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LTE PRACH信道的参数配置分析
帖子军饷威望
1&&PRACH信道的配置参数
LTE 中PRACH信道的配置参数主要有五个，都是小区级参数分别是：
●PRACH配置索引（prach-ConfigurationIndex）
●零相关配置（zeroCorrelationZoneConfig）
●根序列索引（rootSequenceIndex）
●是否为高速状态（highSpeedFlag）
1.1&&PRACH配置索引（prach-ConfigurationIndex）
1.1.1&&参数基本信息
用于指示小区的PRACH配置索引。该参数指示了PRACH的频域资源索引、时域的无线帧、半帧、子帧的资源占用情况。该参数确定后，小区PRACH的时、频资源即可确定，同时也确定了采用的前导格式（0~47为前导格式0~3，47~57为前导格式4），其定义见下表（36.211 Table 5.7.1-4）。表格中的含义如下：
：在prach-FrequencyOffset的基础上指示同一时刻内频分的各个PRACH信道的频率位置；
：指示PRACH信道的无线帧位置，0为全部无线帧，1为奇数无线帧，2为偶数无线帧；
：指示PRACH信道在无线帧的前半帧或后半帧，0为前半帧，1为后半帧；
：指示PRACH信道在“5ms半帧”内的上子帧序号，带*表示在UpPTS上。
1.1.2& &前导码格式与小区半径的关系
随机接入信号是由CP（长度为TCP）、前导序列（长度为TSEQ）和GT (长度为)三个部分组成，前导序列与PRACH时隙长度的差为GT，用于对抗多径干扰的保护，以抵消传播时延。一般来说较长的序列，能获得较好的覆盖范围，但较好的覆盖范围需要较长的CP和GT来抵消相应的往返时延，即小区覆盖范围越大，传输时延越长，需要的GT越大，为适应不同的覆盖要求，36.211协议规定了五种格式的PRACH 循环前缀长度、序列长度、以及GT长度如下表3。
Preamble格式和小区覆盖范围的关系约束原则为：小区内边缘用户的传输时延需要在GT内部，才能保证PRACH能正常接收，且不干扰其他的子帧。即需要满足的关系为 ，
其中，TTCP 为循环前缀CP的长度；
TGT为保护间隔；
TRTT为最大往返时间。
根据以上关系，可以得到各种格式下所支持小区的最大半径(考虑)如表3：
具体可以叙述为：
Preamble 格式 0：持续1ms，序列长度800us，适用于小、中型的小区，最大小区半径14.53km，此格式看满足网络覆盖的多数场景。
Preamble 格式 1：持续2ms，序列长度800us，适用于大型的小区，最大小区半径为77.34km。
Preamble 格式 2：持续2ms，序列长度1600us，适用于中型小区，最大小区半径为29.53km。
Preamble 格式 3：持续3ms，序列长度1600us，适用于超大型小区，最大小区半径为100.16km；一般用于海面、孤岛等需要超长距离覆盖的场景。
Preamble 格式 4： TDD模式专用的格式，持续时间157.292μs（ 2个OFDM符号的突发），适用于小型小区，小区半径≤1.4km，一般应用于短距离覆盖，特别是密集市区、室内覆盖或热点补充覆盖等场景。它是对半径较小的小区的一种优化，可以在不占用正常时隙资源的情况下，利用很小的资源承载PRACH信道，有助于提高系统上行吞吐量，某种程度上也可以认为有助于提高上行业务信道的覆盖性能。& &
1.1.3& &RACH容量选择
这里用一个简单的模型来估计有限的PRACH资源上的竞争随机接入用户的承载数量。设定在某时间间隔中需要进行随机接入用户数为（用户数足够大，即用户间），随机接入的资源数为（随机接入的资源数由PRACH的密度决定。m表示每10ms内的preambles码数preambles），用户等概率地选择这些资源中的一个，任一用户A的碰撞概率为。用户发生碰撞后，重新进行随机接入时，在这个简单模型中记为一个新用户的接入，则任一用户A选定资源集（共个资源）中某一资源时，其它用户不和该用户发生碰撞，即其它用户都选择其他个资源，其概率约为。即用户A不和
其他用户发生碰撞的概率为：
时间间隔T内，随机接入的用户数N表示为：
从上式可以看出，一定PRACH密度情况下，目标碰撞概率对所支持的随机接入的用户数需求起决定作用。设定用户可以接受的碰撞概率=1%（在LTE中，检测到碰撞后就可以使用回退机制），一个PRACH资源（一个1.08MHz带宽的时频资源）中的64Preambles均用于竞争随机接入，则一个PRACH资源可以接入的用户数个。如果一个无线帧（10ms）内有两个PRACH资源（即密度为2），则每秒钟可以接入的用户数为个。这就是LTE中期望的典型PRACH负载能力。
