LTE技术在机动接入中的应用与研究

2012-10-18罗洪中李泽朋

无线电工程 2012年4期

罗洪中，胡晶，李泽朋

(武警石家庄士官学校，河北石家庄 050061)

0 引言

LTE系统的随机接入过程是用户设备(User Equipment，UE)和增强型节点 B(Enhanced Node B，ENode B)之间开始通信之前的重要步骤，是保证通信建立的决定性环节。随机接入过程的好坏直接影响到系统的性能的优良。因此，对LTE随机接入技术的研究是十分必要的［1］。机动通信是一种针对突发事件的通信手段。当重要通信枢纽在遭到地震、水灾和军事等破坏时，用户采用机动通信的方法接入网络，以实现在任何时间、任何地点和任何态势下，将语音、数据、图像和视频等信息实时地传递给目标用户的目的。将LTE随机接入技术应用在机动通信中，并设计了一种机动接入排序方法，以达到用户在突发情况下的快速接入目的。

1 前导序列的生成方法

在用户接入基站的过程中，前导序列主要承担着定时同步、用户标识和资源分配等任务。不同的用户使用不同的前导序列，以实现准确定位和快速接入的目标［2］。

在经过第三代合作伙伴计划(The 3rd Generation Partnership Project，3GPP)成员多次讨论后，最终确定采用Zadoff-Chu序列作为随机接入过程的前导序列。其表达式为［3］:

式中，u为ZC(Zadoff-Chu)根序列的索引号;NZC为ZC序列长度。

为了进一步降低接入时用户多址干扰，并扩充ZC序列集，每条根序列u通过循环移位Ncs的倍数生成随机接入的前导序列，表示为:

式中，u为ZC根序列的索引号，对于一般非限制前导序列集合而言;Cv=vNcs，v=0，1，……⎿Nzc/Ncs」－1;Ncs为循环移位长度;v为整数值;Mod为取余运算。

根据3GPP协议规定，UE依照每一个小区下行广播信号指示，在得到ZC根序列的逻辑索引号u和循环移位Ncs后，通过式(1)和式(2)最终生成64条可用前导序列。

2 前导序列的排序方法

在随机接入过程开始前，ENode B通过广播信道将ZC根序列索引号和循环移位等基本信息广播给小区内每一个UE。UE侦听到ZC序列起始索引号后，按照一定的映射关系算出相应的ZC序列号，最后根据循环移位值生成前导序列。而一定的映射关系就是对前导序列重新排列的一种方法。

2.1 传统的排序方法

传统的映射方法主要为2种:①基于ZC序列的立方度量(Cubic Metric，CM)进行排序［4，5］;② 基于每条ZC序列所支持的Ncs进行排序［6］。

2种方法各有优缺点，第1种方法的优点在于可以方便地根据根序列的CM进行小区规划，即将CM小的序列分配给半径大的小区，将CM相近的序列分配给同一个小区;缺点是没有考虑到循环移位值的一致性，当某条ZC序列所支持的最大小区半径小于当前小区的半径时，这条序列不仅不能被此小区所使用，而且也不能被其他可以使用此序列的小区所用，从而造成了序列的浪费，产生了序列碎片。而对于第2种方法来说，虽然避免了序列的浪费，但是没有兼顾到CM特性，使得小区得不到有效规划，对序列的检测性能也跟着下降。

2.2 机动接入排序方法

下面提出一种针对机动通信接入的排序方法。具体方法如下:首先对所有的序列按CM值大小进行分组，而后为新的序列组标注不同的优先级，再依照序列支持的Ncs大小再次排序。

提出此方法的目的是为了避免序列的浪费，提高前导序列的利用率，为处于小区边缘的UE提供性能更好的序列作前导，达到快速接入、扩大小区覆盖范围的目的。具体方法如图1所示。

图1 按CM值递增的顺序重排ZC序列

按照CM值递增的顺序重排序列，以1.2 dB为分界点，将CM小于1.2 dB的序列作为优先级较高的序列集合，并分配给半径较大的小区使用;CM大于1.2 dB的序列作为优先级较低的序列集合，分配给半径较小的小区使用。对处于不同CM组的ZC序列按Ncs的大小再次进行排序，如图2所示。将优先级高的排序方法作为首选组，而将优先级较低的排序方法作为预备组，2种方法同时存放在ENode B和UE的内存之中。

图2 按Ncs大小重组序列

这里提出的机动接入排序方法将根序列划分为首选组和预备组2类。针对不同的小区半径，可以进一步将首选组和预备组进行划分。首选组1主要为半径较大的1号小区的用户提供根序列，首选组2则为半径相对较小的2号小区用户提供根序列。

当某个地域出现突发情况时，基站可将首选排序方案发送给该方向或该地域的基站，集中力量优先保障这些小区内的用户可以更快地接入网络，以实现机动接入的目的。同时，将预备排序方案发送给其他方向或地域的小区，提供性能相对良好的序列，同样确保其他方向的机动通信任务不会因首选方案的替换而无法完成。

3 链路仿真与结果分析

仿真参数如表1所示。

表1 仿真参数表

在提出方法和一般方法下生成序列的仿真性能如图3所示。

图3 AWGN信道下2种方案的漏检概率的表现

信噪比在-50～-25，与传统方案排序的漏检概率相比，按提出方案排序的漏检概率要更低一些;信噪比值在大于-25后，2种排序方法的漏检概率基本一致。结果说明，信号在干扰比较弱时，按任何一种排序方法最终的检测效果能基本一致，但当信号干扰较强时，通过机动接入的排序方法得到的序列就具有较为明显的优势，提高了基站对用户前导的正确检测概率，实现了用户快速接入的目的。