金益源无线通信 ＬＴＥ接入信道结构及容量研究Ｒａｄｉｏ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ＬＴＥ接入信道结构及容量研究 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ＬＴＥ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃａｐａｃｉｔｙ 金益源（中国电信股份有限公司上海分公司。上海２０００８１） Ｊｉｎ Ｙｉｙｕａｎ（Ｃｈｉｎａ Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｂｒａｎｃｈ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００８１，Ｃｈｉｎａ） 摘 要： 在设计规划和维护ＬＴＥ网络时需重点关注ＬＴＥ网络的接入性能指标，为了适应不 同业务和用户环境，ＰＲＡＣＨ可根据不同业务负荷和小区覆盖距离进行优化调整。 关键词： 物理随机接入信道；随机接入信道；接入前 导格式；物理随机接入前导配置；容量 中图分类号：ＴＮ９２９．５ 文献标识码：Ａ 介绍了ＬＴＥ—ＦＤＤ移动通信系统接入信道中ＰＲＡＣＨ和ＲＡＣＨ的概念、相关资源配 置、时频结构、ＰＲＡＣＨ配置和接入距离之间的关系、ＰＲＡＣＨ容量相关无线参数，通 过分析ＰＲＡＣＨ配置参数之间的关系，推导出各种配置下ＰＲＡＣＨ承载的容量。 Ａｂｓｔｒａｃｔ： 文章编号：１ ００７—３０４３（２０１ ４）０８—００５３—０４ Ｉｔ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ＰＲＡＣＨ ａｎｄ ｒａｎｄｏｍ ｃｈａｎｎｅｌ ｉｎ ＬＴＥ－ＦＤＤ Ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｃｃｅｓｓ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｃｏｎｆｉｇ— ｕｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｔｉｍｅ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ＰＲＡＣＨ ｃａｐａｃｉｔｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒ，ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ＰＲＡＣＨ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ， ａｎｄ ｔｈｅ ａｃｃｅｓｓ ｄｉｓｔａｎｃｅ，ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｃｏｎｆｉｇｕ ｒｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ＰＲＡＣＨ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｄｅｒｉｖｅｄ ｖａｒｉｏｕｓ ｃｏｎｆｉｇｕ— ｒａｔｉｏｎｓ ａｃｃｅｓｓ ｃｈａｎｎｅｌ ｃａｒｒｙｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ＰＲＡＣＨ：ＲＡＣＨ；Ｐｒｅａｍｂｌｅ ｆｏｒｍａｔ；ＰＲＡＣＨ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ；Ｃａｐａｃｉｔｙ Ｏ前言 随着４Ｇ牌照发放，国内ＬＴＥ网络规划建设将会推 ＰＲＡＣＨ容量。