LTE隨機接入技術(shù)研究

1、 lte隨機接入研究目 錄圖 表4表 格71 引言81.1 編寫目的81.2 預期讀者和閱讀建議81.3 縮寫術(shù)語82 技術(shù)特征102.1 lte概述介紹102.2 lte系統(tǒng)中隨機接入過程概要介紹103 有關(guān)隨機接入相關(guān)提案及發(fā)展過程介紹和討論113.1 隨機接入的目的113.2 非同步隨機接入的時頻結(jié)構(gòu)113.2.1 隨機接入資源與數(shù)據(jù)資源的復用方式113.2.2 多個隨機接入資源之間的復用方式133.2.3 隨機接入資源的傳輸帶寬163.2.4 prach攜帶控制信息的方式18prach包長度的選取19超大小區(qū)prach的考慮21cp長度的確定223.2.8 prach發(fā)送之前ue需要獲

2、取的信息243.2.9 tdd模式隨機接入資源設(shè)計的考慮24非同步隨機接入的前導（preamble）設(shè)計343.3.1 前導（preamble）序列設(shè)計343.3.2 序列的長度353.3.3 preamble序列的循環(huán)移位操作及相關(guān)參數(shù)的確定363.3.4 preamble序列順序和分組的考慮393.4 高速特殊場景的考慮423.5 非同步隨機接入流程493.6 非同步隨機接入的功率控制513.7 同步隨機接入過程543.7.1 同步隨機接入設(shè)計的考慮與目標543.7.2 同步隨機接入的設(shè)計543.8 上行同步保持技術(shù)564 36.211協(xié)議中關(guān)于隨機接入的finalization614.1

3、 非同步隨機接入時頻資源的最終設(shè)計614.1.1 fs1（fdd）模式的結(jié)構(gòu)設(shè)計614.1.2 fs2（tdd）模式的結(jié)構(gòu)設(shè)計：62非同步隨機接入前導（preamble）格式644.1.4 時頻結(jié)構(gòu)格式644.2 前導序列preamble的最終設(shè)計694.3 基帶信號生成方式725 隨機接入相關(guān)算法研究745.1 隨機接入的相關(guān)算法設(shè)計745.1.1 隨機接入檢測之前準備工作74隨機接入前導（preamble）序列檢測78對于檢測性能影響的因素825.1.4 模塊1855.1.5 模塊2855.2 上行同步保持算法855.2.1 上行同步保持資源設(shè)計介紹855.2.2 上行同步保持檢測算法87

4、對于檢測性能影響的因素91結(jié)論以及建議947 參考文獻958 附錄988.1 zadoff-chu序列特性和性能分析988.1.1 zadoff-chu序列自相關(guān)屬性988.1.2 zadoff-chu序列互相關(guān)屬性998.1.3 zadoff-chu序列頻域?qū)傩?018.1.4 zadoff-chu序列對整數(shù)倍頻偏和采樣偏差的影響1018.1.5 zadoff-chu序列插值后的屬性1028.2 gcl序列特性和性能分析104圖 表圖表 31 fdm 、tdm 、tdm/fdm隨機接入結(jié)構(gòu)（prach與數(shù)據(jù)的分集）812圖表 32 cdm隨機接入資源結(jié)構(gòu)（prach與數(shù)據(jù)的復用）213圖表

5、33 tdm/fdm模式隨機接入資源結(jié)構(gòu)（多個prach之間的分集）213圖表 34 隨機接入模式與ra復雜度、延遲的關(guān)系 3214圖表 35 texas instruments隨機接入模式時隙配置 3215圖表 36 prach頻域資源放置位置的設(shè)計 3416圖表 37 1.25、5.0、20mhz系統(tǒng)能量包絡(luò)與相應(yīng)檢測門限 5017圖表 38 prach前導序列帶寬與檢測性能示意圖（awgn）5017圖表 39 prach前導序列帶寬與檢測性能示意圖（tu03）5018圖表 310 prach攜帶控制信息方案1 518圖表 311 prach攜帶控制信息方案2 519圖表 312 prac

6、h攜帶控制信息方案3 519圖表 313 隨機接入0.5ms子幀及對應(yīng)前導（preamble）設(shè)計 819圖表 314 nodeb-ue距離與隨機接入preamble長度關(guān)系圖1120圖表 315 隨機接入preamble在多種模式下性能曲線1120圖表 316 panasonic、docomo針對隨機接入preamble結(jié)構(gòu)的提案1121圖表 317 ran-#46bis隨機接入preamble結(jié)構(gòu)1221圖表 318 對于超大小區(qū)preamble結(jié)構(gòu)設(shè)計1322圖表 319 在低idft采樣率時cp的插值6423圖表 320 在系統(tǒng)采樣率時cp的插值6423圖表 321 tdd模式幀結(jié)構(gòu)設(shè)

