Page 36 - 网络电信2017年3月刊下
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解决方案

载波PRACH的有效带宽仅为1个子载波，保护带宽相比于PRACH有           构的前导序列是基于时域ZC序列生成的，ZC序列本身具有良好
效带宽开销过大，会对PRACH信道容量会有影响。                    的自相关性以及很低的互相关性；第2种前导结构的前导序列则
                                            是简单的时域重复发送的信号（例如配置每个符号发送的都是
表1 各子载波PRACH前导误检概率和正确检测概率统计结果               “1”），这样的前导序列是无法保证良好的自相关性以及很低
                                            的互相关性的。
重复次数  SNR/dB  MCL/dB  误检概率 正确检测概率
                                                  （2）PRACH信道容量
1 0.4 144 8/10 000 98.9%                          第1种前导结构由于前导序列为ZC序列，因此可以支持前导
                                            的码分复用，进而提升PRACH信道容量。但是由于频域上不同的
注：TA正确检测范围是[-2.08 us, +2.08 us] [9]         PRACH信道之间不能保证正交性，因此需要配置
MCL：最小耦合损耗PRACH：物理随机接入信道SNR：信噪比TA: 定时提前量          保护带宽用来抑制PRACH信道之间的干扰，由于PRACH的有
                                            效带宽仅为1个子载波，保护带宽相比于PRACH有效带宽开销过
图4 第1种前导结构                                  大，因此第1种前导结构会对PRACH信道容量造成较大的影响。
                                                  第2种前导结构，由于前导序列在各个OFDM符号上发送的
                                            信号都是相同的，因此可以保证频域上配置多条PRACH信道时，
                                            PRACH信道之间的正交性，即无需在PRACH信道之间配置保护带
                                            宽。同时，也由于这样的配置导致前导无法支持码分复用，在
                                            PRACH信道容量会有一定的限制。

                                             图5 第2种前导结构的增强方案3

表2 单子载波PRACH第1种前导结构的前导误检概率和正确检测概率
      统计结果

重复次数  SNR/dB  MCL/dB  误检概率 正确检测概率

1 8.2 144 3/10 000 97.1%

注：TA 正确检测范围是[-2.08 us, +2.08 us] [9]        表3 单子载波PRACH第2种前导结构的前导误检率和正确检测概率统计
MCL：最小耦合损耗PRACH：物理随机接入信道SNR：信噪比TA: 定时提前量          结果

     2.第2种前导结构                              TA正确检测范围  重复            SNR/dB  MCL/dB  误检概率  正确检测
      由于第1种前导结构需要配置保护带宽，且保护带宽相对于                      次数                                     概率
PRACH占用的带宽（1个子载波间隔）来说，开销过大。因此，我                                       8.2     144
们提出了一种不需要配置保护带宽的单子载波PRACH结构，如图5             [-2.08 us, +2.08 us] 1    8.2     144   3/10 000 54.38%
所示，前导子载波间隔为3.75kHz，且默认配置支持跳频。前导发
送的最基本单位是4个符号组，包括1个CP以及5个符号，且5个符             [-4.16 us, +4.16 us] 1                  3/10 000 91.01%
号上发送的信号相同，因此可以保证频域上配置多个PRACH信道
时，不同的PRACH前导之间可以基本保证是正交的，即无需在PRACH          MCL：最小耦合损耗PRACH：物理随机接入信道SNR：信噪比TA: 定时提前量
信道之间配置保护带宽。每个符号组发送时占用的子载波相同，
且符号组之间配置两个等级的跳频间隔，第1和第2个符号组之                    三、NB-IoT标准中PRACH方案
间、第3和第4个符号组之间配置第1等级的跳频间隔FH1=3.75kHz；
第2和第3个符号组之间配置第2等级的跳频间隔FH2=22.5kHz。                NB-IoT 的研究和标准化工作在第3代合作伙伴计划（3GPP）
      表3中是在不同的定时提前量（TA）正确检测范围下前导            标准组织进行，NB-IoT WI于2015年9月RAN#69次会议正式立项
正确检测概率的统计结果。其中具体仿真配置参考文献[11]，仿              [14]，考虑到NB-IoT终端中存在仅仅支持单子载波发送的终端，为
真中配置的MCL=144dB，对应NB-IoT非覆盖增强需求的最大MCL        了支持统一的PRACH方案，在3GPP RAN1#84会议中单子载波PRACH
取值。从表3中我们可以看到：为了使第2种前导结构可以正常                被建议为唯一的NB-IoT PRACH方案[15]，并且在3GPPRAN1 #84b会
工作，就需要放松TA 正确检测范围的规定，如从[-2.08 us,           议中第2种前导结构最终被NB-IoT标准采纳[16]。
+2.08 us]放松到[-4.16 us, +4.16 us]，此时，前导正确检测
概率可以从54.38%提升到91.01%。                           四、结束语
     3.方案比较
      （1）前导正确检测性能                                 单子载波PRACH方案中第1种前导结构具有良好的前导检测
      从1.和2.节中的仿真结果可以看到：第1种前导结构的正确          性能，且可以支持码分复用，提高PRACH容量，支持更多的终端
检测精准度要优于第2种前导结构，主要的原因是第1种前导结                同时发起接入请求，但是由于频域上相邻的PRACH信道之间无法
                                            保证正交性，因此需要配置保护带宽，进而严重影响PRACH信道
                                            的使用。在后续的接入技术研究中，考虑通过设计一种窄带滤
                                            波器，将其作用到第1种前导结构上，进而降低这种前导结构对
                                            于相邻子载波的干扰，达到降低配置保护带宽的目的。与此同
                                            时，再结合这种前导结构的码分复用特性，就可以提高NB-IoT
                                            系统的PRACH容量，满足NB-IoT系统未来发展接入的需求。

66 网络电信 二零一七年三月
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