在制定ＬＴＥ移动网络标准规范时，为了 适应不同的业务和用户环境，ＰＲＡＣＨ可以根据不同的 业务负荷和小区覆盖距离进行优化渊整 本文主要通过分析Ｉ ＴＥ—ＦＤＤ接人相关信道资源 配置、信道结构、接人参数设置之间的关系，推导ｍ接 人信道的容量，为ＬＴＥ网络规划设计和优化提供参 考。 向一个高潮，移动网络的接入性能是影响客户感知的 晕要『太１素， 此没汁规划网络或维护优化网络时需要 重点关注Ｉ ＴＥ网络的接人性能指标。一般信令信道 的容最优先级较高，需要一定的冗余度，ＬＴＥ的无线信 令信道主要有控制信道、寻呼信道、接入信道等，在 ＬＴＥ中，定义ｒ物理随机接入信道（ＰＲＡＣＨ）和随机接 入信道（ＲＡＣＨ）２个概念，ＰＲＡＣＨ主要指接入信道物 理资源配置，ＲＡＣＨ是指用户发起接入过程中初始功 率、功率步长、接人前导发送次数、切换和接入前导数 １接入信道概述 在移动通信系统中，终端向网络发ｍ清求建立连 接的过程叫随机接入。ＬＴＥ随机接人足在ＰＲＡＣＨ上 发送一系列接人前导，接入前导是南逻辑根通过循环 移位（ⅣＩ ＿）产生一串序列．每个小区由６４个接入前导 组成一个序列，终端使用的接人前导是根据基站ｅＮＢ 相关参数定义而随机选择的，为了避免邻区之间的用 量分配等参数，水丈描述的接入信道容量主要是指 收稿日期：２０１４－０５－１ １ 邮电设计技术／２ｏ１ ４／０８ Ｉ ５３ 无线通信佥益源 Ｒａｄｉｏ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ＬＴＥ接入信道结构及容量研究 户相互影响，相邻小区使用不同的逻辑根，同一基站 的小区可以使用同一个逻辑根，但接入前导需配置在 不同子帧。 上行带宽６个资源块（ＲＢ），即１．０８ ＭＨｚ。这６个ＲＢ可 以设置在上行频段的任意位置（０～９４子载波位置），如 设置６，即第６个子载波开始的７２个子载波频域某些 子帧为ＰＲＡＣＨ专用，被指配为接人前导的时频资源， 不传输数据，具体子帧位置及接人前导时间由接人前 导格式和ＰＲＡＣＨ配置索引决定。ＰＲＡＣＨ时频资源通 ＬＴＥ随机接入前导没有携带用户信息，为了区别 不同的终端接入，每个终端接人时发送不同的接人前 导，这样基站可以区别哪个终端发送的接入请求。假 如多个终端在同一时间采用同一接入前导向同一小 发起接入请求，小区会进行竞争判决。多个终端同 时使用不同的接人前导发起接入请求，只要当时小区 上行接收机电平没有过载，小区接收机就可以识别终 端接人请求并做ｍ响应，因此ＬＴＥ的接入效率优势比 以往任何移动制式要高： 在ＬＴＥ系统中。随机接入主要用途是为建立无线 链路的初始接入；无线链路失败后链路重建；切换到 新小区无线链路重新接入。 在ＬＴＥ系统巾，有基于竞争机制的随机接入（用 过广播信道上的系统消息发送给终端。 ３ＧＰＰ定义了０～８３７共８３８个逻辑根序列，逻辑根 由物理根产生，物理根有１～８３９个（８３９不用） 为了减 少冲突干扰，逻辑根顺序和物理根错位对应。ＰＲＡＣＨ 占用的频率资源是６个ＲＢ共１．０８ ＭＨｚ带宽．划分了 ８３９个子带（物理根），每个子带占用１．２５ ｋＨｚ带宽，这 样８３９ｘ１．２５＝１．０５ ＭＨｚ带宽，两边各加上１５ ｋＨｚ的保 护带宽，正好为ＰＲＡＣＨ带宽。不同的逻辑根序列代 表接人前导在不同的中心频点，这样上行接收机可以 区分哪个１．２５ ｋＨｚ所发出的接入前导。 ２．２ ＰＲＡＣＨ时域结构 于终端初始接人基站）和非竞争的随机接入（主要用 于切换）２种随机接入流程。