高速場景下5G網絡PRACH規劃

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標準在隨機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。通過發現可用根序列集合及其分布規律，提出一種簡單實用的PRACH根序列規劃方法，大大降低基站和手機的實現復雜度，降低PRACH規劃難度。

關鍵詞：5G網絡;高速場景;PRACH規劃;限制集;隨機接入

1? ?引言

5G網絡支持的移動速度將達到500 km/h，支持更高的載波頻率，國內已公布供5G使用的頻率有3.5 GHz和4.8 GHz，要求5G網絡能夠支持超過2.5 kHz的上行多普勒頻偏。為了滿足這個要求，R15標準在R8標準的PRACH前導碼循環移位限制集（限制集A）的基礎上，引入第二個新的限制集（限制集B）。5G網絡在高速場景下的接入性能與限制集B的應用密切相關，研究限制集B的特性和規劃方法是一個重要的課題。本文從標準定義出發，演算限制集B的計算過程，得到特定NCS值下的可用根序列集合及其分布規律，提出一種簡單實用的PRACH根序列規劃方法，并針對高鐵場景給出規劃示例。

2? ?PRACH限制集合

當UE靜止或者低速移動時，多普勒頻移的影響較小，循環移位的使用沒有限制，即UE根據小區下發高層參數zeroCorrelationZoneConfig，即Ncs，計算循環移位，再得到一共64個隨機接入前導碼。對于一個根序列，經過循環移位后產生的前導碼個數為LRA/NCS」，如果小于64，則根序列索引序號加1后，繼續通過循環移位生產前導碼，直到生成足夠64個前導碼。

當UE高速移動時，由于多普勒頻移效應，基站側在頻域做相關檢測時會有多個峰值出現，側峰會在與主峰相距du的整數倍處出現，當頻偏較大時，側峰將會超過主峰，導致嚴重的虛警問題。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移位，以規避這個問題。

LTE支持UE移動速度達到350 km/h，R8標準引入了一個限制集（與R15標準中的限制集A相同），這個限制集可應對1.25 kHz的多普勒頻移。而NR要求支持UE移動速度達到500 km/h，R15標準引入了一個新的限制集（限制集B）來應對高達2.5 kHz的頻移。兩個限制集合的定義如公式（1）所示。

3? ?PRACH規劃研究

3.1? 限制集演算

R15標準中僅僅給出了限制集的計算公式，要獲得其特性，首先需要進行詳細的演算，本文重點對限制集B進行分析。

（2）計算前導碼數量

（3）計算循環移位限制集合

根據限制集計算公式（1），一個根序列產生的前導碼序列數量為。以NCS=15，物理根序列u=220為例，生成的前導序列數量為：4×1+2+2+0=8，如表2所示，各個循環移位之間的間隔并不相等。

3.2? 限制集分布規律

第3.1節對限制集B進行了演算，遍歷計算所有的NCS，以子載波間隔15 kHz為例，可用的邏輯根序列數量以及產生的前導序列總數如表3所示。隨著NCS的變大，可用的根序列也越少。當NCS=137時，可用的根序列只有130個。

將不可用的邏輯根序列標記為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，一部分離散分布在中間。但是，與此同時，中間存在兩個區域，其包含的根序列是連續可選的。對于其他的NCS值，邏輯根序列的分布也具有這個規律。

3.3? PRACH根序列規劃方法

由第3.2節的分析，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產生64個前導碼的起始根序列，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，導致復雜度大幅上升;第二、每個小區占用的根序列數量不同，導致PRACH規劃也非常復雜。

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劃方法，在RACH容量足夠的情況下，選用邏輯根序列連續可用的兩個范圍，然后取范圍內根序列最大間隔進行規劃，避免相鄰小區前導碼沖突，如表4所示。比如NCS=38，選取連續可選范圍64-273及558-789，共計442個根序列，使用最大間隔28，那么共有15組根序列可用于規劃。

3.4? 高鐵場景規劃示例

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

4? ?結束語

前文對5G R15標準中引入的限制集B進行了詳細的演算，分析發現其前導碼分布規律，并由此提出一種簡單實用的根序列規劃方法，在犧牲一定數量可用根序列的情況下，可大大降低基站及手機的實現復雜度，降低PRACH根序列規劃的難度，具有很好的指導意義。此外，前文還給出了高鐵場景PRACH根序列規劃的示例，后續需要進一步推進在現網中驗證。

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