CN115442196A - 一种增强NR PRACH_format_0覆盖能力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种增强NR PRACH_format_0覆盖能力的方法，所述方法包括采用PRACH双检机制来扩大小区覆盖范围；所述PRACH双检机制包括如下步骤：S1，基站接收到PRACH format 0的preamble；S2，进行两次preamble检测，并记录两次检测结果；其中，每次进行preamble检测需要配置不同的T_remove；T_remove表示FFT处理前移除的起始端信号时间长度；S3，合并两次检测结果。本发明采用采用PRACH双检机制来扩大小区覆盖范围，最大支持30km的覆盖。

Description

一种增强NR PRACH_format_0覆盖能力的方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体而言，涉及一种增强NR PRACH_format_0覆盖能力的方法。

背景技术

当前5GNR***中，PRACH用于支持UE向gNB发起随机接入，其可以用于承载随机前导序列(preamble)，前导序列基于ZC序列生成，其具有良好的互相关和自相关特性，如图1所示，发送preamble时，还需在ZC序列前后分别添加CP和GT：

CP为循环前缀(Cycle Prefix)，用于克服传输时延造成造成的符号间串扰(ISI)，其实际为ZC序列的末尾一段序列(原理与CP-OFDM技术相同)；

GT为保护时间间隔(Guard Time)，用于避免传输时延过大导致preamble传输时间范围与后续的其他信号重叠，进而造成干扰，GT实际为空，UE在该时间段内不需要发送任何信号。

gNB可基于此在低信噪比条件下(如SINR为-10dB甚至更低)检测出UE发送的ZC序列，并测量出传输时延，如图2所示，包含如下过程：

(1)前传处理，即OFDM解调和下采样处理流程，包括移除CP、频带搬移、下采样、FFT等处理过程；

(2)RE解映射：即从频域信号中分离出PRACH对应频域序列的过程；

(3)相关处理：即用基序列与接收到的PRACH对应频域序列进行相关处理(序列间共轭相乘)的过程；

(4)IFFT：即对相关处理获取的相关序列进行IFFT处理的过程；

(5)符号与天线合并：即对多根天线对应的多个IFFT处理结果序列进行合并的过程；

(6)脉冲峰搜索：搜索合并序列中的的脉冲峰；

(7)preamble检测判决：根据搜索的脉冲峰大小和位置，判决是否存在preamble，以及preamble ID；

(8)TA/RSRP/N0测量：根据判定为preamble的脉冲锋的大小、位置计算得到TA(UE上行信号发送提前量)、RSRP(preamble信号总功率)和N0(噪声功率)。

上述前传处理后的信号数学模型如下式所示：

其中：

R^p,i(l,k)表示第p根天线、第l个OFDM符号、第k个子载波上的接收信号；

H^p,i(l,k)表示第p根天线、第l个OFDM符号、第k个子载波上第i条传输路径的信道衰减因子；

W^p(l,k)表示第p根天线、第l个OFDM符号、第k个子载波对应的干扰噪声(包括载波间干扰ICI)；

N_path表示多径条数，在preamble发送时间(1ms)内可认为是恒定的；

u表示根序列索引；

L_RA表示根序列长度；

C_v表示ZC序列循环移位值；

T_off(i)表示第i条传输路径的等效传输时延，T_off＝T_delay(i)+T_CP-T_remove，T_delay表示UE与gNB的传输时延，T_CP表示CP持续时间，T_remove表示FFT处理前移除的起始端信号时间长度，按OFDM调制理论其取值需为T_CP，但为防止UE的下行同步精度较差导致，实现过程中往往将其设置为0.5*T_CP。

上述相关处理过程对应数学模型如下所示：

其中：

R_local(k)表示本地生成的ZC序列；

N表示前传处理中的FFT点数。

上述IFFT处理对应数学模型如下所示：

其中：N_IFFT表示此处的IFFT点数(与前传处理过程中的IFFT/FFT点数不同)，取值需不小于L_RA，且尽量为2的幂，如1024、2048，其取值越大，最终得到的相关功率谱颗粒度越高。

上述天线和符号合并处理对应数学模型如下所示：

其中：P和L表示接收天线总数和承载preamble的OFDM符号总数，其结果物理含义为相关功率谱。

显然，基于对相关功率谱脉冲锋大小和位置的判定，可获取preabmle检测结果、以及传输时延、RSRP、噪声功率等测量结果。

考虑初始接入场景，UE并未与gNB上行同步，其只可基于下行同步时间基准来发送preamble，这会导致发送preamble时刻相比gNB时间基准滞后T_delay，进而导致preamble到达gNB的传输时延约为2T_delay，即为UE与gNB间的环回时延(RTD)，如图3所示。由此，可推导出NR***中，preamble的最大设计传输距离d_max如下，