7、計5324圖表 322 ericsson針對frame structure2（tdd）middle burst結(jié)構(gòu)設(shè)計2226圖表 323 frame structure2（tdd）關(guān)于prach結(jié)構(gòu)設(shè)計226圖表 324 catt針對frame structure2（tdd）短rach結(jié)構(gòu)設(shè)計2127圖表 325 ericsson針對frame structure2（tdd）短rach結(jié)構(gòu)設(shè)計2227圖表 326 ericsson關(guān)于tdd多個prach配置示意圖5829圖表 327 zte關(guān)于tdd模式在不同r值時nodeb的承載圖5930圖表 328 zte關(guān)于tdd模式在短prach時

8、頻資源設(shè)置示意圖5930圖表 329 zte關(guān)于tdd模式無線幀配置示意圖5931圖表 330 tdd模式prach配置示意圖15934圖表 331 tdd模式prach配置示意圖25934圖表 332 tdd模式prach配置示意圖35934圖表 333 zc序列與gcl序列互相關(guān)平均歸一化結(jié)果2035圖表 334 有干擾場景下隨機接入漏檢測概率3136圖表 335 隨機接入preamble子載波映射圖3136圖表 336 小區(qū)半徑與最大zc序列數(shù)量關(guān)系圖4538圖表 337 zadoff-chu序列的cm值4840圖表 338 索引調(diào)整后preamble序列cm值與高速場景下可支持小區(qū)大小

9、2440圖表 339 頻偏對preamble的相關(guān)性能影響圖11741圖表 340 頻偏對preamble的相關(guān)性能影響圖21842圖表 341 抑制頻偏限制集合（restricted set）基序列與循環(huán)移位示意圖1943圖表 342 限制集合方案對頻偏影響的抑制性能1943圖表 343 被限制循環(huán)移位示例66(n=839, ncs=40, du=150)44圖表 344 被限制循環(huán)移位示例66(n=839, ncs=40, du=150)45圖表 345 參考文獻66方法得到被限制循環(huán)移位示例6746圖表 346 參考文獻65方法得到被限制循環(huán)移位示例6746圖表 347 早期在25.81

10、4隨機接入流程方案設(shè)計247圖表 348 motorola關(guān)于隨機接入流程設(shè)計6248圖表 349 非同步隨機接入流程最終方案設(shè)計2648圖表 350 非同步隨機接入功率控制（固定功率）方案2950圖表 351 非同步隨機接入功率控制（開環(huán)功率控制）方案2951圖表 352 非同步隨機接入功率控制（基于開環(huán)功率遞增控制）方案2951圖表 353 激活模式下調(diào)度請求傳輸模式2753圖表 354 基于競爭機制調(diào)度請求性能圖2753圖表 355 同步隨機接入流程圖3054圖表 356 上行同步保持過程54圖表 357 ue信號同步場景描述7255圖表 41 非同步隨機接入時頻資源復用結(jié)構(gòu)圖59圖表

11、42 fs2（tdd）模式時頻資源復用結(jié)構(gòu)圖61圖表 43 隨機接入前導序列格式362圖表 51 隨機接入檢測預處理方案1（頻域）72圖表 52 隨機接入檢測預處理方案2（時域）72圖表 53 隨機接入檢測預處理ddc示意圖74圖表 54 預處理低通濾波器示意圖75圖表 55 降采樣在頻譜上的示意圖75圖表 56 前導（preamble）序列頻域檢測流程圖76圖表 57 信道檢測中zero-padding操作示意圖177圖表 58 信道檢測中zero-padding操作示意圖278圖表 59 頻域從長度q補零到長度mq（m3）的時域?qū)?yīng)示意圖78圖表 510 前導序列檢測時域加窗示意圖79圖表

12、 511 lte協(xié)議rs信號設(shè)計示意圖83圖表 512 rs信號zc序列擴展示意圖84圖表 513 上行rs信號ue發(fā)射處理示意圖85圖表 514 上行同步檢測流程圖85圖表 515 上行同步檢測fft與頻域加窗操作86圖表 516 上行同步檢測頻域加窗操作86圖表 517 上行同步檢測頻域提取與ifft模塊操作87圖表 518 上行同步檢測頻域補零模塊操作88圖表 519 短rs序列自相關(guān)屬性（1rb）91圖表 520 短rs序列自相關(guān)屬性（2rb）91圖表 81 zadoff-chu序列（n=63,u=33）自相關(guān)屬性示意圖97圖表 82 zadoff-chu序列（n=63,u=29,33

13、）互相關(guān)屬性示意圖98圖表 83 zadoff-chu序列（n=839,u=31）插值前后幅度示意圖101圖表 84 zadoff-chu序列（n=839,u=31）2倍插值局部放大示意圖102圖表 85 zadoff-chu序列（n=839,u=31）4倍插值局部放大示意圖102表 格表格 31 motorola關(guān)于隨機接入時隙的提案3315表格 32 prach帶寬與性能關(guān)系仿真參數(shù)5016表格 33 隨機接入preamble不同結(jié)構(gòu)參數(shù)比較1120表格 34 關(guān)于隨機接入前導序列前期的參數(shù)6423表格 35 關(guān)于隨機接入前導序列cp參數(shù)設(shè)計6424表格 36 關(guān)于tdd模式prach參數(shù)

