PRACH ZC根序列优化调整对网络性能的影响

于 洋 张 进 冷 俊

中国联合网络通信集团有限公司江苏省分公司

0 引言

为满足用户对4G网络体验的极致追求，4G网络规模仍在不断扩大，网络容量也在通过扩充软件或硬件的方式不断扩大，网络结构越来越密集、越来越复杂。随之而来的是，Prach ZC根序列复用度不合理，导致相邻小区之间的前导序列干扰过大。为解决此类问题带来的网络影响，需对网络中E-UTRAN小区重新分配合适的Ncs、Prach ZC根。

本文基于Prach ZC根的特性研究，在以往规划的基础上，又加入Prach ZC根核查和Prach ZC根重分配两个规划步骤，流程更加完善，一定程度上提升了Prach ZC根复用度的合理性，从而降低相邻小区之间的Preamble序列干扰，提升网络质量，提高用户感知度。

1 研究背景

在4G LTE规划中，PRACH（物理随机接入信道）规划一直是4G LTE规划的重点参数之一。PRACH是物理随机接入信道，PRACH根序列是采用ZC序列作为根序列。PRACH ZC关系着随机接入的Preamble序列，而随机接入影响初始连接、切换、重建和上行同步。本文依据Prach ZC根的特性，制定了更全面的Prach ZC根规划优化方案，以增强网络性能、提升用户感知，如图1所示。

图1 Prach ZC根规划优化方案

2 PRACH ZC根序列规划原理

2.1 基本介绍

Root SequenceIndex（ZC根序列索引）为LTE小区ZC根序列集合（ZC根分组）中起始ZC根序列对应的逻辑编号，如表1所示。eNodeB通过广播消息将LTE小区的ZC根序列索引号知会UE，UE基于Root Sequence Index对应的ZC根序列，通过循环移位生成（Ncs、HighSpeedFlag），每个小区的Preamble码有64个，但UE仅会使用其中的一个Preamble码发起随机接入。

表1 Root Zadoff-Chu sequence order for Preamble Formats 0-3

Logical root sequence number Physical root sequence number(in increasing order of the corresponding logical sequence number)30-35 80, 759, 42, 797, 40, 799……810-815 309, 530, 265, 574, 233, 606 816-819 367, 472, 296, 543 820-837 336, 503, 305, 534, 373, 466, 280, 559, 279, 560, 419, 420, 240, 599, 258, 581, 229, 610

ZC根序列索引一共有839位，分配遵循如下的原则：（1） 一般情况下，预留部分高优先级ZC根序列索引给高速小区；（2）剩余的ZC根序列索引分配给中低速小区使用；（3）因为ZC根序列索引个数有限，所以当所有ZC根序列索引使用完时，ZC根序列索引不得不进行复用。

2.1.1 Prach ZC序列的生成

第i号ZC逻辑根对应的ZC序列：

（1）根据第i号根序列索引可得到该逻辑根序列对应的物理根序列号u，具体映射关系见表1、表2。

（2）根据如下公式生成ZC序列，对应每一个u值，都有一个ZC序列：

其中，Nzc是ZC序列的长度。当FDD前导格式为0～3时，Nzc=839，即每一个ZC序列有839位。

2.1.2 Prach ZC序列循环移位原理

ZC序列生成后，需要对ZC序列进行循环移位产生Preamble码，其中循环移位量分低速、高速，按如下方式计算：

Ncs不需要规划，由小区半径（CellRadious）、采样间隔（Ts）决定。Ncs与Preamble序列相对于ZC根序列的循环移位量有关，也决定着Preamble的检测窗。

Ncs的计算：

Ncs≥（RTD+SpeardDelay+Error）/Ts

其 中：RTD=2×CellRadious/LightSpeed，SpeadDelay为时延扩展，Error为误差项，Ts=Tseq/Nzc，Format 0～3对应的Preamble长度为839，占用的时域资源为800us。

小区半径越大，则Ncs越大。若Ncs估计得相对较小，则eNodeB无法检测出边缘UE发送的Preamble。

LTE小区会在空口消息中携带ZeroCorrelationZoneConfig、HighSpeedFlag、ZC根序列索引逻辑编号。UE接收到这些信息后，就能够确定ZeroCorrelationZoneConfig对应的数值（Ncs Value）、ZC根序列，从而对ZC根序列进行循环移位，产生Preamble。

