LTE技術(shù)在機(jī)動接入中的應(yīng)用與研究

羅洪中，胡 晶，李澤朋

(武警石家莊士官學(xué)校，河北石家莊 050061)

0 引言

LTE系統(tǒng)的隨機(jī)接入過程是用戶設(shè)備(User Equipment，UE)和增強(qiáng)型節(jié)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(huán)節(jié)。隨機(jī)接入過程的好壞直接影響到系統(tǒng)的性能的優(yōu)良。因此，對LTE隨機(jī)接入技術(shù)的研究是十分必要的［1］。機(jī)動通信是一種針對突發(fā)事件的通信手段。當(dāng)重要通信樞紐在遭到地震、水災(zāi)和軍事等破壞時，用戶采用機(jī)動通信的方法接入網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)在任何時間、任何地點和任何態(tài)勢下，將語音、數(shù)據(jù)、圖像和視頻等信息實時地傳遞給目標(biāo)用戶的目的。將LTE隨機(jī)接入技術(shù)應(yīng)用在機(jī)動通信中，并設(shè)計了一種機(jī)動接入排序方法，以達(dá)到用戶在突發(fā)情況下的快速接入目的。

1 前導(dǎo)序列的生成方法

在用戶接入基站的過程中，前導(dǎo)序列主要承擔(dān)著定時同步、用戶標(biāo)識和資源分配等任務(wù)。不同的用戶使用不同的前導(dǎo)序列，以實現(xiàn)準(zhǔn)確定位和快速接入的目標(biāo)［2］。

在經(jīng)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(jī)接入過程的前導(dǎo)序列。其表達(dá)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(jìn)一步降低接入時用戶多址干擾，并擴(kuò)充ZC序列集，每條根序列u通過循環(huán)移位Ncs的倍數(shù)生成隨機(jī)接入的前導(dǎo)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(dǎo)序列集合而言;Cv=vNcs，v=0，1，……?Nzc/Ncs」－1;Ncs為循環(huán)移位長度;v為整數(shù)值;Mod為取余運算。

根據(jù)3GPP協(xié)議規(guī)定，UE依照每一個小區(qū)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(huán)移位Ncs后，通過式(1)和式(2)最終生成64條可用前導(dǎo)序列。

2 前導(dǎo)序列的排序方法

在隨機(jī)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(huán)移位等基本信息廣播給小區(qū)內(nèi)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(guān)系算出相應(yīng)的ZC序列號，最后根據(jù)循環(huán)移位值生成前導(dǎo)序列。而一定的映射關(guān)系就是對前導(dǎo)序列重新排列的一種方法。

2.1 傳統(tǒng)的排序方法

傳統(tǒng)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(jìn)行排序［4，5］;② 基于每條ZC序列所支持的Ncs進(jìn)行排序［6］。

2種方法各有優(yōu)缺點，第1種方法的優(yōu)點在于可以方便地根據(jù)根序列的CM進(jìn)行小區(qū)規(guī)劃，即將CM小的序列分配給半徑大的小區(qū)，將CM相近的序列分配給同一個小區(qū);缺點是沒有考慮到循環(huán)移位值的一致性，當(dāng)某條ZC序列所支持的最大小區(qū)半徑小于當(dāng)前小區(qū)的半徑時，這條序列不僅不能被此小區(qū)所使用，而且也不能被其他可以使用此序列的小區(qū)所用，從而造成了序列的浪費，產(chǎn)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(qū)得不到有效規(guī)劃，對序列的檢測性能也跟著下降。

2.2 機(jī)動接入排序方法

下面提出一種針對機(jī)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(jìn)行分組，而后為新的序列組標(biāo)注不同的優(yōu)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(dǎo)序列的利用率，為處于小區(qū)邊緣的UE提供性能更好的序列作前導(dǎo)，達(dá)到快速接入、擴(kuò)大小區(qū)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(yōu)先級較高的序列集合，并分配給半徑較大的小區(qū)使用;CM大于1.2 dB的序列作為優(yōu)先級較低的序列集合，分配給半徑較小的小區(qū)使用。對處于不同CM組的ZC序列按Ncs的大小再次進(jìn)行排序，如圖2所示。將優(yōu)先級高的排序方法作為首選組，而將優(yōu)先級較低的排序方法作為預(yù)備組，2種方法同時存放在ENode B和UE的內(nèi)存之中。

圖2 按Ncs大小重組序列

這里提出的機(jī)動接入排序方法將根序列劃分為首選組和預(yù)備組2類。針對不同的小區(qū)半徑，可以進(jìn)一步將首選組和預(yù)備組進(jìn)行劃分。首選組1主要為半徑較大的1號小區(qū)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(qū)用戶提供根序列。

當(dāng)某個地域出現(xiàn)突發(fā)情況時，基站可將首選排序方案發(fā)送給該方向或該地域的基站，集中力量優(yōu)先保障這些小區(qū)內(nèi)的用戶可以更快地接入網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)機(jī)動接入的目的。同時，將預(yù)備排序方案發(fā)送給其他方向或地域的小區(qū)，提供性能相對良好的序列，同樣確保其他方向的機(jī)動通信任務(wù)不會因首選方案的替換而無法完成。

3 鏈路仿真與結(jié)果分析

仿真參數(shù)如表1所示。

表1 仿真參數(shù)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(xiàn)

信噪比在-50～-25，與傳統(tǒng)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(jié)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(dāng)信號干擾較強(qiáng)時，通過機(jī)動接入的排序方法得到的序列就具有較為明顯的優(yōu)勢，提高了基站對用戶前導(dǎo)的正確檢測概率，實現(xiàn)了用戶快速接入的目的。

4 結(jié)束語

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

［1］胡宏林，徐 景.3GPP LTE無線鏈路關(guān)鍵技術(shù)［M］.北京:電子工業(yè)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］.