PRACH ZC根序列優化調整對網絡性能的影響

于 洋 張 進 冷 俊

中國聯合網絡通信集團有限公司江蘇省分公司

0 引言

為滿足用戶對4G網絡體驗的極致追求，4G網絡規模仍在不斷擴大，網絡容量也在通過擴充軟件或硬件的方式不斷擴大，網絡結構越來越密集、越來越復雜。隨之而來的是，Prach ZC根序列復用度不合理，導致相鄰小區之間的前導序列干擾過大。為解決此類問題帶來的網絡影響，需對網絡中E-UTRAN小區重新分配合適的Ncs、Prach ZC根。

本文基于Prach ZC根的特性研究，在以往規劃的基礎上，又加入Prach ZC根核查和Prach ZC根重分配兩個規劃步驟，流程更加完善，一定程度上提升了Prach ZC根復用度的合理性，從而降低相鄰小區之間的Preamble序列干擾，提升網絡質量，提高用戶感知度。

1 研究背景

在4G LTE規劃中，PRACH（物理隨機接入信道）規劃一直是4G LTE規劃的重點參數之一。PRACH是物理隨機接入信道，PRACH根序列是采用ZC序列作為根序列。PRACH ZC關系著隨機接入的Preamble序列，而隨機接入影響初始連接、切換、重建和上行同步。本文依據Prach ZC根的特性，制定了更全面的Prach ZC根規劃優化方案，以增強網絡性能、提升用戶感知，如圖1所示。

圖1 Prach ZC根規劃優化方案

2 PRACH ZC根序列規劃原理

2.1 基本介紹

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

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，預留部分高優先級ZC根序列索引給高速小區；（2）剩余的ZC根序列索引分配給中低速小區使用；（3）因為ZC根序列索引個數有限，所以當所有ZC根序列索引使用完時，ZC根序列索引不得不進行復用。

2.1.1 Prach ZC序列的生成

第i號ZC邏輯根對應的ZC序列：

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

（2）根據如下公式生成ZC序列，對應每一個u值，都有一個ZC序列：

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

2.1.2 Prach ZC序列循環移位原理

ZC序列生成后，需要對ZC序列進行循環移位產生Preamble碼，其中循環移位量分低速、高速，按如下方式計算：

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

Ncs的計算：

Ncs≥（RTD+SpeardDelay+Error）/Ts

其 中：RTD=2×CellRadious/LightSpeed，SpeadDelay為時延擴展，Error為誤差項，Ts=Tseq/Nzc，Format 0～3對應的Preamble長度為839，占用的時域資源為800us。

小區半徑越大，則Ncs越大。若Ncs估計得相對較小，則eNodeB無法檢測出邊緣UE發送的Preamble。

LTE小區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對應的數值（Ncs Value）、ZC根序列，從而對ZC根序列進行循環移位，產生Preamble。

表2為ZeroCorrelationZoneConfig映射關系。

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

zeroCorrelationZoneConfig NCS value Unrestricted set（低速小區） Restricted set（高速小區）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根序列規劃方法

（1）ZC根分組

由若干個連續的ZC根組成，且這些ZC根能夠產生的Preamble不少于64。每個LTE小區需要足夠的ZC根序列來產生64個Preamble。

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

高速小區：計算連續的Nu個ZC根對應的preamble數，若Nu個ZC根產生的Preamble總數大于等于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，其對應的ZC根數目可能不同。

（2）Prach ZC根序列規劃方法

圖2 Prach ZC根規劃步驟

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

（3）最優ZC根分組篩選

為LTE小區進行ZC根分配，應盡量使待規劃小區的ZC根序列不同于其一階、二階同頻鄰區對應的ZC根。如果沒有這樣的ZC根分組，則進行降階處理。

若有多個ZC根分組滿足鄰區階數的約束，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；

若可用的ZC分組都被使用過，則計算網絡中已規劃小區與待規劃小區的距離、拓撲層數，讓待規劃小區復用“間隔最遠的已規劃小區”對應的ZC根分組，該ZC根分組稱為最優ZC根分組。

若沒有ZC根滿足鄰區約束，則計算網絡中已規劃小區與待規劃小區的距離、拓撲層數，讓待規劃小區復用“間隔最遠的已規劃小區”對應的ZC根分組，該ZC根分組稱為最優ZC根分組。