表2为ZeroCorrelationZoneConfig映射关系。

表2 Ncs for preamble generation（Preamble Formats 0-3）

zeroCorrelationZoneConfig NCS value Unrestricted set（低速小区） Restricted set（高速小区）6 32 46 7 38 55 8 46 68 9 59 82 10 76 100 11 93 128 12 119 158 13 167 202 14 279 237 15 419 —

2.2 Prach ZC根序列规划方法

（1）ZC根分组

由若干个连续的ZC根组成，且这些ZC根能够产生的Preamble不少于64。每个LTE小区需要足够的ZC根序列来产生64个Preamble。

低速小区：若要产生64个Preamble序列，则每个ZC根分组需要[64/[NZC]/NCS]个ZC根；

高速小区：计算连续的Nu个ZC根对应的preamble数，若Nu个ZC根产生的Preamble总数大于等于64（即），则Nu个ZC根可以作为一个ZC根分组。对于不同的ZC根分组，其对应的ZC根数目可能不同。

（2）Prach ZC根序列规划方法

图2 Prach ZC根规划步骤

高、低速小区Prach ZC根规划区别：对于高速移动环境下的UE，由于Doppler效应，会破坏ZC序列不同循环移位之间的正交性，因此，LTE中定义了特殊的规则来生成ZC序列的移位。由此得出，高低速小区对于Prach ZC根规划的本质区别在于循环移位的算法存在差异。

（3）最优ZC根分组筛选

为LTE小区进行ZC根分配，应尽量使待规划小区的ZC根序列不同于其一阶、二阶同频邻区对应的ZC根。如果没有这样的ZC根分组，则进行降阶处理。

若有多个ZC根分组满足邻区阶数的约束，则：

若存在从未被使用过的ZC分组，则将未使用过的ZC分组分配给LTE小区；

若可用的ZC分组都被使用过，则计算网络中已规划小区与待规划小区的距离、拓扑层数，让待规划小区复用“间隔最远的已规划小区”对应的ZC根分组，该ZC根分组称为最优ZC根分组。

若没有ZC根满足邻区约束，则计算网络中已规划小区与待规划小区的距离、拓扑层数，让待规划小区复用“间隔最远的已规划小区”对应的ZC根分组，该ZC根分组称为最优ZC根分组。

最后将最优ZC分组对应的起始ZC根序列（用逻辑编号标识）作为LTE小区的ZC根序列分组。

2.3 Prach ZC根序列核查方案

ZC根核查的目的是发现ZC根复用隔离度较小的LTE小区。复用隔离度通常通过两种方式衡量：

（1）ZC根序列的复用距离

基于ZC根最小复用距离，核查出该距离范围内，同频、同ZC根的LTE小区，作为潜在存在ZC根冲突的小区。

可根据现网情况，确定两小区需间隔多远才不会有信号干扰，以这样的距离作为同频小区使用相同ZC根需间隔的最小距离，即ZC根复用的最小复用距离。

网络中，在RF规划合理的场景下，上下行覆盖是平衡的，因此，可以参考PCI规划的复用距离：普通城区的最小复用距离为4km，郊区的最小复用距离为10km。

（2）ZC根序列的复用阶数

阶数与LTE邻区有关，一阶邻区为LTE小区邻区表中对应的小区，二阶邻区为LTE小区一阶邻区的一阶邻区，依次类推。

通常，源小区与一阶邻区直接相邻，存在信号交叠区域，希望源小区与邻区的ZC根不相同。但是，网络中的有些LTE小区间隔很多阶数仍存在信号交叠。

基于ZC根的最小复用阶数（至少为1），核查出同频邻区阶数范围内ZC根相同的LTE小区，作为潜在存在ZC根序列冲突的小区。保守起见，可增加核查的复用阶数。

2.4 Prach ZC根重分配

Prach ZC根重分配主要是针对核查到的“潜在的ZC根序列冲突小区”重新分配ZC根序列。

3 实施方案及效果

3.1 实施步骤

新建、扩容场景下，需要为新增的LTE小区分配合适的ZC根、Ncs，保证LTE小区的正常工作。Prach ZC根规划结束后，不宜直接将规划结果下发到网元，需对规划结果进行核查；网络维护阶段，也需核查网络中LTE小区的ZC根。通过核查，可以发现“潜在存在ZC根冲突”的LTE小区，为了保证网络的正常运行，提高网络性能，需对不符合要求的LTE小区重新分配合适的ZC根。