14、提案545527表格 37 關(guān)于tdd模式prach在參考文獻56中參數(shù)27表格 38 tdd模式ncs參數(shù)配置5628表格 39 ericsson在文獻58中給出的tdd模式prach配置表5628表格 310 參考文獻45中給出的ncs選取方案表4538表格 311 隨機接入序列循環(huán)偏移待選方案表36 37 3839表格 312 ue信號同步精度評估參數(shù)表7156表格 313 ue信號同步精度評估（1% residual bler場景損失）7156表格 314 tu30場景中95%的timing估計絕對誤差統(tǒng)計（cdf）7757表格 315 tu360場景中95%的timing估計絕對誤差

15、統(tǒng)計（cdf）7757表格 41 隨機接入前導序列參數(shù)362表格 42 幀結(jié)構(gòu)1隨機接入?yún)?shù)配置（前導序列03）363表格 43 幀結(jié)構(gòu)2隨機接入?yún)?shù)配置（前導序列04）363表格 44 幀結(jié)構(gòu)2隨機接入時頻分配參數(shù) 364表格 45 幀結(jié)構(gòu)2上下行配置參數(shù)366表格 46 zadoff-chu序列邏輯根索引與物理根索引對照（前導格式03）367表格 47 zadoff-chu序列邏輯根索引與物理根索引對照（前導格式4）368表格 48 隨機接入前導序列長度定義370表格 49 隨機接入前導序列生成循環(huán)移位定義（前導格式03）370表格 410 隨機接入前導序列生成循環(huán)移位定義（前導格式4）3

16、70表格 411 隨機接入信號生成基帶參數(shù)371表格 51 隨機接入樣預處理信號緩存樣點數(shù)nseq73表格 52 值定義（）389表格 53 值定義（）390 第 6 頁 共 103 頁1 引言引言提出了對本文檔的縱覽，幫助讀者理解該文檔的編寫目的，適用的讀者，參考資料，術(shù)語解釋等等。1.1 編寫目的簡要描述本文檔涉及的研究內(nèi)容和范圍，說明本文檔編寫的目的和意義。1.2 預期讀者和閱讀建議列舉本文檔所針對的不同讀者，如開發(fā)人員、項目經(jīng)理、測試人員或文檔編寫人員等，提出適合各類用戶的閱讀建議。1.3 縮寫術(shù)語 density of random access opportunities per

17、radio frame carrier frequency prach resource frequency index within the considered time domain location uplink bandwidth configuration, expressed in multiples of resource block size in the frequency domain, expressed as a number of subcarriers timing offset between uplink and downlink radio frames a

18、t the ue, expressed in units of fixed timing advance offset, expressed in units of physical resource block number first physical resource block occupied by prach resource considered first physical resource block available for prach index for prach versions with same preamble format and prach density

19、 radio frame indicator index of prach opportunity half frame index of prach opportunity within the radio frame uplink subframe number for start of prach opportunity within the half frame basic time unit amplitude scaling for prach subcarrier spacing subcarrier spacing for the random access preamble第

20、 103 頁 共 103 頁2 技術(shù)特征2.1 lte概述介紹lte（long term evolution）是在2004年底的時候，第3代合作伙伴計劃（3gpp）開始的關(guān)于通用移動通信系統(tǒng)（umts）技術(shù)的長期演進項目。這個項目是以正交頻分復用（ofdm）為核心的技術(shù)，與其說是3g的演進，不如說是“革命”，它與umb、wimax以及ieee的802.20等技術(shù)，由于已經(jīng)具有某些第4代通信技術(shù)的特征，甚至可以被看作“準4g”技術(shù)1。3gpp啟動lte主要是為了移動通信與寬帶無限接入技術(shù)的融合。其技術(shù)特點主要考慮到如下幾個總體目標：ü 降低每bit成本。ü 擴展業(yè)務(wù)的提供能力

21、，以更低的成本、更佳的用戶體驗提供更多的業(yè)務(wù)。ü 靈活使用現(xiàn)有的和新的頻段。ü 簡化架構(gòu)，開放接口。ü 實現(xiàn)合理的終端功耗。同時為了實現(xiàn)lte要求的高性能，系統(tǒng)架構(gòu)也不可避免的會發(fā)生改變?？偨Y(jié)起來為了實現(xiàn)一個高數(shù)據(jù)率、低延時、為分組業(yè)務(wù)優(yōu)化的系統(tǒng)，需要完成以下工作1。ü 在空中接口物理層方面，支持靈活的傳輸帶寬，引入新的傳輸技術(shù)和先進的多天線技術(shù)。ü 在空中接口層2/層3方面，對信令設(shè)計進行優(yōu)化。ü 在ran架構(gòu)方面，確定優(yōu)化的ran架構(gòu)和ran網(wǎng)元之間的功能劃分。ü 優(yōu)化rf設(shè)計2.2 lte系統(tǒng)中隨機接入過程概要介紹隨機

