的小區(qū)區(qū)分開。

提取江蘇全省基站XML配置文件，運(yùn)用自動化工具解析基站配置，輸出全省基站的鄰區(qū)關(guān)系表以及小區(qū)信息表。

依據(jù)全省基站鄰區(qū)關(guān)系及基站位置信息，以六階鄰區(qū)為標(biāo)準(zhǔn)，對全省Prach ZC根序列配置進(jìn)行大數(shù)據(jù)處理，核查全省基站六階鄰區(qū)范圍內(nèi)Prach ZC根序列規(guī)劃不合理的小區(qū)。

將Prach ZC根序列規(guī)劃不合理的小區(qū)分地市下發(fā)，重新規(guī)劃調(diào)整。

（3）實(shí)施結(jié)果

圖5為調(diào)整前后關(guān)鍵指標(biāo)對比。Prach ZC根序列規(guī)整前07月16日-07月22日一周指標(biāo)，Prach ZC根序列規(guī)整后07月30日-08月05日一周指標(biāo)，對比發(fā)現(xiàn)江蘇全省同頻切換成功率提升約0.1pp，重建率降低0.08pp，重建成功率提升1.14pp，其它指標(biāo)均在正常范圍內(nèi)波動。

圖5 Prach ZC根序列規(guī)整前后對比

4 結(jié)束語

通過驗(yàn)證，從Prach ZC根序列規(guī)劃到Prach ZC根序列核查再到Prach ZC根序列重分配這一過程，有效地解決了由Prach ZC根序列配置不合理而導(dǎo)致的KPI惡化的問題，極大提升了用戶感知。