下面两幅图是3GPP相关提案中给出的不同RACH负载下的碰撞概率曲线，其中第二幅图是对第一幅图在碰撞概率低于1%时的缩放。途中横坐标表示1s中内发起RACH的总次数（竞争式），纵坐标表示碰撞概率，64signatures表示10ms周期内共有64个preamble可用，128signatures表示共有128个preamble可用。从第一幅图可以看出如果目标碰撞概率设为低于1%，则每10ms128个preamble可以支持200次/s的竞争式随机接入。
进一步考虑将随机接入区分为竞争式的和非竞争式两种情况，为非竞争式随机接入预留preamble。提案R2-070205中给出在假设的话务模型下，小区竞争式随即接入负载和非竞争式随机接入负载随小区覆盖范围内UE数变化而变化的情况，如下图所示。
虽然预留会导致竞争式的preamble个数的减少，但是由于可以通过分配的方式避免碰撞，preamble的使用效率会得到提升。以7000个UE时非竞争随机接入的负载是68.1 access/second为例，这个负载由以下三部分构成：
- Call establishment (RT): 1.9
- Handover (RT): 8.8
- Handover (NRT): 58.3
假设为了切换时能够采用一个异步的方法，一个相同的preamble应该在后续连续5个时刻上被保留，而下行资源分配（下行数据到达）只是需要在1个随机接入时刻上1个专用preamble即可。因此可以采用一个因子5修正切换时的非竞争随机接入负载，从而得到总的非竞争式随机接入负载为： access/second，或者3.37/occasion（假设10ms inter-occasion period）。进一步假设：
●平均需要分配3.37个专用preamble
●每个随机接入时刻的preamble需求到达满足Poisson分布
●能够接受的专用preamble消耗完的概率是0.5%
满足1- P0 – P1-…- Px < 0.5%的x=9，因此预留9个非竞争式preable就可以满足上述7000个UE时的非竞争式的随机接入负载需求。可以看出非竞争式随机接入的preamble利用率大大提高了。
根据以上分析，不考虑当小区覆盖范围内的用户数小于7000时，PRACH密度配置为2，在一般情况下式可以满足需求的。如果用户数小于3500则可以考虑将PRACH密度配置为1。
1.1.4&&相邻小区RACH时域、频域的分配原则
相邻小区间的PRACH信道的时域或频域位置尽可能错开，因前导格式4是在UpPTS时隙上，且不支持配置频率偏移，多个小区之间时域上、频域上可以选择的不同的时、频域位置较少，建议小半径一般采用Format 0 格式的PRACH。
1. 频域相同，时域不同
此种情况，“PRACH配置索引（prach-ConfigurationIndex）”参数需配置不同，相邻小区在RACH密度选择相同的情况下，通过三种方式将PRACH的时域配置不同：
●将PRACH配置在不同无线帧上，此情况只适用于RACH密度为0.5。
●将PRACH配置在不同的前后半帧上。
●将PRACH配置在不同的上行子帧序号上，此情况只适用于前导格式0~3。
2. 时域相同，频域不同
此种情况，相邻小区的“PRACH配置索引（prach-ConfigurationIndex）”参数可以配置相同， 通过参数“频率偏移（prach-FrequencyOffset）”配置不同，保证给小区的PRACH信道频域位置不同。此方法只适用于前导格式0~3，前导格式4时，不需要配置“频率偏移（prach-FrequencyOffset）”参数。
1.2&&零相关配置（zeroCorrelationZoneConfig）
1.2.1 参数基本信息
该参数指示PRACH前导序列生成使用的循环移位配置的索引值，如下表3（36.211 Table 5.7.2-2:）、表4（Table 5.7.2-3），对于前导格式0-3，本参数的取值范围为0-15，对于前导格式4，本参数的取值范围为0-6， “unrestricted set”或“restricted set”参数“是否为高速状态”由2.1.4节的“是否为高速状态（highSpeedFlag）”指示。
表3&&for preamble generation (preamble formats 0-3).