最后將最優ZC分組對應的起始ZC根序列（用邏輯編號標識）作為LTE小區的ZC根序列分組。

2.3 Prach ZC根序列核查方案

ZC根核查的目的是發現ZC根復用隔離度較小的LTE小區。復用隔離度通常通過兩種方式衡量：

（1）ZC根序列的復用距離

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

可根據現網情況，確定兩小區需間隔多遠才不會有信號干擾，以這樣的距離作為同頻小區使用相同ZC根需間隔的最小距離，即ZC根復用的最小復用距離。

網絡中，在RF規劃合理的場景下，上下行覆蓋是平衡的，因此，可以參考PCI規劃的復用距離：普通城區的最小復用距離為4km，郊區的最小復用距離為10km。

（2）ZC根序列的復用階數

階數與LTE鄰區有關，一階鄰區為LTE小區鄰區表中對應的小區，二階鄰區為LTE小區一階鄰區的一階鄰區，依次類推。

通常，源小區與一階鄰區直接相鄰，存在信號交疊區域，希望源小區與鄰區的ZC根不相同。但是，網絡中的有些LTE小區間隔很多階數仍存在信號交疊。

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

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”重新分配ZC根序列。

3 實施方案及效果

3.1 實施步驟

新建、擴容場景下，需要為新增的LTE小區分配合適的ZC根、Ncs，保證LTE小區的正常工作。Prach ZC根規劃結束后，不宜直接將規劃結果下發到網元，需對規劃結果進行核查；網絡維護階段，也需核查網絡中LTE小區的ZC根。通過核查，可以發現“潛在存在ZC根沖突”的LTE小區，為了保證網絡的正常運行，提高網絡性能，需對不符合要求的LTE小區重新分配合適的ZC根。

圖3 Prach ZC根實施步驟

3.2 方案驗證

（1）實施方案背景

鎮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也低于全省平均水平，嚴重影響用戶的感知，亟需優化解決。

（2）優化分析過程

表3為鎮江高鐵場景6月26日-7月2日七天的關鍵指標，發現接入類、切換類及重建類部分指標在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建立成功率等指標均有不同程度的惡化。

表3 鎮江高鐵切換和重建指標提取

篩選指標惡化相對嚴重的小區，發現ZJ_SQ_HW_秀山基站_FL_GTZW站點最差，與其相鄰的周邊站點小區的指標也隨之惡化，且該站點為新建站點。

核查ZJ_SQ_HW_秀山基站_FL_GTZW基站狀態，傳輸是否穩定等，發現并無異常。通過Probe觀察RSRP、SINR、IBLER、DL/UL_Grant等分析信道質量正常。核查切換算法開關、X2相關配置、隨機接入相關配置以及鄰區配置，發現該站點小區與鄰區在相同小區半徑的情況下，Prach ZC根配置不合理。

核查鎮江高鐵場景所有小區的Prach ZC根配置，重點關注小區六階鄰區以內的鄰區Prach ZC根配置，發現有13個小區Prach ZC根配置存在問題。

（3）方案實施

提取基站XML并解析鎮江高鐵場景145個小區的Prach ZC根配置以及鄰區相關信息；收集鎮江高鐵基站的小區基本信息，包含經度、緯度等；運用工具對高鐵場景小區的六階鄰區的Prach ZC根配置進行計算核查；核查結果為高鐵場景小區有13個小區Prach ZC根配置不合理；對13個Prach ZC根配置不合理小區進行Prach ZC根重分配。

圖4為高速小區規整策略。根據相關實驗驗證，高速小區的小區半徑配置為5000m最優，該小區半徑下生成64個preamble需要20個ZC根數，但現有工具只支持ZC根數{…，13，22，32}的規劃，為滿足資源合理的利用且避免鄰區出現相同ZC根的情況，現按每個高速小區均需22個ZC根的標準進行規劃。

圖4 高速小區規整策略

（4）驗證結果

對鎮江高鐵小區的配置調整后，相關小區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，其他指標均在正常范圍內波動。

3.3 全省推廣

（1）推廣背景

由于鎮江高鐵場景Prach ZC根序列重新規整后對網絡產生了正向增益，并極大地提升了用戶感知，Prach ZC根序列規劃方案在全省推廣。

（2）實施過程

收集江蘇全省基站基本信息，包含基站經緯度、基站所屬場景等。高鐵場景與其他場景的Prach ZC根序列規劃算法有所區別，需要將現網普通小區與高速場景的小區區分開。

提取江蘇全省基站XML配置文件，運用自動化工具解析基站配置，輸出全省基站的鄰區關系表以及小區信息表。

依據全省基站鄰區關系及基站位置信息，以六階鄰區為標準，對全省Prach ZC根序列配置進行大數據處理，核查全省基站六階鄰區范圍內Prach ZC根序列規劃不合理的小區。

將Prach ZC根序列規劃不合理的小區分地市下發，重新規劃調整。

（3）實施結果

圖5為調整前后關鍵指標對比。Prach ZC根序列規整前07月16日-07月22日一周指標，Prach ZC根序列規整后07月30日-08月05日一周指標，對比發現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，其它指標均在正常范圍內波動。

圖5 Prach ZC根序列規整前后對比

4 結束語

通過驗證，從Prach ZC根序列規劃到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致的KPI惡化的問題，極大提升了用戶感知。