LTE PRACH参数配置分析
24 / 34 25 / 35 26 / 36 27 / 37
(0,0,1,1) (0,0,0,1) (0,0,1,1) (0,0,0,1) (0,0,1,1) (1,0,0,1) (0,0,0,1) (0,0,1,1) (1,0,0,1) (1,0,1,1) (0,0,0,1) (0,0,1,1) (1,0,0,1) (1,0,1,1) (2,0,0,1) (0,0,0,1) (0,0,1,1) (1,0,0,1) (1,0,1,1) (2,0,0,1) (2,0,1,1) (0,1,0,0) (0,2,0,0) (0,1,1,0) (0,0,0,0) (0,0,1,0) (0,0,0,0) (0,0,1,0) (0,0,0,0) (0,0,1,0) (1,0,0,0) (0,0,0,0) (0,0,1,0) (1,0,0,0) (1,0,1,0) (0,1,0,*) (0,2,0,*) (0,1,1,*) (0,0,0,*) (0,0,1,*) (0,0,0,*) (0,0,1,*) (0,0,0,*) (0,0,1,*) (1,0,0,*) (0,0,0,*) (0,0,1,*) (1,0,0,*) (1,0,1,*) (0,0,0,*) (0,0,1,*) (1,0,0,*) (1,0,1,*) (2,0,0,*) (0,0,0,*) (0,0,1,*) (1,0,0,*) (1,0,1,*) (2,0,0,*) (2,0,1,*) N/A N/A N/A N/A N/A N/A
(0,0,1,0) (0,0,0,0) (0,0,1,0) (0,0,0,0) (0,0,1,0) (1,0,0,0) (0,0,0,0) (0,0,1,0) (1,0,0,0) (1,0,1,0) (0,0,0,0) (0,0,1,0) (1,0,0,0) (1,0,1,0) (2,0,0,0) (0,0,0,0) (0,0,1,0) (1,0,0,0) (1,0,1,0) (2,0,0,0) (2,0,1,0) N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A (0,1,0,*) (0,2,0,*) (0,1,1,*) (0,0,0,*) (0,0,1,*) (0,0,0,*) (0,0,1,*) (0,0,0,*) (0,0,1,*) (1,0,0,*) (0,0,0,*) (0,0,1,*) (1,0,0,*) (1,0,1,*) (0,0,0,*) (0,0,1,*) (1,0,0,*) (1,0,1,*) (2,0,0,*) (0,0,0,*) (0,0,1,*) (1,0,0,*) (1,0,1,*) (2,0,0,*) (2,0,1,*) N/A N/A N/A N/A N/A N/A
N/A N/A N/A N/A N/A N/A
N/A (0,0,0,1) (1,0,0,1) (0,0,0,1) (1,0,0,1) (2,0,0,1) (0,0,0,1) (1,0,0,1) (2,0,0,1) (3,0,0,1) (0,0,0,1) (1,0,0,1) (2,0,0,1) (3,0,0,1) (4,0,0,1) (0,0,0,1) (1,0,0,1) (2,0,0,1) (3,0,0,1) (4,0,0,1) (5,0,0,1) (0,1,0,0) (0,2,0,0) N/A (0,0,0,0) N/A (0,0,0,0) (1,0,0,0) (0,0,0,0) (1,0,0,0) (2,0,0,0) (0,0,0,0) (1,0,0,0) (2,0,0,0) (3,0,0,0) (0,1,0,*) (0,2,0,*) N/A (0,0,0,*) N/A (0,0,0,*) (1,0,0,*) (0,0,0,*) (1,0,0,*) (2,0,0,*) (0,0,0,*) (1,0,0,*) (2,0,0,*) (3,0,0,*) (0,0,0,*) (1,0,0,*) (2,0,0,*) (3,0,0,*) (4,0,0,*) (0,0,0,*) (1,0,0,*) (2,0,0,*) (3,0,0,*) (4,0,0,*) (5,0,0,*) N/A N/A N/A N/A N/A N/A
