CN114258128A - 一种基于nr-5g小基站的接入优化方法 - Google Patents

一种基于nr-5g小基站的接入优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于NR‑5G小基站的接入优化方法，方法利用基站物理层在物理随机接入信道Prach的时频资源上解调Prach信号，得到Preamble‑ID和TA值，然后通过TA值换算出UE到达基站的距离distance，并判断distance是否大于基站覆盖范围半径，若是则丢弃该Preamble‑ID和TA值，不上报给高层，否则上报Preamble‑ID和TA值至高层，高层若收到物理层上报的Preamble‑ID，则发送Msg2到UE，否则不发送Msg2。本发明可以在5G小基站覆盖范围小的情况下，通过基站收到的PRACH计算出来的TA值，判断当前UE接入的可能性和可靠性，优化基站的接入流程。

Description

一种基于NR-5G小基站的接入优化方法
技术领域
本发明涉及5G移动通信技术领域，尤其涉及对5G小基站覆盖范围小的情况下的UE接入优化方法。
背景技术
在4G/5G通信中，UE完成下行同步后，会通过发送上行PRACH信号开始随机接入过程。PRACH信号为接入流程中的msg1，基站在相应的时频资源位置上通过解调PRACH信号获取Preamble-ID并计算出到达时间TA（Timing Advance）。然后基站发送RAR（Random AccessResponse）到UE：基站将Preamble-ID和TA值通过MAC CE（MAC Control Element）组包，通过PDSCH信道发送到UE，告知UE当前基站收到的Preamble-ID和TA，此步骤为Msg2。UE收到Msg2后通过检查Preamble-ID是与Msg1是否一致，若ID一致就采用RAR中的TA值进行后续的上行信号时间调整，完成后面的接入流程。
TA值由基站进行计算并反馈给UE，UE通过TA值完成上行信号的在时间上的提前量，这样会使不同位置的UE能在同一时刻达到基站，防止基站收到的上行信号出现符号间干扰。
安徽西岸智能科技有限公司申请了公开号为CN 108322923 A 的专利技术方案，该方案提出了LTE基站同步优化方法，但该方法描述的是关于UE切换时源基站的同步优化方法，对TA的优化未提及。
河南大学申请了公开号为CN 109041016 A 的专利技术方案，该方案提供了一种密集场景下5G通信系统终端接入数量的优化方法，是在用户密集情况下，分配信道资源，优化可接入的D2D终端数量，满足蜂窝用户和D2D用户基本通信质量情况下，合理分配网络资源。
以上两专利是从不同的维度来描述接入优化方法，并未采用计算TA值的方式来优化5G小基站覆盖范围小的情况下UE接入流程。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于NR-5G小基站的接入优化方法，在5G小基站覆盖范围小的情况下，通过基站收到的PRACH计算出来的TA值，判断当前UE接入的可能性和可靠性，优化基站的接入流程。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种基于NR-5G小基站的接入优化方法，主要包括以下步骤：
步骤一：基站物理层在物理随机接入信道Prach的时频资源上解调Prach信号，得到Preamble-ID和TA值；
步骤二：基站物理层通过TA值换算出UE到达基站的距离distance，并判断distance是否大于基站覆盖范围半径，若是则丢弃该Preamble-ID和TA值，不上报给高层，否则上报Preamble-ID和TA值至高层；
步骤三：高层若收到物理层上报的Preamble-ID，则发送Msg2到UE，否则不发送Msg2。
具体的，步骤一具体包括以下子步骤：
S101，基站通过sib1配置Prach的时频资源到UE；
S102，UE进行上行同步的第一步骤就是发送随机接入信号，基站通过Prach的配置信息解调出Preamble-ID，并通过算法估算出TA值。
具体的，步骤二中基站物理层通过TA值换算出UE到达基站的距离distance过程具体包括：在NR-5G小区中，若采用Sub6G制式，载波间隔为30KHz时，1TA代表的距离如下式所示：
Figure 317903DEST_PATH_IMAGE001
其中
Figure 202813DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 783967DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 322396DEST_PATH_IMAGE004
Figure 989001DEST_PATH_IMAGE005
,
Figure 5498DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 441159DEST_PATH_IMAGE007
；
其中，