图3 Prach ZC根实施步骤

3.2 方案验证

（1）实施方案背景

镇江高铁场景同频切换成功率低于90%，同时重建率和重建成功率指标也低于全省平均水平，严重影响用户的感知，亟需优化解决。

（2）优化分析过程

表3为镇江高铁场景6月26日-7月2日七天的关键指标，发现接入类、切换类及重建类部分指标在6月29日突然恶化，如同频切换成功率、重建率、重建成功率、RRC建立成功率等指标均有不同程度的恶化。

表3 镇江高铁切换和重建指标提取

筛选指标恶化相对严重的小区，发现ZJ_SQ_HW_秀山基站_FL_GTZW站点最差，与其相邻的周边站点小区的指标也随之恶化，且该站点为新建站点。

核查ZJ_SQ_HW_秀山基站_FL_GTZW基站状态，传输是否稳定等，发现并无异常。通过Probe观察RSRP、SINR、IBLER、DL/UL_Grant等分析信道质量正常。核查切换算法开关、X2相关配置、随机接入相关配置以及邻区配置，发现该站点小区与邻区在相同小区半径的情况下，Prach ZC根配置不合理。

核查镇江高铁场景所有小区的Prach ZC根配置，重点关注小区六阶邻区以内的邻区Prach ZC根配置，发现有13个小区Prach ZC根配置存在问题。

（3）方案实施

提取基站XML并解析镇江高铁场景145个小区的Prach ZC根配置以及邻区相关信息；收集镇江高铁基站的小区基本信息，包含经度、纬度等；运用工具对高铁场景小区的六阶邻区的Prach ZC根配置进行计算核查；核查结果为高铁场景小区有13个小区Prach ZC根配置不合理；对13个Prach ZC根配置不合理小区进行Prach ZC根重分配。

图4为高速小区规整策略。根据相关实验验证，高速小区的小区半径配置为5000m最优，该小区半径下生成64个preamble需要20个ZC根数，但现有工具只支持ZC根数{…，13，22，32}的规划，为满足资源合理的利用且避免邻区出现相同ZC根的情况，现按每个高速小区均需22个ZC根的标准进行规划。

图4 高速小区规整策略

（4）验证结果

对镇江高铁小区的配置调整后，相关小区的同频切换成功率提升了约0.3pp（由98.78%提升至99.09%），重建成功率提升约1pp（75.21%提升至76.22%），有效地改善了高速用户的使用感知，其他指标均在正常范围内波动。

3.3 全省推广

（1）推广背景

由于镇江高铁场景Prach ZC根序列重新规整后对网络产生了正向增益，并极大地提升了用户感知，Prach ZC根序列规划方案在全省推广。

（2）实施过程

收集江苏全省基站基本信息，包含基站经纬度、基站所属场景等。高铁场景与其他场景的Prach ZC根序列规划算法有所区别，需要将现网普通小区与高速场景的小区区分开。

提取江苏全省基站XML配置文件，运用自动化工具解析基站配置，输出全省基站的邻区关系表以及小区信息表。

依据全省基站邻区关系及基站位置信息，以六阶邻区为标准，对全省Prach ZC根序列配置进行大数据处理，核查全省基站六阶邻区范围内Prach ZC根序列规划不合理的小区。

将Prach ZC根序列规划不合理的小区分地市下发，重新规划调整。

（3）实施结果

图5为调整前后关键指标对比。Prach ZC根序列规整前07月16日-07月22日一周指标，Prach ZC根序列规整后07月30日-08月05日一周指标，对比发现江苏全省同频切换成功率提升约0.1pp，重建率降低0.08pp，重建成功率提升1.14pp，其它指标均在正常范围内波动。

图5 Prach ZC根序列规整前后对比

4 结束语

通过验证，从Prach ZC根序列规划到Prach ZC根序列核查再到Prach ZC根序列重分配这一过程，有效地解决了由Prach ZC根序列配置不合理而导致的KPI恶化的问题，极大提升了用户感知。