同一小区２种随机接入流 ＬＴＥ ＰＲＡＣＨ上传输的是接入前导，接入前导南循 环前缀和接入序列２部分组成，为了避免和其他终端 接入前导产生干扰，接人前导之间加入一个保护问 隔，长度和循环前缀差不多，常规情况下．循环前缀为 ０．１ ｍｓ，接入序列为０．８ ｍｓ，对不同覆盖半径的小 ，其 接入前导的格式有所不同，也就是循环前缀和接入序 列可以取不同的值。ＰＲＡＣＨ￣，３Ｈ，１－域结构如图１所示。 程共同使用同一组６４个接入前导，但需对６４个接入 前导进行分组。 ２ ＰＲＡＣＨ时频结构 ２．１ ＰＲＡＣＨ频域资源 不管整个小区的ＬＴＥ载波宽度如何，ＰＲＡＣＨ占用 图１ ＰＲＡＣＨ的时域结构 ３随机接入过程及参数 ＬＴＥ接人信道时间短，终端发送的接入前导不携 设置为一１ １０ ｄＢｍ。 功率攀升步长：该参数表示接人前导每次重传时 带任何用户信息，考虑到终端无线环境变化较大，为 了提高随机接入成功率，ＬＴＥ接入采用了重发机制，每 次接入时的接人前导功率有所增加。 随机接人有以下参数。 初始功率配置：用于随机接入过程接入前导发射 功率的计算，表示接人前导基站解调的初始功率值。 初始目标接收功率设置需考虑干扰、多径因素，一般 需要增加的功率幅度，用于提高接人前导检测成功 率。随机接入过程中接入前导发射后，如果在指定接 收窗口内没有检测到随机接人响应消息２，则认为接 入前导检测失败，需要再次发射接入前导。为提高随 机接入成功率，终端需要逐步提升发射功率，极限是 终端最大发射功率。该参数可设置为０、２、４、６ ｄＢ，一 般为２ ｄＢ。 接人前导最大重传次数：随机接人过程中接人前 ５４ Ｉ ２０１ ４／０８／ＤＴＰＴ ｌ 金益源无线通信 ＬＴＥ接入信道结构及容量研究Ｒａｄｉｏ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ 导的最大发送次数，用于提高检测成功率。该参数的 配置与终端的冲突概率及功率的攀升步长有关。该 参数可以设为：３、４、５、６、７、８、１０、２０、５０、１００次。一般 设为ｌ０次。 接人前 导格式 ０ 表１接入前导格式［ｉｌｆ长 循环前缀 ，¨ｓ ３ ｌ６８ｘ （１０３ Ｉ５） 接人序列 ／ｔｚｓ ２４ ５７６ｘＴ．（８００） 保护间隔 总时长 ，ＬＬｓ ／ｍｓ ９６．８８ ｌ４．５ 随机接入流程如图２所示。 １ ２ ２ｌ ２０４ｘ （６４＿４＿３８） ２４ ５７６ｘ （８００） ５ｌ５．６３ ｌ９６．８８ ７７－３ ２９．５ ６ ２４０ｘＴ．（２０３．１３） ２ｘ２４ ５７６ｘ （１ ６００） ３ ２１ ２０４ｘ （６４４＿３８） ２ｘ２４ ５７６ｘＴ，（１ ６００） ７ｌ５．６３ １０Ｏ．２ 切换的接人前导也在ＬＴＥ小区的６４个序列中，为了保 证切换顺利进行，一般预留一些接入前导给切换使用 （一般预留１０个左右，可以根据切入频繁程度增加）， 无线参数ｎｕｍｂｅｒＯｆＲＡ—Ｐｒｅａｍｂｌｅｓ表示用于竞争接入 的前导数量，剩下的用于非竞争切换接人。 用于竞争接入前导分成Ａ、Ｂ ２组，主要考虑到处 于小区覆盖边缘终端用户使用较大的功牢可以提高 图２随机接人流程 接入成功率，系统参数ｓｉｚｅＯｆＲＡ—ＰｒｅａｍｈｌｅｓＧ ｒ（）ｕｐＡ定 义Ａ组的接入前导数量，剩下的用于Ｂ组接入前导，一 ４ ＰＲＡＣＨ容量相关参数 ４．１接入前导格式 般平均分配即可，Ｂ组接入前导发射的功率比Ａ组要 大，Ｂ组发射功率由无线参数ｍｅｓｓａｇｅＰｏｗｅｒＯｆｆｓｅｔ． ＧｒｏｕｐＢ定义，其值可以取０、５、８、１０、１２、１５、ｌ８ ｄＢ。 ４．３接入前导配置索引 为了保证接入ＬＴＥ系统终端的上行同步，接入前 导设计分为循环前缀、接人序列、保护￣，－ｔｌ司３段。