LTE技術在機動接入中的應用與研究

羅洪中，胡 晶，李澤朋

(武警石家莊士官學校，河北石家莊 050061)

0 引言

LTE系統的隨機接入過程是用戶設備(User Equipment，UE)和增強型節點 B(Enhanced Node B，ENode B)之間開始通信之前的重要步驟，是保證通信建立的決定性環節。隨機接入過程的好壞直接影響到系統的性能的優良。因此，對LTE隨機接入技術的研究是十分必要的［1］。機動通信是一種針對突發事件的通信手段。當重要通信樞紐在遭到地震、水災和軍事等破壞時，用戶采用機動通信的方法接入網絡，以實現在任何時間、任何地點和任何態勢下，將語音、數據、圖像和視頻等信息實時地傳遞給目標用戶的目的。將LTE隨機接入技術應用在機動通信中，并設計了一種機動接入排序方法，以達到用戶在突發情況下的快速接入目的。

1 前導序列的生成方法

在用戶接入基站的過程中，前導序列主要承擔著定時同步、用戶標識和資源分配等任務。不同的用戶使用不同的前導序列，以實現準確定位和快速接入的目標［2］。

在經過第三代合作伙伴計劃(The 3rd Generation Partnership Project，3GPP)成員多次討論后，最終確定采用Zadoff-Chu序列作為隨機接入過程的前導序列。其表達式為［3］:

式中，u為ZC(Zadoff-Chu)根序列的索引號;NZC為ZC序列長度。

為了進一步降低接入時用戶多址干擾，并擴充ZC序列集，每條根序列u通過循環移位Ncs的倍數生成隨機接入的前導序列，表示為:

式中，u為ZC根序列的索引號，對于一般非限制前導序列集合而言;Cv=vNcs，v=0，1，……?Nzc/Ncs」－1;Ncs為循環移位長度;v為整數值;Mod為取余運算。

根據3GPP協議規定，UE依照每一個小區下行廣播信號指示，在得到ZC根序列的邏輯索引號u和循環移位Ncs后，通過式(1)和式(2)最終生成64條可用前導序列。

2 前導序列的排序方法

在隨機接入過程開始前，ENode B通過廣播信道將ZC根序列索引號和循環移位等基本信息廣播給小區內每一個UE。UE偵聽到ZC序列起始索引號后，按照一定的映射關系算出相應的ZC序列號，最后根據循環移位值生成前導序列。而一定的映射關系就是對前導序列重新排列的一種方法。

2.1 傳統的排序方法

傳統的映射方法主要為2種:①基于ZC序列的立方度量(Cubic Metric，CM)進行排序［4，5］;② 基于每條ZC序列所支持的Ncs進行排序［6］。

2種方法各有優缺點，第1種方法的優點在于可以方便地根據根序列的CM進行小區規劃，即將CM小的序列分配給半徑大的小區，將CM相近的序列分配給同一個小區;缺點是沒有考慮到循環移位值的一致性，當某條ZC序列所支持的最大小區半徑小于當前小區的半徑時，這條序列不僅不能被此小區所使用，而且也不能被其他可以使用此序列的小區所用，從而造成了序列的浪費，產生了序列碎片。而對于第2種方法來說，雖然避免了序列的浪費，但是沒有兼顧到CM特性，使得小區得不到有效規劃，對序列的檢測性能也跟著下降。

2.2 機動接入排序方法

下面提出一種針對機動通信接入的排序方法。具體方法如下:首先對所有的序列按CM值大小進行分組，而后為新的序列組標注不同的優先級，再依照序列支持的Ncs大小再次排序。

提出此方法的目的是為了避免序列的浪費，提高前導序列的利用率，為處于小區邊緣的UE提供性能更好的序列作前導，達到快速接入、擴大小區覆蓋范圍的目的。具體方法如圖1所示。

圖1 按CM值遞增的順序重排ZC序列

按照CM值遞增的順序重排序列，以1.2 dB為分界點，將CM小于1.2 dB的序列作為優先級較高的序列集合，并分配給半徑較大的小區使用;CM大于1.2 dB的序列作為優先級較低的序列集合，分配給半徑較小的小區使用。對處于不同CM組的ZC序列按Ncs的大小再次進行排序，如圖2所示。將優先級高的排序方法作為首選組，而將優先級較低的排序方法作為預備組，2種方法同時存放在ENode B和UE的內存之中。

圖2 按Ncs大小重組序列

這里提出的機動接入排序方法將根序列劃分為首選組和預備組2類。針對不同的小區半徑，可以進一步將首選組和預備組進行劃分。首選組1主要為半徑較大的1號小區的用戶提供根序列，首選組2則為半徑相對較小的2號小區用戶提供根序列。

當某個地域出現突發情況時，基站可將首選排序方案發送給該方向或該地域的基站，集中力量優先保障這些小區內的用戶可以更快地接入網絡，以實現機動接入的目的。同時，將預備排序方案發送給其他方向或地域的小區，提供性能相對良好的序列，同樣確保其他方向的機動通信任務不會因首選方案的替換而無法完成。

3 鏈路仿真與結果分析

仿真參數如表1所示。

表1 仿真參數表

在提出方法和一般方法下生成序列的仿真性能如圖3所示。

圖3 AWGN信道下2種方案的漏檢概率的表現

信噪比在-50～-25，與傳統方案排序的漏檢概率相比，按提出方案排序的漏檢概率要更低一些;信噪比值在大于-25后，2種排序方法的漏檢概率基本一致。結果說明，信號在干擾比較弱時，按任何一種排序方法最終的檢測效果能基本一致，但當信號干擾較強時，通過機動接入的排序方法得到的序列就具有較為明顯的優勢，提高了基站對用戶前導的正確檢測概率，實現了用戶快速接入的目的。

4 結束語

提出了一種新的前導排序方法，并將其運用到機動通信中，通過鏈路仿真分析可知，在復雜的通信環境下，提出的方法比傳統方法具有更低的漏檢概率和更短的接入時延，實現了在機動通信中快速接入的目的。 ■

［1］胡宏林，徐 景.3GPP LTE無線鏈路關鍵技術［M］.北京:電子工業出版社，2008.

［2］3GPP.TS25.224 V6.5.0.3 rd Generation Partnership Project:Technology Specification Group Radio Access Network;Physical layer procedure(TDD)［S］.

［3］3GPP.R1- 073515.Multiple Values of Cyclic Shift Increment Ncs［S］.

［4］3GPP.R1- 060023.Motorola Cubic Metric in 3GPP-LTE［s］.

［5］3GPP.R1- 040642.Comparison of PAR and Cubic Metric for Power De-rating.3GPP RAN WG1#37，Montreal［S］.

［6］3GPP.TSG-RAN R2- 070645. RACH Access Procedures in E-UTRAN［S］.