22、接入（random access）是ue在開始和網(wǎng)絡(luò)通信之前的接入過程。隨機接入過程可以被分為兩種類型：同步隨機接入（synchronized random access）和非同步隨機接入（non-synchronized random access）。當ue已經(jīng)和系統(tǒng)取得上行同步時，ue的隨即接入過程稱為同步隨機接入。當ue尚未和系統(tǒng)取得或丟失上行同步時，ue的隨機接入過程稱為非同步隨機接入。由于在進行非同步隨機接入時，ue尚未取得精確的上行同步，因此非同步接入?yún)^(qū)別于同步接入的一個主要特點，就是要估計、調(diào)整ue上行發(fā)送時鐘，將同步誤差控制在cp長度以內(nèi)1。如前面所說隨機接入的過程可以被分為兩

23、種：ü 非同步隨機接入過程ü 同步隨機接入過程3 有關(guān)隨機接入相關(guān)提案及發(fā)展過程介紹和討論3.1 隨機接入的目的在上行鏈路中，node b將負責快速完成對有數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的ue進行資源調(diào)配。為了能夠保證上行鏈路的正交性，就需要對ue發(fā)送信號實現(xiàn)頻率和時間的同步，而頻率同步通常是ue通過下行信號探測和對本振鎖定來實現(xiàn)的，對于由doppler等因素造成殘留頻偏通常不再做更細致的考慮。而在ue發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，node b可以完成時間同步的測量并通過接收ue數(shù)據(jù)和發(fā)送同步時間提前量給予有效調(diào)整。這個提前量主要是用于調(diào)整相應(yīng)的上行傳輸同步，在上行同步工作完成即實現(xiàn)上行同步后，ue開始進

24、行上行調(diào)度請求，一旦該請求得到許可，ue根據(jù)調(diào)度情況便可以開始真正的上行數(shù)據(jù)傳輸了。但是在ue剛剛開啟時，由于node b通常無法獲取ue最近的上行信息，因此不能直接完成傳輸同步。因此這就需要node b與ue之間通過一個過程（隨機接入random access）從而建立這種同步關(guān)系。當然在上行同步建立完成之前，也需要一個保護時間段（guard time），正如wcdma系統(tǒng)一樣。對于非同步隨機接入過程主要用于ue上行沒有與node b之間實現(xiàn)同步，或者ue上行鏈路失去同步的場景。如上所說，e-utra中隨機接入過程中除了使ue接入本地nodeb網(wǎng)絡(luò)以外，另一個主要目的就是獲得上行時間同步，使

25、其落入到上行cp的區(qū)域中。在wcdma系統(tǒng)中，上行隨機接入過程傳輸數(shù)據(jù)是非正交的，這樣所帶來的好處是在隨機接入過程中資源的放置沒有必要一定是準靜態(tài)的，但是這樣就需要有一個power ramping的過程來抑制ue間的干擾。當隨機接入過程中的數(shù)據(jù)是正交的，我們就從理論上不再需要power ramping的過程，這樣我們就可以實現(xiàn)一個快速的隨機接入過程4。3.2 非同步隨機接入的時頻結(jié)構(gòu)3.2.1 隨機接入資源與數(shù)據(jù)資源的復用方式隨機接入過程是基于隨機接入突發(fā)（burst）來實現(xiàn)的，它的時頻資源通常是由rrm的配置來控制。對于時頻資源的結(jié)構(gòu)曾經(jīng)有兩種建議，一種是通過fdm、tdm或二者結(jié)合的方式實

26、現(xiàn)非同步隨機接入資源結(jié)構(gòu)，另一種是通過cdm的方式實現(xiàn)非同步隨機接入資源的結(jié)構(gòu)2。隨機接入通?？梢酝ㄟ^在時域中保留一個專門子幀與數(shù)據(jù)傳輸完全分開。在下面圖表 31中的第一幅圖是fdm模式，其中我們可以看到rach資源與被調(diào)度的數(shù)據(jù)資源使用相同的時間資源，不同的頻率資源。第二幅圖是tdm模式，我們可以看到rach資源與數(shù)據(jù)資源使用了相同的時間資源和不同的頻率資源。最后的第三幅圖中是fdm/tdm相結(jié)合的模式，圖中可以看到rach資源與調(diào)度的數(shù)據(jù)資源在頻率和時間上都有復用。圖表 31 fdm 、tdm 、tdm/fdm隨機接入結(jié)構(gòu)（prach與數(shù)據(jù)的分集）8fdm模式中，rach將占用系統(tǒng)帶寬的一

