Page 34 - 网络电信2017年3月刊下
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解决方案
NB-IoT系统物理随机接入信道设计
刘锟 戴博 杨维维 中兴通讯
随着通信以及互联网技术的不断发展，移动通信正在从 求重复多次发送。考虑到NB-IoT系统的应用场景主要是低速移
人到人（H2H）向人到机器（H2M）以及机器到机器（M2M）通 动或静止的，我们选取LTE 系统中适用中低速度场景的PRACH
信的方向转变，万物互联成为移动通信发展的必然趋势。以车 前导作为NB-IoT多子载波PRACH的设计基础。前导序列使用的
联网、智慧城市、智慧医疗、智能家居等为代表的物联网应用 Zadoff-Chu（ZC）序列[6-7]xu,v(n)按照式（1）生成：
将产生海量连接，为了实现这一切则需要有一个无处不在的网
络，运营商网络是全球覆盖最为广泛的网络，在接入能力上有 （1）
独特的优势，但是考虑到物联网产生的连接数量远远超过H2H 其中，
通信需求，当前的4G网络在连接能力上明显不足，因此有必要 •xu(n)为ZC根序列，按照式（2）生成，u是根序列的索
根据物联网业务特征和移动通信网络特点，研究以适应蓬勃发 引，NZC是ZC序列的长度
展的物联网业务需求的接入系统。业界上有许多物联网的技术
以及相关标准被不断 其中，NZC是ZC序列的长度，NCS即为循环移位的大小。
PRACH前导时域信号生成及检测流程如图1所示，其中，
提出[1-3]，窄带物联网（NB-IoT）[4]是物联网领域一个新兴 yu,v(n)可以理解为xu,v(n)的一条循环移位序列，yu,v(n)=xu,v(n
的技术，占用了200kHz带宽，且具备四大特点：广覆盖，将提 -τ)。由于ZC序列属于恒包络零自相关（CAZAC）序列[6]，所以
供改进的室内覆盖，在同样的频段下，NB-IoT比现有的网络增 xu,v(n) 与yu,v(n) 满足式（3）：
益20dB；具备支持海量连接的能力，支持低延时敏感度和优化
的网络架构；更低功耗NB-IoT终端使用AA电池便待机时间可长 (3)
达10年；更低的模块成本。 式（3）为计算xu,v(n)与yu,v(n)之间的互相关值，且满足
Corr(xu,v(n),yu,v(n))=0的τ最小取值为1，即只要xu,v(n)与
针对NB-IoT系统，为了能够支持广覆盖以及海量连接 yu,v(n)不同，就会满足Corr(xu,v(n),yu,v(n))=0 。
能力，接入信道的设计则显得尤为重要。物理随机接入信道 但是考虑到xu,v(n)在转换到 时，等同于经过了N2/Nzc倍
（PRACH）[5]是4G长期演进（LTE）网络承担终端接入系统的重 的过采样操作，接收端在恢复yu,v(n) 时，同样需要经过N2/Nzc
要信道，用于宽带无线系统的终端接入需求，因此无法直接用 倍的降采样操作，这样就会导致并不是任意的往返时延（RTD）
于NB-IoT系统。文章中，我们结合NB-IoT系统的特点，提出了 都会使得Corr(xu,v(n),yu,v(n))=0，满足Corr(xu,v(n),yu,v(n))=0
两种用于NB-IoT终端接入网络的随机接入信道的设计方案，包 的最小RTD为1/ΔfRANZC，其中，ΔfRA为PRACH子载波间隔。
括多子载波PRACH方案以及单子载波PRACH方案，可以有效地支 因此，为了能够提高基站检测出yu,v(n)的精准度，1/
持NB-IoT系统内终端的接入需求。
一、多子载波PRACH方案
多子载波PRACH 方案以LTEPRACH 结构作为设计基础，在频
域上配置一段频带作为前导带宽，时域上由循环前缀（CP）、
前导序列以及保护时间（GT）组成，其中前导序列可以根据需
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