Figure 150489DEST_PATH_IMAGE008
表示系统子载波间隔为30kHz条件下的一个时域信号采样点的时间，
Figure 304390DEST_PATH_IMAGE009
表示子载波频域间隔，
Figure 124578DEST_PATH_IMAGE010
表示当前系统子载波间隔前提下的频域点数，
Figure 414745DEST_PATH_IMAGE011
表示系统子载波将为15kHz条件下的一个时域信号采样点时间，
Figure 560556DEST_PATH_IMAGE012
表示子载波频域间隔，
Figure 936173DEST_PATH_IMAGE013
表示当前系统子载波间隔前提下的频域点数；
由上式可得出，一个单位TA对应的距离是78米，c为光速3*10^8米每秒，此时UE到达基站的距离distance为：
Figure 294473DEST_PATH_IMAGE014
。
具体的，判断distance是否大于基站覆盖范围半径具体包括：由于NR-5G小区采用Sub6G制式，载波间隔为30KHz时，其单位TA对应的距离为78米，当TA大于3时，则对应的UE到达基站的距离大于234米，此时TA值所反映的距离超过基站的覆盖范围或者超过基站认为接收条件质量高的范围；判断TA是否大于3，若TA大于3，则不用上报Preamble-ID和TA到高层；若TA小于或等于3，则上报Preamble-ID和TA到高层。
进一步的，子步骤S102具体包括：在PRACH的时频资源上接收PRACH时域数据；经过去CP、下变频、抽取滤波得到4096点时域数据；将4096点时域数据进行FFT，然后得到839点PRACH频域数据序列；将839点PRACH频域数据与本地基序列进行共轭相乘，并补零到4096点，做IFFT4096点运算；得到时域4096点后，对每个点进行平方，得到时域功率谱，通过PRACH检测算法计算出一个门限值，若在4096点里有大于该门限值，则记录该相关峰位置；根据Ncs计算出每个Preamble-ID和Preamble-ID对应的窗长，以及窗的起点和终点，用相关峰的位置减去终点的位置，记为T0；TA就为T0*24/32 = 0.75*T0,其中T0值的范围为0~(4096/839)*Ncs,其中T0取整数，Ncs为zeroCorrelationZoneConfig。
本发明的有益效果：
（1）通过计算TA值预估出UE到基站的距离，通过TA来判断出UE是否在当前所期望的覆盖范围内，对小覆盖范围内的UE进行接入，可以提高收发性能；
（2）通过丢弃不在期望覆盖范围内的Preamble，可以减少基站的接入流程开销。
附图说明
图1是本发明的方法步骤流程图；
图2是本发明物理层处理Prach信号TA优化的流程图；
图3是发明获取Preamble-ID和TA值的流程图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案精选以下详细说明。显然，所描述的实施案例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，不能理解为对本发明可实施范围的限定。基于本发明的实施例，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其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例一：
本实施例中，如图1所示，一种基于NR-5G小基站的接入优化方法，主要包括以下步骤：
步骤一：基站物理层在物理随机接入信道Prach的时频资源上解调Prach信号，得到Preamble-ID和TA值；
步骤二：基站物理层通过TA值换算出UE到达基站的距离distance，并判断distance是否大于基站覆盖范围半径，若是则丢弃该Preamble-ID和TA值，不上报给高层，否则上报Preamble-ID和TA值至高层；
步骤三：高层若收到物理层上报的Preamble-ID，则发送Msg2到UE，否则不发送Msg2。
本实施例中，如图2所示，以NR-5G小区中的小基站为应用场景，基站的覆盖范围半径为200米，本发明方法具体处理流程如下：
1、在Prach时频资源上解调Prach信号：
（1）基站通过sib1配置Prach的时频资源（Prach的发送时机）到UE；
（2）UE进行上行同步的第一步骤就是发送随机接入信号，基站通过Prach的配置信息解调出Preamble-ID,并通过算法估算出TA值。
2、通过TA换算UE到达基站的距离：
（1）在NR-5G小区中，若采用Sub6G制式，载波间隔为30KHz时，1TA代表的距离如下所示：
Figure 439147DEST_PATH_IMAGE015
其中
Figure 755859DEST_PATH_IMAGE016
，
Figure 618773DEST_PATH_IMAGE017
Figure 46343DEST_PATH_IMAGE018
,
Figure 791662DEST_PATH_IMAGE019
，
Figure 482538DEST_PATH_IMAGE020
.