27、部分。它的優(yōu)勢是可以為用戶提供一種持續(xù)的接入，這樣可以將反應(yīng)延遲減小到最小。但同時為此付出的代價就是過大的開銷，這也是很容易理解的，以至我們通常無法接收這種方法。tdm與tdm/fdm的方式是基于一種假設(shè)為前提，即有足夠的保護時間帶避免小區(qū)間的沖突。tdm模式中，并不一定像圖中所示一定要占據(jù)整個系統(tǒng)帶寬，同時可以將頻帶資源分為多個rach突發(fā)部分。而它所帶來的好處很容易看到可以使rach資源與調(diào)度的數(shù)據(jù)資源保持很好的正交性（數(shù)據(jù)的ofdm符號長度和prach的ofdm符號長度可能會不一致）。tdm/fdm模式可以使在相同的資源開銷的情況下有相對較小的反應(yīng)延遲，但是由于rach資源可能存在著異步

28、的問題，所以它會對鄰近頻率的數(shù)據(jù)資源帶來干擾。同時tdm模式（包括這種準正交的tdm/fdm模式）由于其資源的正交性，可以通過使用power ramping（類似wcdma系統(tǒng)中）的過程，從而在一定程度上彌補了反應(yīng)延遲的影響。圖表 32 cdm隨機接入資源結(jié)構(gòu)（prach與數(shù)據(jù)的復用）2在上面圖表 32的結(jié)構(gòu)中，隨機接入過程使用cdm模式，多個隨機接入的時頻資源與數(shù)據(jù)的傳輸是可以發(fā)生沖突的，而接收機則可以通過足夠強的接收處理增益提取相關(guān)信息。這種模式的益處是rach可以靈活的配置在時頻域資源上。當然所引入的問題很顯然就是干擾。通過上面我們對tdm、fdm、tdm/fdm以及cdm方式的介紹，以

29、及有缺點的解釋，很容易發(fā)現(xiàn)單一的fdm和cdm都并不是我們所希望的方式。而最終的協(xié)議中選用的方案是tdm/fdm模式，同時rach在一個時間段中也并沒有占用完整的頻域資源（如上所介紹的）。3.2.2 多個隨機接入資源之間的復用方式通常為了取得更好的性能，在多個隨機接入資源之間也可以通過某種方式達到一定的分集效果。在下面圖表 33中我們可以看到每個trach-rep的周期中一個子幀用來放置隨機接入資源，而trach-rep的值則由廣播信道通知ue。對于多個隨機接入資源的分集方式的也是分為了兩個觀點，即tdm/fdm與cdm模式。這兩種方式與上一節(jié)3.2.1中介紹的非常類似。tdm/fdm模式中多

30、個用戶的prach采用不同的時間和頻率資源，cdm則是多個用戶之間的prach采用不同的正交碼資源，而時間和頻率資源則是相同的。但是無論隨機接入資源采用的是cdm結(jié)構(gòu)還是fdm/tdm結(jié)構(gòu)都有著一個共同點，就是如上一節(jié)所說prach資源和數(shù)據(jù)資源是通過fdm/tdm方式劃分的。圖表 33 tdm/fdm模式隨機接入資源結(jié)構(gòu)（多個prach之間的分集）2注：上圖截取自參考文獻2，由于當時對子幀的定義還是0.5ms，所以圖中也是0.5ms子幀。在最終的協(xié)議方案中，定義為1ms子幀方案，即prach也為1ms空隙。上圖的例子中，prach信道配置在每個10ms無線幀中第一個slot中（最終協(xié)議會在一

31、個subframe中）。系統(tǒng)中規(guī)劃了4個頻段用于prach傳輸，ue可以在4個頻帶中選擇一個進行隨機接入。上圖的示例為ue在前一幀中使用了第1個頻段發(fā)送prach，在后一幀中則使用第3個頻段發(fā)送。而對于cdm的方式的與上一節(jié)的所描述的非常類似，它所帶來的好處是，資源的配置方法更為的豐富和靈活，同時可以通過對cdm所需要的序列的設(shè)計，來實現(xiàn)更多的需求（如自相關(guān)性，互相關(guān)性，papr值的控制等）。最終協(xié)議中是采用的cdm的方式實現(xiàn)的多個用戶之間的prach復用。但是如果我們將數(shù)據(jù)資源和prach資源的復用與多個用戶的prach復用方式結(jié)合起來看這個復用問題的話，應(yīng)該認為系統(tǒng)采用的是tdm/fdm和

32、cdm相結(jié)合的方式實現(xiàn)整個隨機接入資源的復用。關(guān)于隨機接入資源復用的配置問題（相應(yīng)參數(shù)）：首先在ran49#bis會議中已經(jīng)確定prach預先定義的slot配置可以有16種（4個bits），并且每個prach的資源間隔可以大于10ms。基于以上前提，ti在文獻32中提到ra的處理過程不應(yīng)該像ra時隙周期（通常10ms）那樣的長，要求能夠更快的將message2的消息送給ue，而這依賴于ra的承載情況，同時也影響ra接收機的復雜的。下面圖表 34右圖中所示相當于時間復用，而左圖為頻率上復用，而右圖會有更小的時間等待延遲和ra接收機復雜度。圖表 34 隨機接入模式與ra復雜度、延遲的關(guān)系 32多小