N/A (0,0,0,0) (1,0,0,0) (0,0,0,0) (1,0,0,0) (2,0,0,0) (0,0,0,0) (1,0,0,0) (2,0,0,0) (3,0,0,0) (0,0,0,0) (1,0,0,0) (2,0,0,0) (3,0,0,0) (4,0,0,0) (0,0,0,0) (1,0,0,0) (2,0,0,0) (3,0,0,0) (4,0,0,0) (5,0,0,0) N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A (0,1,0,*) (0,2,0,*) N/A (0,0,0,*) N/A (0,0,0,*) (1,0,0,*) (0,0,0,*) (1,0,0,*) (2,0,0,*) (0,0,0,*) (1,0,0,*) (2,0,0,*) (3,0,0,*) (0,0,0,*) (1,0,0,*) (2,0,0,*) (3,0,0,*) (4,0,0,*) (0,0,0,*) (1,0,0,*) (2,0,0,*) (3,0,0,*) (4,0,0,*) (5,0,0,*) N/A N/A N/A N/A N/A N/A
N/A N/A N/A N/A N/A N/A
(0,0,1,0) (0,0,0,1) (0,0,1,0) (0,0,0,1) (0,0,1,0) (1,0,0,1) (0,0,0,1) (0,0,1,0) (1,0,0,1) (1,0,1,0) (0,0,0,1) (0,0,1,0) (1,0,0,1) (1,0,1,0) (2,0,0,1) (0,0,0,1) (0,0,1,0) (1,0,0,1) (1,0,1,0) (2,0,0,1) (2,0,1,0) (0,1,0,0) (0,2,0,0) N/A (0,0,0,0) N/A (0,0,0,0) (1,0,0,0) (0,0,0,0) (1,0,0,0) (2,0,0,0) (0,0,0,0) (1,0,0,0) (2,0,0,0) (3,0,0,0) (0,1,0,*) (0,2,0,*) (0,1,1,*) (0,0,0,*) (0,0,1,*) (0,0,0,*) (0,0,1,*) (0,0,0,*) (0,0,1,*) (1,0,0,*) (0,0,0,*) (0,0,1,*) (1,0,0,*) (1,0,1,*) (0,0,0,*) (0,0,1,*) (1,0,0,*) (1,0,1,*) (2,0,0,*) (0,0,0,*) (0,0,1,*) (1,0,0,*) (1,0,1,*) (2,0,0,*) (2,0,1,*) N/A N/A N/A N/A N/A N/A
28 / 38
29 /39
40 41 42 43 44 45 46 47
N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A (0,1,0,*) (0,2,0,*) (0,1,1,*) (0,0,0,*) (0,0,1,*) (0,0,0,*) (0,0,1,*) (0,0,0,*) (0,0,1,*) (1,0,0,*) (0,0,0,*) (0,0,1,*) (1,0,0,*) (1,0,1,*) (0,0,0,*) (0,0,1,*) (1,0,0,*) (1,0,1,*) (2,0,0,*) (0,0,0,*) (0,0,1,*) (1,0,0,*) (1,0,1,*) (2,0,0,*) (2,0,1,*) N/A N/A N/A N/A N/A N/A
N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A (0,1,0,*) (0,2,0,*) N/A (0,0,0,*) N/A (0,0,0,*) (1,0,0,*) (0,0,0,*) (1,0,0,*) (2,0,0,*) (0,0,0,*) (1,0,0,*) (2,0,0,*) (3,0,0,*) (0,0,0,*) (1,0,0,*) (2,0,0,*) (3,0,0,*) (4,0,0,*) (0,0,0,*) (1,0,0,*) (2,0,0,*) (3,0,0,*) (4,0,0,*) (5,0,0,*) N/A N/A N/A N/A N/A N/A
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LTE PRACH参数配置分析
(0)(1)(2)表格中(fRA,tRA,tRA,tRA)的含义如下：