其中：

c表示光速3*10⁸m/s；

T_CP表示CP持续时间，NR标准中对PRACH format 0，定义取值为103.125us；

T_GT表示GT持续时间，NR标准中对于PRACH format 0，定义取值为96.875us；

T_multi-path表示最大多径时延扩展，取值与信道环境相关，一般不超过1us，在计算preamble极限覆盖能力时，取值为0。

显然，由上式可计算出NR标准定义的PRACH format 0定义的preamble最大设计传输距离极限为14531.25m，约为14.5km。

当前5G网络部署时，多使用占用1ms时间的PRACH format 0以支持室外覆盖场景，使用占用1个slot时间的PRACH format B4/C2以支持室内覆盖场景。但是，如上所述，PRACHformat 0理论上最大只可支持14.5km距离，该距离并不适用于野外山地、沙漠、湖泊、近海海面等特殊场景：其要求最大20～30km的覆盖距离。

按照协议的协议，对于14.5km以上的覆盖距离，可使用PRACH format1和PRACHformat 2，它们的最大设计传输距离d_max分别约为102.66km和22.89km。但它们也需要占用更长信号传输时间：分别占用3ms和4ms，这在实际的网络部署中是难以满足的：考虑到与LTE网络兼容，当前5GNR TDD网络多采用30kHz子载波间隔和DDDSUDDSUU(7:3)、DDDDDDDSUU(8:2)等slot配置，很少采用连续支持有连续3～4ms上行发送时间的slot配比，而且连续3～4ms的上行接收也会明显增加基站的实现复杂度和成本。

发明内容

本发明旨在提供一种增强NR PRACH_format_0覆盖能力的方法，以实现只通过基站侧的优化即可有效提升PRACH format 0的传输距离至30km，进而扩大小区覆盖范围。

本发明提供的一种增强NR PRACH_format_0覆盖能力的方法，包括采用PRACH双检机制来扩大小区覆盖范围；所述PRACH双检机制包括如下步骤：

S1，基站接收到PRACH format 0的preamble；

S2，进行两次preamble检测，并记录两次检测结果；其中，每次进行preamble检测需要配置不同的T_remove；T_remove表示FFT处理前移除的起始端信号时间长度；

S3，合并两次检测结果。

进一步地，步骤S2中：

第一次preamble检测时配置T_remove＝0.5T_CP；

第二次preamble检测时配置T_remove＝T_CP+T_GT。

进一步地，步骤S2中的所述两次检测结果分别为：

第一次preamble检测若检测N1项preamble结果，则第一次preamble检测结果记为SET1＝{preambleID_i1，T_{delay_i1}，RSRP_i1，N0_i1}i，0≤i<N1；其中，preambleID_i1表示第一次preamble检测到的第i项preamble结果的preamble ID，T_{delay_i1}表示第一次preamble检测到的第i项preamble结果的UE与gNB的传输时延，RSRP_i1表示第一次preamble检测到的第i项preamble结果的preamble信号总功率；N0_i1表示第一次preamble检测到的第i项preamble结果的噪声功率；

第二次preamble检测若检测N2项preamble结果，则第二次preamble检测结果记为SET2＝{preambleID_i2，T_{delay_i2}，RSRP_i2，N0_i2}_i，0≤i<N2；其中，preambleID_i2表示第二次preamble检测到的第i项preamble结果的preamble ID，T_{delay_i2}表示第二次preamble检测到的第i项preamble结果的UE与gNB的传输时延，RSRP_i2表示第二次preamble检测到的第i项preamble结果的preamble信号总功率；N0_i2表示第二次preamble检测到的第i项preamble结果的噪声功率。

进一步地，步骤S3中，合并两次检测结果后的合并结果记为SET3＝{preambleID_i3，T_{delay_i3}，RSRP_i3，N0_i3}_i3；其中，preambleID_i3表示合并结果中第i项preamble结果的preamble ID，T_{delay_i3}表示合并结果中第i项preamble结果的UE与gNB的传输时延，RSRP_i3表示合并结果中第i项preamble结果的preamble信号总功率；N0_i3表示合并结果中第i项preamble结果的噪声功率；则合并两次检测结果的方法包括：