33、區(qū)ra接收機復雜度所依賴的標準依據(jù)基本上可以如下：1 最小化在同一子幀中隨機接入時隙的數(shù)量。2 同一個nodeb的不同的三個小區(qū)的隨機接入時隙可以區(qū)分辨別。3 擁有周期模式（10ms、20ms等）。4 正常的隨機接入承載模式中，隨機接入的資源與系統(tǒng)基本帶寬資源一致：1.25mhz（6rbs）、5.0mhz（25rbs）10.0mhz（50rbs）15.0mhz（75rbs）20.0mhz（100rbs）。圖表 35 texas instruments隨機接入模式時隙配置 32上面圖表 35是ti對于隨機接入時隙配置的設(shè)計參考圖，他們在文獻32中也給出了一個配置表，后來，motorola做了相應(yīng)

34、的修改，最后定為了圖下面表格 31中的結(jié)果，協(xié)議中也是用的相應(yīng)的結(jié)論。表格 31 motorola關(guān)于隨機接入時隙的提案33ra slot configurationra period (sub-frames)ra sub-frames0201120422073101410451076517528539101, 4, 710102, 5, 811103, 6, 912201321141015209同時由于prach在頻率資源的可選擇性，也就引出了另外一個跳頻（hopping）的問題，在參考文獻34中對prach的頻域位置、prach跳頻周期以及進行了較為詳細的分析和比較，最后的結(jié)論是關(guān)于fdd

35、模式下頻域位置，不使用跳頻方式（或者說周期為10ms），這主要是考慮跳頻實際上并不能帶來太大的增益，主要由于prach的發(fā)送周期間隔已經(jīng)很長了，同時跳頻還會帶來更多的信領(lǐng)的開銷。并且prach頻域位置應(yīng)該鄰近于pucch的附近，這樣可以盡可能的避免對pusch的分割，同時有prach的信號功率相對比較小，也可以減小對pucch的干擾，如下面圖表 36。圖表 36 prach頻域資源放置位置的設(shè)計 343.2.3 隨機接入資源的傳輸帶寬prach的前導序列主要用于nodeb對于ue接入的檢測以及ue與node由于距離產(chǎn)生的時間延遲的估計，對于后者則要求至少在1mhz的精確度上。因此我們這個問題將

36、集中在帶寬的大小對檢測性能的影響程度，主要考慮1.25mhz、2.5mhz、5.0mhz、10mhz、15.0mhz、20.0mhz。下圖給出了ti關(guān)于這個問題的仿真參數(shù)表50。表格 32 prach帶寬與性能關(guān)系仿真參數(shù)50bandwidth (mhz)block typefft sampling rate (mhz)nb sub-carrierspreamble sampling rate (mhz)rach preamble durationsw size (samples)samples (ns)mslte1.25long1.92751.12510240.9119short381.14

37、0.90192.5long3.841502.2520480.9138short752.250.91385long7.683004.540960.9175short1504.50.917510long15.36600981920.91150short30090.9115015long23.0490013.5122880.91225short45013.50.9122520long30.72120018163840.91300short600180.91300w-cdma5   3.8440961.0764圖表 37 1.25、5.0、20mhz系統(tǒng)能量包絡(luò)與相應(yīng)檢測

38、門限 50在參考文獻50中給出了前導序列在不同帶寬系統(tǒng)中的能量包絡(luò)的理論信噪比以及理論門限值。根據(jù)它的推導得出的結(jié)論是在preamble總能量不變的情況下，所占用的帶寬越小，在awgn信道中的性能就越好50（沒有分集效果的時候，帶寬越小噪聲就越?。?。下面圖表 38的仿真結(jié)果也證實了這個結(jié)論圖表 38 prach前導序列帶寬與檢測性能示意圖（awgn）50圖表 39 prach前導序列帶寬與檢測性能示意圖（tu03）50上面圖表 39給出了衰落信道tu03的仿真結(jié)果，在整個仿真的snr區(qū)域2.5mhz的性能相對是比較好的，更大帶寬的分集增益只有在更高的snr區(qū)域才體現(xiàn)出其效果。從wcdma系統(tǒng)的

39、0.999正確檢測概率標準看，1.25mhz與5.0mhz只差0.5個db。因此認為1.25mhz的帶寬已經(jīng)足夠了，而可以將其它帶寬用于其它的前導序列50。在參考文獻51、52中也有一些詳細的描述。使用1.25mhz帶寬的preamble帶來的另一個好處就是可以使各個帶寬場景下lte系統(tǒng)有一個固定的prach帶寬，從而使得ue發(fā)射端與nodeb接收端處理對各種帶寬系統(tǒng)下的復雜度考慮大大降低。3.2.4 prach攜帶控制信息的方式關(guān)于該議題的討論提出的時候，具體由前導（preamble）所需要攜帶的具體信息還沒準確的確定。對于這個議題的提出有三種方案：圖表 310 prach攜帶控制信息方案1

