一种产生64个前缀逻辑根序列起始索引号的规划方法

郑势

摘要：对于TDD-LTE和FDD-LTE小区逻辑根序列规划，LTE设备厂商间没有统一的方法，各自使用独有的规划方法。文章提出一种利用现网物理小区标识（PCI）快速实现规划逻辑根序列起始索引号的方法。该方法根据不同场景的小区规划进行差异化和优化，提高了小区的接入性能指标和用户感知指标，同时也提高了原有技术的规划效率、精确度和规划工具通用性。

关键词：前缀；逻辑根序列；起始索引號

中图分类号：TN929.5  文献标志码：A

0 引言

物理随机接入信道（PRACH）是用户进行初始连接、切换、连接重建立及重新恢复上行同步的接入信道。如果小区逻辑根序列复用度过高，用户在随机接入时碰撞冲突概率将会增加，一旦冲突将导致随机接入失败，需等待重新发送请求，接入时延增加将导致用户感知差［1］。

1 LTE小区逻辑根序列规划概述

目前LTE站点开通前都需要进行小区逻辑根序列划分，保障现网接入指标的稳定。小区逻辑根序列规划主要有以下两种。

1.1 手工规划

在mapinfo地图上手工对服务小区与邻区进行逻辑根序列起始索引号的规划，依靠优化人员自身的经验和对地理位置的熟悉，逐一判断每个小区归属的起始索引号。手工进行规划工作量大，在小范围区域内可以满足，但是在中大型网络中，规划准确率下降，冲突概率大大增加。

1.2 软件规划

规划人员导入基站经纬度、站高、方向角等工程参数后，软件进行小区的逻辑根序列索引号的规划。需要保证工程参数信息准确，一旦参数有误规划出的索引号标识将会重复，在周围小区和邻区中冲突概率增加，影响用户接入［2］。逻辑根序列的规划，不同LTE设备厂商都有自己的规划方法，并不统一，且各厂家的规划工具不通用。

为解决以上不足，本文以规划起始逻辑根序列索引号为研究出发点，提出一种利用现网物理小区标识（PCI），快速规划逻辑根序列起始索引号的方法。该方法中优化人员根据不同场景类型的小区，进行差异化规划，提高小区的接入性能指标，解决了原有技术中软件不通用、规划效率低、依赖技术人员经验和规划不准确的问题。

2 随机接入逻辑根序列配置原理

PRACH前导签名序列是由838个长度为NZS=839（Zadoff-Chu）序列组成，每个序列对应1个根值u。3GPP规范协议36.211中规定一个小区中有64个前导序列，一个小区中所有UE的PRACH资源是相同的，只需根据不同的前导序列来区分不同的UE。对于基于竞争的PRACH，UE需要知道所有可用的前导序列信息。838个根的ZC序列，一个序列就需要10 bit来指示，为减少信令开销，需要对ZC序列排序。在一个小区中只需广播第一个根序列的编号WLogRtSeqStNum（0-837）得到的根值u，这个根序列通过多次循环移位产生多个前导序列。如果一个根序列不能产生64个前导序列，利用接下来的逻辑根序列继续产生前导，直至64个前导序列全部产生。逻辑根序列的编号是循环连续的，837后面是0。

中低速场景和高速场景下的NCS与小区半径、每个前导中NCS的根数以及该小区中所需要的根u的个数之间的对用关系如表1和表2所示。例如：中低速场景NCS=46，每个前导中可包含的NCS个数=839÷46=18，所以该小区至少需要64÷18=4个根u才能产生64个前导序列。要将4个根u通过广播消息通知UE，需要4×10 bits。为了减少信令开销，对ZC序列的根u进行排序，即每个都选择连续的根u，当知道第一个根u，就可以知道其余的根u，在一个小区中仅广播第一个根序列的编号WLogRtSeqStNum。3GPP协议中关于随机接入前导序列长度、用来产生前导信号的循环位移NCS、 （前导格式0～4）如表1—3所示［3］。

3 物理随机接入信道参数规划步骤

（1）根据规划的小区半径选择前导格式。

（2）根据小区接入负载容量确定合适的RACH密度，结合相邻小区综合考虑时频域分布和时频位置，确定“PRACH配置索引”的取值。

（3）判断小区是否为高速小区，确定“是否为高速状态（HighSpeedFlag）”的配置。

（4）根据所选择的前导格式、规划的小区半径和“是否为高速状态（highSpeedFlag）”来确定NCS的大小。

（5）选择根序列。高速情况下需要根据NCS选择根序列，低速情况下根序列配置和NCS的配置无直接关系。

（6）根据NCS的大小，计算出生成64个前导码需要的根序列数N，即本小区需要占用的根序列数，第（5）步选择的根序列及随后的N-1个根序列都属于本小区使用的根序列［4］。