S31：初始化SET3＝SET1，i＝0；

S32：检查SET2中的preambleID_i2是否在SET3中也存在：

若不存在，则将该preambleID_i2对应的preamble结果合并到SET3中，即SET3＝{x|x∈SET3 or x＝{preambleID_i2,T_{delay_i2},RSRP_i2,N0_i2}}；

若存在，SET3的已存在项记为第j项，即preambleID_i2＝preambleID_j3，则将该preambleID_i2对应的preamble结果与SET3的已存在项进行合并：若RSRP_j3<RSRP_i2，则调用SET2的第i项preamble结果对SET3中的第j项进行更新：T_{delay_i3}＝T_{delay_i2}，RSRP_i3＝RSRP_i2，N0_i3＝N0_i2；否则，不做任何操作；

S33：i＝i+1；

S34：若i＝N2，则结束合并两次检测结果的过程，否则跳转到步骤S32。

进一步地，所述方法还包括采用RACH资源频谱躲避机制来进行preamble频谱躲避；所述RACH资源频谱躲避机制包括：

记preamble占用RB集合为{RB_{preamble_i}}_i；

若preamble分布slot的后一个slot起始的M个OFDM符号存在上行OFDM符号，则基站做上行调度时，不可分配这M个OFDM符号上的{RB_{preamble_i}}_i资源用作任何上行信道和信号的传输；

若preamble分布slot的后一个slot起始的M个OFDM符号存在下行OFDM符号，则基站做下行调度时，不可分配这M个OFDM符号上的{RB_{preamble_i}}_i资源用作任何下行信道和信号的传输。

进一步地，M的值根据preamble分布slot的子载波间隔进行设定.

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明采用采用PRACH双检机制来扩大小区覆盖范围，最大支持30km的覆盖。

2、本发明采用RACH资源频谱躲避机制来进行preamble频谱躲避，在preabmle之后的1～2个slot上，根据需要禁止调度preamble可能占用的频谱资源，以避免传输时延过大导致preamble传输时间范围与后续的其他信号重叠，进而造成干扰。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为5GNR中定义的preamble序列结构示意图。

图2为典型的PRACH的接收过程的流程图。

图3为preamble在UE和gNB间的传输时序关系示意图。其中T_delay表示基站(gNB)与终端(UE)间的信号传输时延，GP表示由下行传输到上行传输的切换时间段，其持续时间不可大于5GNR协议定义的S时隙中的保护时间间隔。其中，可以很明显看出，由于UE在初始发送preamble时没有完成上行同步，其发送的preamble到达gNB会延迟2T_delay；而在随机接入完成上行同步后，UE会提前发送上行信号，以此来保证上行信号达到时刻与gNB期望的上行接收时间对齐。

图4为本发明实施例中PRACH双检机制的流程图。其中，gNB需要在接收到PRACH后进行两次检测，区别是的T_remove配置不同，并在完成后进行结果合并。

图5为本发明实施例中RACH资源频谱躲避机制的gNB调度示意图。其中，gNB需要规避分配或调度特定slot起始的前M个OFDM符号的特定RB资源，特定slot是指该slot的前一slot上分布有使用PRACH format 0的RACH资源，特定RB资源是指该RACH资源使用的RB资源。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，本实施例提出一种增强NR PRACH_format_0覆盖能力的方法，所述包括：

采用PRACH双检机制来扩大小区覆盖范围；

以及采用RACH资源频谱躲避机制来进行preamble频谱躲避。

具体地：

(1)PRACH双检机制

对于PHY层，主要是对PRACH的接收处理过程进行优化，实现如图4所示的PRACH双检机制，当接收的slot上存在PRACH format 1的RACH资源分布式时，则触发PRACH双检机制；所述PRACH双检机制包括如下步骤：

S1，基站接收到PRACH format 0的preamble；

S2，按照图2所示的preamble检测过程进行两次preamble检测，并记录两次检测结果；本实施例中，第一次preamble检测时配置T_remove＝0.5T_CP；第二次preamble检测时配置T_remove＝T_CP+T_GT；T_remove表示FFT处理前移除的起始端信号时间长度；

由此，所述两次检测结果分别为：

第一次preamble检测若检测N1项preamble结果，则第一次preamble检测结果记为SET1＝{preambleID_i1，T_{delay_i1}，RSRP_i1，N0_i1}_i，0≤i<N1；其中，preambleID_i1表示第一次preamble检测到的第i项preamble结果的preamble ID，T_{delay_i1}表示第一次preamble检测到的第i项preamble结果的UE与gNB的传输时延，RSRP_i1表示第一次preamble检测到的第i项preamble结果的preamble信号总功率；N0_i1表示第一次preamble检测到的第i项preamble结果的噪声功率；