40、 5方案1為preamble部分只是標識（signature）序列，所有的控制信息（control information）將通過獨立的控制消息部分（control message part）傳送。圖表 311 prach攜帶控制信息方案2 5方案2為preamble部分將攜帶標識序列和一部分的控制信息，剩余控制信息將通過獨立的控制消息部分傳送。圖表 312 prach攜帶控制信息方案3 5方案3是preamble部分將攜帶標識序列和所有的控制信息，而獨立的控制消息部分則不再需要了。在參考文獻6、7中給出了一些仿真結(jié)果，在500m和1732m小區(qū)間距的場景中，保證漏檢概率小于1，則preamb

41、le部分的長度要大于在0.3ms和0.8ms。所以當考慮到覆蓋率的問題時，控制消息部分中的bit數(shù)也將是嚴格受到限制的。另外如果在一個tti中通過一個prach攜帶更多的信息，一般造成低效的反應(yīng)時間和低效的射頻資源的使用。而通常情況下又應(yīng)該是多個prach的存在，從而降低每個prach所攜帶的信息。所以文獻5中建議使用第2種或者第3種方案，而最終被協(xié)議中所采納的方法則是第3中方案。3.2.5 prach包長度的選取在參考文獻8中給出了preamble序列長度設(shè)計的模型已經(jīng)一些考慮。它是ericsson基于3.2.1章節(jié)中的時頻結(jié)構(gòu)復用方式2基礎(chǔ)上給出的。tds ？圖表 313 隨機接入0.5m

42、s子幀及對應(yīng)前導（preamble）設(shè)計 8ue發(fā)送的preamble在0.5ms的隨機接入子幀中。為了克服上行初時傳輸過程中時間不同步的問題，需要有足夠的保護時間tgp。其中不同步的時間偏差可以通過6.7us/km計算。這樣，對于ue與node b之間為15km的場景，tgp為100us已經(jīng)足夠了，同樣preamble將大約是400us。但是，后來隨著小區(qū)內(nèi)要求對于有效zc序列循環(huán)移位的個數(shù)的增加，所以在一些較大的小區(qū)中對應(yīng)的最大gp和preamble的長度都要有所調(diào)整。其中ericsson仍然希望在0.5ms的prach的基礎(chǔ)上進行有效的擴展，它提出的方式是以0.5ms的prach進行整數(shù)

43、倍的重復復制10，它認為對于較小的小區(qū)，單一的0.5ms的prach已經(jīng)足夠了，而對于較大的小區(qū)，則需要3個重復即可得到，它的復雜度相對比較低，重復復制的結(jié)構(gòu)比較容易得到。而panasonic、docomo和ipwireless等公司認為preamble的0.4ms長度是不夠的11，而1ms的preamble可以考慮擴展結(jié)構(gòu)，即重新使用更長的zc序列生成，而不是用原有的0.4ms的preamble重復生成。下圖是在參考文獻11中給出的一個nodeb-ue距離與preamble長度的關(guān)系圖。圖表 314 nodeb-ue距離與隨機接入preamble長度關(guān)系圖11注：黑線為天線30m高14dbi

44、的增益；藍線為天線30m高20dbi的增益；藍虛線為天線60m高20dbi的增益。上圖圖表 314中可以清晰的看到0.5ms的preamble在通常的30m高天線中為有效的覆蓋范圍在7km的位置，1.0ms的prach的有效覆蓋范圍為1415km。并且panasonic、docomo在文獻11中給出了針對0.5ms、1.0ms以及重復模式和擴展模式下的鏈路性能仿真結(jié)果，如下圖。圖表 315 隨機接入preamble在多種模式下性能曲線11注：其中repetition為preamble重復復制結(jié)構(gòu)；extension為preamble序列擴展結(jié)構(gòu)；r為zc序列的不同root索引。參考文獻11的最

45、后給出了一個比較列表表格 33 隨機接入preamble不同結(jié)構(gòu)參數(shù)比較11tti length0.5ms tti1.0ms tti2.0ms or larger ttipreamble duration432 us848 usmultiple of 848 usguard time68 us (up to 8.6km)152 us (up to 21.1km)multiple of 152 ussequence length n487953ç# of available zc sequences486952ç# of cyclic-shift sequences32 (&

46、lt;1km)16 (1 3km) 8 (3 7km) 8 (7 15km) 6 (15 20km)4 (30km)2 (60km)reuse factor (64 sequences used in a cell)240 (<1km)120 (1 3km)60 (3 7km)119 (7 15km)86 (15 20km)59 (30km)29 (60km)extension type for large cell-extensionrepetitionrepetition of 1.0ms tti.support cell sizeup to 8.6 kmup to 21.1 km&

47、gt; 15km support sls什么意思 scenariocase(a)(b) and (d)case (c)-assumed bs antenna height15m 30m30m 60m> 50massumed bs antenna gain14 dbi 20 dbi20 dbi20 dbi or more根據(jù)上面表格 33中給出的匯總結(jié)果，docomo建議對于1.0ms的prach結(jié)構(gòu)使用擴展模式，而針對大于1.0ms的prach則可以考慮以1.0ms的prach為基本序列重復生成。如下圖圖表 316所示圖表 316 panasonic、docomo針對隨機接入preamb