根据3gpp协议38.211 4.1，
Figure 98327DEST_PATH_IMAGE008
表示系统子载波间隔为30kHz条件下的一个时域信号采样点的时间，
Figure 64009DEST_PATH_IMAGE009
表示子载波频域间隔，
Figure 448854DEST_PATH_IMAGE010
表示当前系统子载波间隔前提下的频域点数，
Figure 576210DEST_PATH_IMAGE011
表示系统子载波将为15kHz条件下的一个时域信号采样点时间，
Figure 351399DEST_PATH_IMAGE012
表示子载波频域间隔，
Figure 855193DEST_PATH_IMAGE013
表示当前系统子载波间隔前提下的频域点数；那么单位TA对应的距离是 78米，c为光速3*10^8米每秒。
所以当TA大于3时，则距离大于234米。
3、判断TA是否大于3，若TA大于3，则不用上报Preamble-ID和TA到高层。
4、高层未收到物理层上报的Preamble-ID 则不会进行随机接入的剩余流程。
5、若TA小于或等于3，则上报Preamble-ID和TA到高层。
实施例二：
本实施例主要针对实施例一中在物理随机接入信道Prach的时频资源上解调Prach信号过程进行详细阐述。
在NR-5G中，UE通过下行同步后获取sib1的资源信息后，开始进行上行同步。第一步是进行随机接入，gNodeB通过解调PRACH信号获取Preamb-ID，并估算UE到gNodeB的距离TA（Timing Advance）。gNodeB的物理层通过算法处理后，上报Preamble-ID和TA到高层，MAC将Preamble-ID和TA组包到MCE中通过Msg2告知UE。
由于长格式的Prach的子载波为1.25kHz，NR-5G的常用系统子载波为30kHz。因此，TA计算采用对839点频域序列进行4096点的IFFT完成时域相关运算。得到T0的单位表示24个Tc，而协议要求下发的TA的单位是8Ts ，即在122.88m的采样率的系统中，对应32Tc。所以对于nT0/32(n = 0,1,2...N),则TA可以取到更准确的值。
如图3所示，本实施例获取Preamble-ID和TA值的流程如下：
1、通过Prach去CP和下变频、下采样得到Prach的频域序列839点序列。
2、用基序列839点与目标序列839点进行频域共轭相乘，然后补零到4096点，完成IFFT4096点的处理变换到时域。
3、对每个时域信号进行平法，得到4096点的时域功率谱。
4、根据Ncs 计算出窗长，每个Preamble-ID对应的窗长度为W = Ncs*4096/839 =4.882*Ncs,即在4096点里，从0开始每隔W长度为一个窗。通过PRACH检测算法计算相关峰判决门限，该过程如下：
（1）计算判决门限；
（2）若4096点中有相关峰大于门限，则记录该相关峰所在第几个窗内，从而判决解出Preamble-ID，并记录该相关峰的位置；
（3）用相关峰的位置减去窗的终点，值记为T0，则T0为计算出的时延插值。
5、TA的换算：
（1）通过计算出的时延插值T0进一步换算到gNodeB下发到UE的TA值；
（2）TA = T0*(98304/4096)/32；
（3）为了保证通过Prach估算的TA不会带来msg3的ISI，从而对msg2中下发给UE的提前量可以采用TA-1来进一步的保证达到基站的数据完全在CP范围内。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种基于NR-5G小基站的接入优化方法，其特征在于，包括：
步骤一：基站物理层在物理随机接入信道Prach的时频资源上解调Prach信号，得到Preamble-ID和TA值；
步骤二：基站物理层通过TA值换算出UE到达基站的距离distance，并判断distance是否大于基站覆盖范围半径，若是则丢弃该Preamble-ID和TA值，不上报给高层，否则上报Preamble-ID和TA值至高层；