第二次preamble检测若检测N2项preamble结果，则第二次preamble检测结果记为SET2＝{preambleID_i2，T_{delay_i2}，RSRP_i2，N0_i2}_i，0≤i<N2；其中，preambleID_i2表示第二次preamble检测到的第i项preamble结果的preamble ID，T_{delay_i2}表示第二次preamble检测到的第i项preamble结果的UE与gNB的传输时延，RSRP_i2表示第二次preamble检测到的第i项preamble结果的preamble信号总功率；N0_i2表示第二次preamble检测到的第i项preamble结果的噪声功率。

S3，合并两次检测结果；将合并两次检测结果后的合并结果记为SET3＝{preambleID_i3，T_{delay_i3}，RSRP_i3，N0_i3}_i3；其中，preambleID_i3表示合并结果中第i项preamble结果的preamble ID，T_{delay_i3}表示合并结果中第i项preamble结果的UE与gNB的传输时延，RSRP_i3表示合并结果中第i项preamble结果的preamble信号总功率；N0_i3表示合并结果中第i项preamble结果的噪声功率；则合并两次检测结果的方法包括：

S31：初始化SET3＝SET1，i＝0；

S32：检查SET2中的preambleID_i2是否在SET3中也存在：

若不存在，则将该preambleID_i2对应的preamble结果合并到SET3中，即SET3＝{x|x∈SET3orx＝{preambleID_i2,T_{delay_i2},RSRP_i2,N0_i2}}；

若存在，SET3的已存在项记为第j项，即preambleID_i2＝preambleID_j3，则将该preambleID_i2对应的preamble结果与SET3的已存在项进行合并：若RSRP_j3<RSRP_i2，则调用SET2的第i项preamble结果对SET3中的第j项进行更新：T_{delay_i3}＝T_{delay_i2}，RSRP_i3＝RSRP_i2，N0_i3＝N0_i2；否则，不做任何操作；

S33：i＝i+1；

S34：若i＝N2，则结束合并两次检测结果的过程，否则跳转到步骤S32。

(2)RACH资源频谱躲避机制

对于MAC层的相关处理，主要是上下行调度和上下行控制信道资源分配过程需要进行preamble频谱躲避；所述RACH资源频谱躲避机制包括：

记preamble占用RB集合为{RB_{preamble_i}}_i；

若preamble分布slot的后一个slot起始的M(M的值根据preamble分布slot的子载波间隔进行设定)个OFDM符号存在上行OFDM符号，则基站做上行调度时，不可分配这M个OFDM符号上的{RB_{preamble_i}}_i资源用作任何上行信道和信号(PUSCH/PUCCH/SRS/PRACH)的传输，进而规避由于传输时间过大导致preamble传输时间范围与后续的上行信号重叠；

若preamble分布slot的后一个slot起始的M(M的值根据preamble分布slot的子载波间隔进行设定)个OFDM符号存在下行OFDM符号，则基站做下行调度时，不可分配这M个OFDM符号上的{RB_{preamble_i}}_i资源用作任何下行信道和信号(PDSCH/PDCCH/SSB/CSI-RS)的传输，进而规避由于传输时间过大导致preamble传输时间范围与后续的下行信号重叠。

示例：如图5所示，所述RACH资源频谱躲避机制的处理过程如下，其中，记需要调度或分配资源的slot为slot_n：

Step 1：若slot_n的子载波间隔小于240kHz，进行如下处理，否则跳转到Step 2：

若slot_(n-1)上存在PRACH format 1的RACH资源，记preamble占用RB集合记为{RB_{preamble_i}}_i，则该slot的前M个OFDM符号上的{RB_{preamble_i}}_i标记为不可使用，且不可被调度和分配；

否则，不做任何处理。

Step 2：此时slot_n的子载波间隔不小于240kHz，如下处理：

若slot_(n-1)上存在PRACH format 1的RACH资源，记preamble占用RB集合记为{RB_{preamble_i}}_i，则该slot的所有OFDM符号上的{RB_{preamble_i}}_i标记为不可使用，且不可被调度和分配；

若slot_(n-2)上存在PRACH format 1的RACH资源，记preamble占用RB集合记为{RB_{preamble_i}}_i，则该slot的前(M-14)个OFDM符号上的{RB_{preamble_i}}_i标记为不可使用，且不可被调度和分配；