48、le結(jié)構(gòu)的提案11最終在ran-#46bis會議中達成一致，使用1.0ms的基本的prach序列結(jié)構(gòu)12圖表 317 ran-#46bis隨機接入preamble結(jié)構(gòu)12parameters for 1msec tti only: cp: 0.1msec; preamble: 0.8 msec; gt: 0.1msec3.2.6 超大小區(qū)prach的考慮對于常規(guī)的幀結(jié)構(gòu)，隨機接入所占用的帶寬為1.08mhz（6rbs），在時間上約為1ms的長度。其中preamble的長度為800us，cp長度為102.6us，gt長度97.4us。從理論上考慮它所能夠支持的小區(qū)約為14.6km，這還遠遠無法達

49、到lte所提出的100km的期望。為此，很多的公司都提出了相應(yīng)的一些方案，其中motorola在參考文獻13中兩種擴展結(jié)構(gòu)，一種是原有0.8ms的preamble進行重復，cp和gt也會有一些增加；另外一種則是preamble序列長度本身保持不變，而相應(yīng)的增加gt和cp的長度。圖表 318 對于超大小區(qū)preamble結(jié)構(gòu)設(shè)計13上圖圖表 318中給出了一個簡單的超大小區(qū)prach結(jié)構(gòu)設(shè)計的示意圖，為了能夠支持超大小區(qū)，gt和cp必須要擴展到足夠的大才可以保證小區(qū)內(nèi)的時延要求，根據(jù)6.7us/km的要求我們可以得到對于100km的小區(qū)，gt至少要保證有670us的長度。同時由于小區(qū)半徑的變大，

50、會直接使得路徑損耗大大增加，如果仍舊使用800us的純preamble將會使我們懷疑nodeb端在進行檢測過程中的累計能量是否足夠。如果累計能量不再足夠的話，將會直接導致漏警和虛警概率的增加。在參考文獻1314中給出了詳細的路徑損耗鏈路預算的結(jié)果，通過計算得到在100km距離場景下，路徑損耗約為168db，而接收的preamble若要達到正確檢測概率在99的要求，每個序列理論的累計能量信噪比要在18db以上。綜合考慮這些因素，我們會得到如果希望支持100km小區(qū)，按照0.8ms的有效preamble長度，重復的次數(shù)至少應(yīng)該是2，同時還要有大于600us的時間留給cp和gt，這樣總體一共要有大于

51、2個1.0ms的preamble結(jié)構(gòu)長度，也就是說在支持100km小區(qū)的場景下，隨機接入的prach長度要有3.0ms。在lge的參考文獻14中，也有同樣的分析，最后也可以得到同樣的結(jié)論，即需要preamble的加長。從這些分析中，我們不難得到最后的結(jié)論，在ran-49中得到了最終的一致，在超大小區(qū)的場景中會采用一個preamble重復（0.8 + 0.8 ms）的方式。對于這個章節(jié)的中的問題似乎與前一個章節(jié)3.2.5有些相似，其二者的主要差別在與3.2.5中主要討論對原有的preamble（0.4ms）是否能夠滿足preamble的檢測概率和常規(guī)小區(qū)半徑的要求，它提出多種方案是對原有的pre

52、amble重復或者重新擴展，而最后采用是重新擴展，同時取消原有的0.4ms的preamble的方案。而在本章節(jié)中討論的是在1.0ms的preamble模型的基礎(chǔ)上，如何能夠更好的支持超大小區(qū)。提出的方案有重復preamble或者加長cp與gt（如圖表 318），而最后采用的是重復preamble的方案。3.2.7 cp長度的確定在確定了prach的整個資源的大小已經(jīng)preamble的長短之后，所要確定的就是cp的長度。cp長度確定的基本思想是基于以下兩種方案：1. 格式0和2：cp要支持最大的coverage，考慮到時延擴展后為tcp = (1ms 800µs)/2 + d, wit

53、h d 5.2 µs2. 格式1和3：cp要支持最大半徑小區(qū)，同時要考慮最大時延擴展d 16.67 µs則對于fs1有如下的結(jié)果ü 格式0：1ms的ra burst中有800us的前導序列preamble，主要支持中等以下的小區(qū)（14km半徑）。ü 格式1：2ms的ra burst中有800us的前導序列preamble，主要支持大半徑小區(qū)（77km半徑），沒有鏈路預算（信道的衰落等因素）的考慮。ü 格式2：2ms的ra burst中有1600us的前導序列preamble，主要支持中等小區(qū)（28km半徑）支持低數(shù)據(jù)率場景。ü 格式3：3ms的ra burst中有1600us的前導序列preamble，支持超大小區(qū)（100km半徑）。表格 34 關(guān)于