4 规划算法流程和效果

4.1 确定随机接入前导序列长度

物理随机接入信道配置索引（PRACH conf Index）设置3，查询3GPP规范协议36.211，前导格式（Preamle Format）对应值为0。根据表1随机接入前导序列长度，前导格式0对应随机接入前导序列长度839。

4.2 每个根序列所能产生preamble码数量X计算

X=839NCS（1）

X值向下取整。NCS根据表2中NCS配置序号对应NCS低速集合或高速集合取值。

4.3 根u所需数量Y值计算

定义根u所需数量Y：产生全部64个前导序列所需要的根u的个数。

Y=64X（2）

Y值向上取整。

4.4 逻辑根序列复用系数N计算

定义逻辑根序列复用系数N：838个逻辑根序列索引所能提供LTE小区所需的不重复的preamble码。

N=838Y（3）

N值向下取整。步骤4.2至4.4计算实例：若零相关配置采用6，即表2中NCS配置序号为6，查询表2低速场景对应得出NCS值为32。

计算每个根序列所能产生preamble码数量X值：

X=83932=26（4）

计算根u所需数量Y值：

Y=6426=3（5）

计算逻辑根序列复用系數N：

N=8383=279（6）

4.5 逻辑根序列索引值和PCI关联算法

LTE网络中物理小区标识（PCI）取值范围：0～503，每个LTE小区规划1个PCI且近距离内PCI不能重复使用。逻辑根序列索引值规划原则：确保近距离内不能重复使用，通过“PCI取值与逻辑根序列复用系数N取模”，建立逻辑根序列索引值与PCI的关联算法PCI MOD N。

4.6 LTE小区逻辑根序列索引值规划算法

定义Rsi（rootSequenceIndex）为逻辑根序列索引。

Rsi=（PCI MOD N）×Y（7）

按照算法4.2至4.6，计算出1个小区需要3个根u，根据PCI规划结果，将PCI值0对应第1个可用根序列，PCI值1对应第2个可用根序列（间隔Y），以此类推。计算出根序列全部可用的情况，PCI值0，1，2……对应逻辑根序列0，Y，2Y……。PCI值47按以上公式计算结果，Rsi=（47 MOD 279）×3=141。

本文PCI与Rsi规划关系表实例如表4所示，逻辑根序列索引值规划流程如图1所示。

4.7 效果验证

LTE用户使用PRACH信道上的Preamble码接入，如果PRACH根序列复用度过高，用户随机接入时的碰撞冲突概率就会大大增加，一旦冲突将导致随机接入失败，需等待重新发送请求，接入时延增加。选择某城市主城区进行效果验证，修改后LTE无线接通率指标从99.64%提升至99.90%，提升明显。

5 结语

首先通过随机接入前导序列长度、每个根序列所能产生preamble码数量和根u所需数量综合运算建模，构建出逻辑根序列复用系数。然后通过“PCI取值与逻辑根序列复用系数N取模”建立出逻辑根序列索引值和PCI关联算法，提出了一种适合LTE现网高速和低速应用场景的LTE小区逻辑根序列索引值规划算法。根据本文所提方法进行了逻辑根序列批量修改，可以有效避免LTE小区存在根序列过多复用，改善部分逻辑根序列的起始索引号复用度过高和过低的问题，使逻辑根序列的起始索引号复用度趋于正态分布并减少LTE小区下用户随机接入时的碰撞冲突。

参考文献

［1］余昊.关于LTE随机接入过程研究［J］.无线互联科技，2016（24）：78-80.

［2］魏小娜.LTE网络PRACH随机接入前导的规划［J］.电信技术，2019（3）：86-88.

［3］刘婉妮，段永红.LTD-LTE系统随机接入过程碰撞问题研究［J］.信息通信，2019（8）：191-193.

［4］丁睿，刘召，甄立，等.低轨LTE卫星随机接入前导设计及检测算法研究［J］.电讯技术，2018（10）：1133-1138.

（编辑 王雪芬）

A planning method for generating 64 prefix logical root sequence initial index numbers

Zheng  Shi

（China Mobile Group Heilongjiang Co.， Ltd.， Harbin 150036， China）

Abstract：  For TDD-LTE and FDD-LTE cell logical root sequence planning， there is no unified method among LTE equipment manufacturers. They use their own planning methods， and the planning tools are not universal. In order to improve the generality， taking the planning of the starting logical root sequence index number as the research starting point， this paper proposes a method to quickly implement the planning of the starting logical root sequence index number using the physical cell identifier （PCI） of the current network. This method differentiates and optimizes the cell planning according to different scenarios， improves the access performance index and user perception index of the cell， and also improves the planning efficiency， accuracy and universality of the planning tools of the original technology.

Key words： prefix; logical root sequence; initial index number