若不满足以上两种情况，不做任何处理。

M取值与slot_n的子载波间隔有关，在15kHz、30kHz、60kHz、120kHz、240kHz分别取值为2,3,6,11,22。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种增强NR PRACH_format_0覆盖能力的方法，其特征在于，所述方法包括采用PRACH双检机制来扩大小区覆盖范围；所述PRACH双检机制包括如下步骤：

S1，基站接收到PRACH format 0的preamble；

S2，进行两次preamble检测，并记录两次检测结果；其中，每次进行preamble检测需要配置不同的T_remove；T_remove表示FFT处理前移除的起始端信号时间长度；

S3，合并两次检测结果。

2.根据权利要求1所述的增强NR PRACH_format_0覆盖能力的方法，其特征在于，步骤S2中：

第一次preamble检测时配置T_remove＝0.5T_CP；

第二次preamble检测时配置T_remove＝T_CP+T_GT。

3.根据权利要求2所述的增强NR PRACH_format_0覆盖能力的方法，其特征在于，步骤S2中的所述两次检测结果分别为：

第一次preamble检测若检测N1项preamble结果，则第一次preamble检测结果记为SET1＝{preambleID_i1，T_{delay_i1}，RSRP_i1，N0_i1}_i，0≤i<N1；其中，preambleID_i1表示第一次preamble检测到的第i项preamble结果的preamble ID，T_{delay_i1}表示第一次preamble检测到的第i项preamble结果的UE与gNB的传输时延，RSRP_i1表示第一次preamble检测到的第i项preamble结果的preamble信号总功率；N0_i1表示第一次preamble检测到的第i项preamble结果的噪声功率；

第二次preamble检测若检测N2项preamble结果，则第二次preamble检测结果记为SET2＝{preambleID_i2，T_{delay_i2}，RSRP_i2，N0_i2}_i，0≤i<N2；其中，preambleID_i2表示第二次preamble检测到的第i项preamble结果的preamble ID，T_{delay_i2}表示第二次preamble检测到的第i项preamble结果的UE与gNB的传输时延，RSRP_i2表示第二次preamble检测到的第i项preamble结果的preamble信号总功率；N0_i2表示第二次preamble检测到的第i项preamble结果的噪声功率。

4.根据权利要求3所述的增强NR PRACH_format_0覆盖能力的方法，其特征在于，步骤S3中，合并两次检测结果后的合并结果记为SET3＝{preambleID_i3，T_{delay_i3}，RSRP_i3，N0_i3}_i3；其中，preambleID_i3表示合并结果中第i项preamble结果的preamble ID，T_{delay_i3}表示合并结果中第i项preamble结果的UE与gNB的传输时延，RSRP_i3表示合并结果中第i项preamble结果的preamble信号总功率；N0_i3表示合并结果中第i项preamble结果的噪声功率；则合并两次检测结果的方法包括：

S31：初始化SET3＝SET1，i＝0；

S32：检查SET2中的preambleID_i2是否在SET3中也存在：

若不存在，则将该preambleID_i2对应的preamble结果合并到SET3中，即SET3＝{x|x∈SET3orx＝{preambleID_i2,T_{delay_i2},RSRP_i2,N0_i2}}；

若存在，SET3的已存在项记为第j项，即preambleID_i2＝preambleID_j3，则将该preambleID_i2对应的preamble结果与SET3的已存在项进行合并：若RSRP_j3<RSRP_i2，则调用SET2的第i项preamble结果对SET3中的第j项进行更新：T_{delay_i3}＝T_{delay_i2}，RSRP_i3＝RSRP_i2，N0_i3＝N0_i2；否则，不做任何操作；

S33：i＝i+1；

S34：若i＝N2，则结束合并两次检测结果的过程，否则跳转到步骤S32。

5.根据权利要求1所述的增强NR PRACH_format_0覆盖能力的方法，其特征在于，所述方法还包括采用RACH资源频谱躲避机制来进行preamble频谱躲避；所述RACH资源频谱躲避机制包括：

记preamble占用RB集合为{RB_{preamble_i}}_i；

若preamble分布slot的后一个slot起始的M个OFDM符号存在上行OFDM符号，则基站做上行调度时，不可分配这M个OFDM符号上的{RB_{preamble_i}}_i资源用作任何上行信道和信号的传输；

若preamble分布slot的后一个slot起始的M个OFDM符号存在下行OFDM符号，则基站做下行调度时，不可分配这M个OFDM符号上的{RB_{preamble_i}}_i资源用作任何下行信道和信号的传输。

6.根据权利要求1所述的增强NR PRACH_format_0覆盖能力的方法，其特征在于，M的值根据preamble分布slot的子载波间隔进行设定。

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