步骤三：高层若收到物理层上报的Preamble-ID，则发送Msg2到UE，否则不发送Msg2。
2.根据权利要求1所述的一种基于NR-5G小基站的接入优化方法，其特征在于，所述步骤一具体包括以下子步骤：
S101，基站通过sib1配置Prach的时频资源到UE；
S102，UE进行上行同步的第一步骤就是发送随机接入信号，基站通过Prach的配置信息解调出Preamble-ID，并通过算法估算出TA值，该过程具体包括：在PRACH的时频资源上接收PRACH时域数据；经过去CP、下变频、抽取滤波得到4096点时域数据；将4096点时域数据进行FFT，然后得到839点PRACH频域数据序列；将839点PRACH频域数据与本地基序列进行共轭相乘，并补零到4096点，做IFFT4096点运算；得到时域4096点后，对每个点进行平方，得到时域功率谱，通过PRACH检测算法计算出一个门限值，若在4096点里有大于该门限值，则记录该相关峰位置；根据Ncs计算出每个Preamble-ID和Preamble-ID对应的窗长，以及窗的起点和终点，用相关峰的位置减去终点的位置，记为T0；TA就为T0*24/32 = 0.75*T0,其中T0值的范围为0~(4096/839)*Ncs,其中T0取整数，Ncs为zeroCorrelationZoneConfig。
3.根据权利要求1所述的一种基于NR-5G小基站的接入优化方法，其特征在于，所述步骤二中基站物理层通过TA值换算出UE到达基站的距离distance过程具体包括：在NR-5G小区中，若采用Sub6G制式，载波间隔为30KHz时，1TA代表的距离如下式所示：
Figure 272427DEST_PATH_IMAGE001
其中
Figure 392830DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 110250DEST_PATH_IMAGE003
,
Figure 708721DEST_PATH_IMAGE004
Figure 460777DEST_PATH_IMAGE005
,
Figure 220922DEST_PATH_IMAGE006
,
Figure 691218DEST_PATH_IMAGE007
；
其中，
Figure 827801DEST_PATH_IMAGE008
表示系统子载波间隔为30kHz条件下的一个时域信号采样点的时间，
Figure 699942DEST_PATH_IMAGE009
表示子载波频域间隔，
Figure 896568DEST_PATH_IMAGE010
表示当前系统子载波间隔前提下的频域点数，
Figure 588581DEST_PATH_IMAGE011
表示系统子载波将为15kHz条件下的一个时域信号采样点时间，
Figure 528855DEST_PATH_IMAGE012
表示子载波频域间隔，
Figure 989923DEST_PATH_IMAGE013
表示当前系统子载波间隔前提下的频域点数；
由上式可得出，一个单位TA对应的距离是78米，c为光速3*10^8米每秒，此时UE到达基站的距离distance为：
Figure 357451DEST_PATH_IMAGE014
。
4.根据权利要求1所述的一种基于NR-5G小基站的接入优化方法，其特征在于，所述判断distance是否大于基站覆盖范围半径具体包括：由于NR-5G小区采用Sub6G制式，载波间隔为30KHz时，其单位TA对应的距离为78米，当TA大于3时，则对应的UE到达基站的距离大于234米，此时TA值所反映的距离超过基站的覆盖范围或者超过基站认为接收条件质量高的范围；判断TA是否大于3，若TA大于3，则不用上报Preamble-ID和TA到高层；若TA小于或等于3，则上报Preamble-ID和TA到高层。
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