小区 覆盖的距离越大，小区边缘终端到达小区接收机的时 延越大。为了增加接入前导解调的成功率，需要设计 不同的循环前缀、接人前导和保护时间，以满足不同 覆盖半径的小区。 为了减少相邻小区接入前导碰撞，除了规划ＬＴＥ 小区的逻辑根序列外，还要规划小区ＰＲＡＣＨ配置索 引。这样使得小区边缘终端发送的接入前导在时域 上错开。同一接入前导格式中可以设置多种ＰＲＡＣＨ 配置索引，这样终端用户可以在不同的帧和子帧位置 发起接人前导。３ＧＰＰ定义了有６４种ＰＲＡＣＨ配置索 引号（可用５９种），不同的ＰＲＡＣＨ配置索引中，单位时 间内可以发送接入前导的数量不同，也就是ＰＲＡＣＨ 容量不同 ＬＴＥ设计了４种接人前导格式，以满足不同覆盖 距离的随机接入，随着接人前导的时域延长，单位时 间内可用的接人前导数量将减少。可用的６４个接人 前导数量是不变的，但产生接入前导的机制不同。对 于半径较小１￣４ｊ／ｌ，区，单个逻辑根序列的不同位移可以 产生６４个接人前导，同一个根序列产生的接入前导之 间互相正交，需要多个根序列产生６４个接入前导，不 同根序列产生的接人前导的干扰加大，也就是正交性 变差。 一５ ＰＲＡＣＨ容量计算 ＬＴＥ ＰＲＡＣＨ配置需要考虑小区覆盖半径、终端之 间上行信号干扰、终端的上行链路同步等因素，因此 ＬＴＥ小区的ＰＲＡＣＨ配置相对较复杂。而ＰＲＡＣＨ的接 般基站小区覆盖范围５ ｋｍ以内￣９／Ｊ＂区，接人前 入前导格式和接入前导配置索引对ＰＲＡＣＨ容量影响 最大，因此在计算ＰＲＡＣＨ容量时主要考虑这２个参数 设置影响。 导采用格式０，接入前导格式０的接入时长１ ｍｓ，接入 前导格式设置直接影响ＰＲＡＣＨ容量。４种接人前导 格式的时长配置如表１所示。 ４。２接入前导分组 以下在计算ＰＲＡＣＨ容量时没有考虑切换影Ⅱ向， 如有需要可分别计算。以表２的第一种情况为例，其 余ＰＲＡＣＨ容量计算可以参照例题进行。ＰＲＡＣＨ配置 索引＝０、接入前导格式０、系统帧号偶数帧（Ｅｖｅｎ）．１个 ＬＴＥ帧等于１０ ｍｓ，接人前导只占１ ＩｌｌＳ，即１个子帧，只 ＬＴＥ系统内发生切换时，终端需要向目标小区重 新发起随机接入过程（为了和目标小区上行同步），这 点和以往的移动网络切换到业务信道不同，因此用于 邮电设计技术／２０１ ４／０８【５５ ｛ 无线通信金益源 Ｒａｄｉｏ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ＬＴＥ接入信道结构及容量研究 有在偶数帧的１个子帧传输接入前导，ｌ ｓ内的接入 前导数量＝１０００／（２ｘｌ０）＝５０个，１ ｈ有６０ｘ６０ｘ５０＝ｌ８万 个接入前导，假设用户忙时接入尝试次数为３０次（参 考３Ｇ网络数据），考虑接入尝试２次以上占１０％比 例，可以容纳５ ４００个用户（假设用户接入尝试均匀分 布）。 从表２可以看出，ＬＴＥ ＰＲＡＣＨ容量和参数配 父 系很大，可以根据小区覆盖半径、小区位置、用户规模 灵活配置ＰＲＡＣＨ容量，一般ＬＴＥ小区配置格式０、接 入前导配置索引６～ｌ３，在位置区边界更新频繁的 域 可以配置高ＰＲＡＣＨ容量参数。 各种接人参数配置下ＰＲＡＣＨ容量计算值如表２。 表２不同配置下接入前导数量 ＰＲＡＣＨ 配置索ｆ）ｌ ０－３ ３～５ ６￣８ ９～ｌ ｌ ６结束语 随着ＬＴＥ网络规模和用户数的增长，各种移动 联网业务应用的推广，网络接入性能会呈现不断变 接入 导 ｛：｝｝』 ０ ０ Ｏ （） 系统帧号 Ｅｖｅｉｌ 『ｌ、 Ａｎｙ ｛，ｌ１ 子帧数 ／个 １ ｌ ２ ３ 接人前导数量 （个 ） ５０ １００ ２００ ３００ 化，要求网络维护优化人员持续分析网络接入性能， 及时调整ＰＲＡＣＨ参数以适配网络接入负荷的变化， 确保ＬＴＥ网络保持稳定运行÷ 参考文献： ｌ ｌ Ｊ ３ＧＰＰ ＦＳ ３６．