表4:&&for preamble generation (preamble format 4).
1.2.2& &Ncs与小区半径的关系
Ncs与小区半径相关，下面是Ncs和小区半径的关系参见如下公式：
其中，对于前导格式0-3，，对于前导格式4，；
对于前导格式0-3，，对于前导格式4，；
为最大多径时延扩展，是小区边缘UE对抗多径干扰的保护；
原则上，Ncs越大，小区半径越大，以下是根据公式1计算获得的前导格式0-3 、前导格式4，Ncs数值及其对应的最大小区半径(假设)关系表。　
表5&&前导格式0~3 时Ncs值与支持的最大小区半径
前导格式4Ncs值与支持的最大小区半径表２（考虑Tds = 5us）
表6&&前导格式4时Ncs值与支持的最大小区半径
注：最大扩展时延Tds暂时按照5us考虑， 若后期有更合理的值，则再更新文档。
1.2.3& &低速情况下产生64个前导码需要的根序列个数
其中,K表示根序列的个数；
前导格式0-3，，对于前导格式4，；
64表示64个前导码；
根据公式2，计算出低速（非限制集）情况下产生64个前导码需要的根序列数，如表6。&&
表6&&Ncs值和产生64个前导需要的根序列数
表10&&Format 4格式下的根序列
1.2.4& &相邻小区间零相关配置参数的配置原则
半径相同的小区可以Ncs相同，即“零相关配置（zeroCorrelationZoneConfig）”参数配置相同。
1.3&&根序列索引（rootSequenceIndex）
1.3.1&&参数基本信息
小区可用的64个前导集合是由一个或多个根Zadoff-Chu序列（简称ZC序列）进行循环移位产生的，小区使用的根序列的起始根序列的逻辑序号由本参数进行配置，参见表9（36.211 的Table 5.7.2-4）、表10（36.211 的Table 5.7.2-5），在系统信息中进行广播。
系统共使用838个ZC序列作为前导的物理根序列，协议中根据高速模式下各个物理根序列u所支持的最大的进行了分组，使得同一组内的Ncs满足NCS（g）≤NCS_max<NCS(g+1)（g为组号），共分为32个序列组，每组中的根序列按照CM值(CM是上行功率放大器非线性影响的衡量标准，比PAPR更准确，直接表征功放功率的降低——称为功率退化的程度，CM越低，对射频硬件要求比较低)排序，位置连续的根序列CM值始终接近，可以实现一致的小区覆盖，重新排序后的根序列序号称为根序列的逻辑序号。
根据CM值的大小将838个序列可以分为低CM组和高CM 组。根序列逻辑序号0~455为低CM组，根序列逻辑序号456~837为高CM组，CM值越低，越有利于小区覆盖因此低CM值的根序列优先使用。
表9 Format0~3格式下的根序列
Table 5.7.2-5: Root Zadoff-Chu sequence order for preamble format 4.
1.3.2&&低速情况相邻小区下根序列选择原则
当前导格式0~3的情况下，原则上838个根序列都可以选择，根序列和Ncs没有一定的约束关系，但为了较好的小区覆盖性能，最好选择逻辑序号在0~455之间的根序列。
当前导格式4时，可以在表（36.211 Table 5.7.2-5）0~137个根序列中任选根序列。
1.3.3&&相邻小区之间根序列选择原则
为避免相邻小区之间的干扰，建议相邻小区之间的根序列配置和使用都不相同，即1个小区在使用多个根序列生成64个前导码的情况下，其相邻小区应避开其他小区使用的根序列。
1.4&&是否为高速状态（highSpeedFlag）
对于高速移动环境下的UE，由于多普勒效应，会破坏ZC序列不同循环移位之间的正交性，这对这种环境下按照特殊规则生成的循环移位。在高速小区的场景下，本参数取值为TRUE，表示需要按照特殊规则生成循环移位。对应于下表中的选择限制集。TRUE代表限制集。当不是高速小区时取值为FALSE。
1.5&&频率偏移（prach-FrequencyOffset）
1.5.1&&参数的基本信息
该参数是指在普通上行子帧PRACH（format 0、1、2、3）所在的第一个物理资源块的索引，该参数的取值影响PRACH信道的频域位置。
由于LTE系统中PUCCH位于系统带宽的两侧，当 “PRACH配置索引”的取值在（48..57）的范围内（即PRACH配置在UpPTS子帧）时， “PRACH频率偏移”不需要配置。
当 “PRACH配置索引”的取值在（0..47）的范围内（即PRACH配置在普通上行子帧）时，需要满足的条件：
PUCCH 格式 2/2a/2b的可用资源块/2+PUCCH 格式 1/1a/1b的可用资源块/2+” MSG3单边预留资源长度”<= PRACH频率偏移 <= -(PUCCH 格式 2/2a/2b的可用资源块/2+PUCCH 格式 1/1a/1b的可用资源块/2) -6×PRACH条数 / 2- MSG3单边预留资源长度，其中，为上行系统带宽PRB数。
注：参数“MSG3单边预留资源长度”
UP->MAC配置参数->MSG3单边预留资源长度。
1.5.2&&相邻小区间频率偏移参数的配置原则
各相邻小区之间可以通过配置不同的本参数，将PRACH的频域位置错开，但这样会增加剩余PRB调度的复杂度，目前建议配置相同。
2& &PRACH信道的参数的配置方法
2.1&&PRACH信道参数的配置步骤
1. 根据规划的小区半径选择前导格式；
2. 然后根据小区接入负载容量确定合适的RACH密度，根据相邻小区综合考虑时频域分布，确定时频位置，最终确定 “PRACH配置索引”的取值。
3. 确定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。注：高速低速情况下，需要根据Ncs选择根序列。低速情况下根序列配置和Ncs的配置没有很直接的关系，即不同的Ncs可以对应不同的根序列；
注：相邻小区PRACH配置时需要考虑步骤6。
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，即为本小区需要占用的根序列数，即第5步选则的根序列及随后的N-1个根序列都属于本小区使用的根序列。
2.2&&邻小区的PRACH信道的配置
防止相邻小区之间相互干扰，相邻小区之间PRACH信道的配置需要考虑的配置参数有：
●PRACH配置索引（prach-ConfigurationIndex）及频率偏移（prach-FrequencyOffset）
相邻小区间的PRACH信道的时域或频域位置尽可能错开。
●根序列索引（rootSequenceIndex）
邻小区在进行根序列的配置时，应该避开其相邻小区已占用的根序列。