２ｌ】Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｈａｎｎｅｌｓ ａｎｄ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｓ／ＯＬ Ｊ． ２０１４ Ｏ １—２３ ｊ．ｈｔｔｐ：／／ｗ￣ｗ，．ｄｏｃｉｎ．ｅｏｍ／ｐ一２５８７３８０５０．ｈｔｍ１． １２～ｌ３ ｌ４ ｌ５ ｌ６ Ｉ８ Ｏ Ｏ Ｏ ｌ Ａｎｙ Ａｍ Ｅｙｅｎ Ｅｖｅｎ ５ １０ ｌ １ ５００ ｌ ０００ ５０ ５０ ［２］３ＧＰＰ ＴＳ ３６．３３ １ Ｒａｄｉｏ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＲＲＣ）；Ｐｒｏｔｏ｛ｏｌ ｓ 【‘ 。ａ ｔｉｏｎ［Ｓ／Ｏｌ Ｊ．１２０１４－０卜２３］．ｈｔｔｐ：／／ｐａｎ．ｂａｉｄｕ，ｃｏｍ／ｓｌｍｒｅ／ｌｉｎｋ？ｓｈａｒｅｉｄ＝ ５０８５２６＆ｕｋ＝２８６９４８８Ｏ９７＆ｒｉｄ＝１ ５８９５６４９３４． ｌ９～２１ ２２－２４ ２５－２７ ２８～２９ ３１ ３２－３４ ３５￣３７ ３８～４０ １ ｌ １ ｌ １ ＡＢＶ Ａ『ｌ、 Ａｎｖ ｌｌ、 Ｅｖｅｎ 、ｅｌｌ １ ｌＯ０ ２００ ［３］Ｃｈｒｉｓ Ｊｏｈｎｓｏｎ．Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ ｏｌｕｔｉｏｎ Ｉｎ ＢＵＬＩ ＥＴｓ ｌＭｊ．Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ Ｑｕａｌｃｏｍｍ，２０１０． ３ ３ＯＨ０ ５００ ［４］畅峰义．ＬＴＥ／ＬＴＥ—Ａｄｖａｎｃｅｄ九线宽带技术［Ｍ ．北京：人民邮电ｆ｛ 版｝ｆ：，２Ｏｌ ２． ｌ ｌ ｌ ’ － ｌＯＯ ５０ １Ｏ０ ２００ ［５ｊ孔佯讳，赵季红．Ｉ ＴＥ—Ａｄｖａｒｕ Ｉｌ１『ｎ Ｑｔ，ｓ参数映射的研究ｌ Ｊ Ｊ． ｆ 兴通讯技术，２０１ ｌ，ｌ７（４）：４３—４７． ， － １ 一 Ａｎｖ Ａｎｙ ４１￣４３ ４４－４５ ２ Ａｎｖ Ａ１１＼ ３ 一 ３００ ５００ ｆ作者简介 金益源，工程师。从事ＬＴＥ等各类新接人技术的研究和测试 工作 ４７－５０ ５ｌ～５３ ２ ３ Ｅｖｅｎ ＡＩＩＶ ｌ ｌ ５０ １Ｏ０ ５４￣５６ ５７￣５９ ３ Ａｎｙ ＋ｌ，Ｉｌｔ ２ ３ ２００ ３００ ６３ ３ Ｅｖｅｎ １ ５０ 沃达丰在爱尔兰用电网部署光纤 沃达丰公司近日同爱尔兰主导电力 公司ＥＳＢ签署了一项协议，利用后者的 电网基础设施部署光纤网络？沃达丰和 接入。爱尔兰也将因此成为欧洲第一个 利用全国范围内现有的电力基础设施部 署光纤直接到家庭和企业的国家。按照 准。合资公司将在未来几个月内部署这 一新网络，并计划在２０ｌ５年开始向用户 作为创新战略 提供服务。该项目初期阶段预计在 ＥＳＢ将投资４．５亿欧元建设这一网络，２ 家公司将为此成立一家合资公司，各自 计划，这一光纤网络初步将覆盖爱尔兰 ５０座城镇的５Ｏ万栋楼宇 网络部署利 用的是ＥＳＢ现有的架空或地下基础设 施。 ２０１８年全部部署完毕的一部分．ＥＳＢ在２０１２年９月启动了招 持有这家公司的一半股份新公司拥有 标程序，为成立这家利用电网基础设施 ６Ｏ人的雇员规模 合资公司将建设和 管理网络，向所有电信运营商提供批发 提供光纤到楼服务的合资公司寻找合作 这一项目还有待欧盟委员会的批 伙伴，最终沃达丰中标。（王九如） ：广，、Ｉ＝）ｂ ２０１ ４／０８／ＤＴＰＴ