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Powered byLTE随机接入过程学习总结；一、为什么要随机接入；UE通过随机接入与基站进行信息交互，完成后续如呼；二、随机接入分类；随机接入过程分为两类：1、竞争性随机接入过程；2；三、随机接入过程；图1随机接入流程图；?UE侧随机接入流程；?解析传输请求，获得随机接入配置信息；?选择pr；1)基于竞争的随机接入：随机选择preamble；?按照指定功率发送preambl
LTE随机接入过程学习总结
一、 为什么要随机接入 UE通过随机接入与基站进行信息交互，完成后续如呼叫、资源请求和数据传输等操作，实现了UE与系统的上行时间同步，随机接入的性能直接影响到用户的体验，能够适应各种应用场景、快速接入、容纳更多用户的方案。（随机接入实现的基本功能：1、申请上行资源；2、与eNodeB 上行时间同步）。 二、 随机接入分类
随机接入过程分为两类：1、竞争性随机接入过程；2、非竞争性随机接入过程。
三、随机接入过程
图1随机接入流程图
? UE侧随机接入流程
? 解析传输请求，获得随机接入配置信息；
? 选择preamble序列
1)基于竞争的随机接入：随机选择preamble
2)无竞争的随机接入：由高层指定preamble ? 按照指定功率发送preamble ? 4.盲检用RA-RNTI标识的PDCCH，检测到，接收对应的PDSCH并将信息上传；
否则直接退出物理层随机接入过程，由高层逻辑决定后续操作；
? 基于竞争的随机接入（适用于初始随机接入） ? UE端通过在特定的时频资源上，发送可以标识其身份的preamble序列，进行上行同步。 ? 基站端在对应的时频资源上对preamble序列进行检测，完成序列检测后，发送随机接入响应。（ENB向UE传输的信息至少包括以下内容：RA-preamble identifier, Timing Alignment information, initial UL grant and assignment of Temporary C-RNTI ：UEeNB1Random Access PreambleRandom Access Response2RA-preamble identifier指UE 发送的preamble的标志符，通过这个标识符，手机知道有发给这个preamble的信息，而RA-RNTI用于给在某一时频位置发送preamble的手机用于监听RAR消息用的 3Scheduled TransmissionContention Resolution4Timing Alignment information是时间提前量信息，因为空间的无线传输存在延迟，ENB计算出这个延迟量并告诉UE，以确定下一次发送数据的实际时间。 UL-grant: 授权UE在上行链路上传输信息，有这个信息UE才能进行下一步的RRC连接请求。其中会给出UL-SCH可以传输的transport block的大小，最小为56bits，MCS等信息，具体的UL grant在物理层协议213里给出。） ? 在检测到属于自己的随机接入响应，（该随机接入响应中包含UE进行上行传输的资源调度信息），并在MSG3上发生竞争消除ID，基站接收到MSG3后，把竞争消除ID缓存起来。 ? 基站发送冲突解决响应，UE判断是否竞争成功 。（同一PRACH资源上多个UE发生同一个preamble，这是需要竞争消除）基站接收到MSG3后，把竞争消除ID缓存起来，然后携带在MSG4里，发送到temparary C-RNTI，这样当对应的UE收到后，检查到对应的ID属于自己的，那么竞争就消除了。
? 基于非竞争的随机接入（适用于切换或有下行数据到达且需要重新建立上行同步时 ?
1.基站根据此时的业务需求，给UE分配一个特定的preamble序列。（该序列不是基站在广播信息中广播的随机接入序列组） ?
2.UE接收到信令指示后，在特定的时频资源发送指定的preamble序列 ?
3.基站接收到随机接入preamble序列后，发送2Random Access ResponseRandom Access Preamble10RA Preamble assignmentUEeNB随机接入响应。进行后续的信令交互和数据传输
1、 有关PRACH信道简介？ 答：PRACH信道用作随机接入，是初始连接，切换，连接重建立，
重新回复上行同步的唯一途径。每个小区的PRACH需要提供64个Preamble码给UE接入使用 （Preamble码通过某个ZC根序列循环移位来构造 ）。 2、 为什么要做PRACH规划？ 答：为小区分配ZC根序列索引，以保证相邻小区使用该索引生成的Preamble码不同。
从而降低相邻小区使用相同的Preamble码而产生的相互干扰。 3、 PRACH规划需考虑的参数有哪些？ 答：a、PRACH配置索引
b、 零相关配置
C、 跟序列索引
D、PRACH频偏
PRACH 相关参数：
Preamble码的格式 ? Format 0~3 ? 838个根序列，每个长度为839位。
? Format 4
（TDLTE特有）
? 138个跟序列，每个长度为139位
1）PRACH配置索引
主要指示使用的Preamble码结构，时频位置信息，取值(0..63）
2）Preamble码根序列索引
当采用Preamble Format 0~3时，取值(0..837)；当采用Preamble Format 4时，取值(0..137)， （TDD only ）由于CP的长度明显小于前面介绍的format 0~3，format 4只支持覆盖范围很小的小区 即从838个ZC跟序列中挑一个。然后循环移位产生Preamble码。
SIB2里通知UE；某小区可用的PRACH时频资源是由SIB-2下发的。对接入该小区的所有UE而言，preamble的格式（format）和可选的PRACH时频资源就固定了。UE发起随机接入时，从中选择一个时频资源发送preamble。因为eNodeB不知道UE会在哪个时频资源上发送preamble，所以会在指示的所有preamble时频资源上检测并接收preamble。
3）高速小区
高速和低速时Preamble码的ZC序列的循环移位取值不同，序列生成方法不同
4）零相关配置
其实就是循环移位Ncs。取值(0..15）
5）PRACH频域偏移
指示常规上行子帧内PRACH（Preamble Format 0~3）可映射的第一个PRB的索引号。可根据此参数计算出占用的起始的PRB，preamble在频域占6个连续的RB。
此参数对于UpPTS内的PRACH（Preamble Format 4）不适用。
故：LTE设计时，相邻的小区使用不同的根序列（跟序列索引）和子帧（频偏）来实现接入前导错开。PS:Format4无法使用频偏来区分，见第五条。
4、 PRACH 时频资源的介绍 三亿文库包含各类专业文献、各类资格考试、中学教育、高等教育、外语学习资料、LTE物理过程―随机接入学习总结23等内容。　
　同步过程(包括 小区搜索和定时同 步) ;功率控制过程; 随机接入过程;物理 下行...LTE协议学习总结2 - 物理... 107页 &#165;5.00 LTE物理层协议总结一 67页 免费... 　针对该问题,文章基于 Android 平台,给出了实现 TDLTE 物理层同步、随机接入和功率控制过程的实训系统设计方法,该方法将 TD-LTE 系统原理 学习、协议解析进行了简单... 　LTE物理过程―随机接入学习总结_计算机硬件及网络_IT/计算机_专业资料。本文通过图文并茂的方式详细讲述总结了LTE随机接入过程,并对PRACH信道的时频资源做了总结。今日... 　lte学习总结_学习总结_总结/汇报_实用文档。1. LTE 频率和频点的对关系(36....之间的上行同步 2. 申请上行资源 随机接入过程涉及到物理层,MAC 层,RRC 层等... 　LTE 总结_学习总结_总结/汇报_实用文档。LTE 总结 1、 覆盖定义:rsrp≥-110...LTE 随机接入: ue 通过物理随机接入信道发送 preamble 前导码(64 个,0-63) ... 　学习心得体会-LTE的随机接入基本流程_学习总结_总结/汇报_实用文档。LTE 的随机接入基本流程 一、LTE的随机接入分为竞争的随机接入和非竞争的随机接入。 1)基于... 　LTE学习日志_实习总结_总结/汇报_实用文档。个人学习心得,分享给大家 ...以及从物理层获得相关信息,确定是否重新发送随机接入前导序列并 向物理层传送相应... 　LTE物理过程系统框图及物理层简单介绍_信息与通信_...随机接入过程、物理层 上(下)行共享(控制)信道过程...与 OFDM 相关的参数我总结有: 1、 信道编码方案如...&#xe621; 上传我的文档
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