fRA：在prach-FrequencyOffset的基础上指示同一时刻内频分的各个PRACH信道的频
率位置；
(0)tRA?0,1,2：指示PRACH信道的无线帧位置，0为全部无线帧，1为奇数无线帧，2为
偶数无线帧；
(1)tRA?0,1：指示PRACH信道在无线帧的前半帧或后半帧，0为前半帧，1为后半帧；
(2)：指示PRACH信道在“5ms半帧”内的上子帧序号，带*表示在UpPTS上。 tRA2.1.1.2 前导码格式与小区半径的关系
PRACHCP Preamble GTTCP小区中心UE1TSEQTGT小区边缘UE2传输时延△T图12随机接入信号组成
随机接入信号是由CP（长度为TCP）、前导序列（长度为TSEQ）和GT (长度为TGT)三个部分组成，前导序列与PRACH时隙长度的差为GT，用于对抗多径干扰的保护，以抵消传播时延。一般来说较长的序列，能获得较好的覆盖范围，但较好的覆盖范围需要较长的CP和GT来抵消相应的往返时延，即小区覆盖范围越大，传输时延越长，需要的GT越大，为适应不同的覆盖要求，36.211协议规定了五种格式的PRACH 循环前缀长度、序列长度、以及GT长度如下表3。
Preamble格式和小区覆盖范围的关系约束原则为： 小区内边缘用户的传输时延需要在GT内部，才能保证PRACH能正常接收，且不干扰其他的子帧。即需要满足的关系为 TCP?TRTT?TDS，TGT?TRTT
其中，TTCP 为循环前缀CP的长度；
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TGT为保护间隔；
TRTT为最大往返时间。
根据以上关系，可以得到各种格式下所支持小区的最大半径(考虑TDS)如表3： 表3
前导格式 0 1 2 3 4 CP长度(Ts/?s) GT长度 3168/103.13 21024/684.38 6240/203.13 21024/684.38 448/14.583 2976/96.88 15840/515.63 6048/196.88 21984/715.63 288/9.375 TDS(?s) 6.25 16.67 6.25 16.67 5 r(km) 14.53 77.34 29.53 100.16 1.406 具体可以叙述为：
Preamble 格式 0：持续1ms，序列长度800us，适用于小、中型的小区，最大小区半径
14.53km，此格式看满足网络覆盖的多数场景。
Preamble 格式 1：持续2ms，序列长度800us，适用于大型的小区，最大小区半径为
77.34km。
Preamble 格式 2：持续2ms，序列长度1600us，适用于中型小区，最大小区半径为
29.53km。
Preamble 格式 3：持续3ms，序列长度1600us，适用于超大型小区，最大小区半径为
100.16km；一般用于海面、孤岛等需要超长距离覆盖的场景。
Preamble 格式 4： TDD模式专用的格式，持续时间157.292μs（ 2个OFDM符号的突发），
适用于小型小区，小区半径≤1.4km，一般应用于短距离覆盖，特别是密集市区、室内覆盖或热点补充覆盖等场景。它是对半径较小的小区的一种优化，可以在不占用正常时隙资源的情况下，利用很小的资源承载PRACH信道，有助于提高系统上行吞吐量，某种程度上也可以认为有助于提高上行业务信道的覆盖性能。
2.1.1.3 RACH容量选择
这里用一个简单的模型来估计有限的PRACH资源上的竞争随机接入用户的承载数量。设定在某时间间隔T中需要进行随机接入用户数为N（用户数足够大，即用户间），随机接入的资源数为T?m（随机接入的资源数由PRACH的密度决定。m表示每10ms内的preambles
UE码数preambles），用户等概率地选择这些资源中的一个，任一用户A的碰撞概率为pcoll。
用户发生碰撞后，重新进行随机接入时，在这个简单模型中记为一个新用户的接入，则任一
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LTE PRACH参数配置分析
用户A选定资源集（共T?m个资源）中某一资源时，其它用户不和该用户发生碰撞，即其
?T?m?1?它用户都选择其他T?m?1个资源，其概率约为???T?m?其他用户发生碰撞的概率为：
N?1。即用户A不和
时间间隔T内，随机接入的用户数N表示为：
从上式可以看出，一定PRACH密度情况下，目标碰撞概率对所支持的随机接入的用户
UE数需求起决定作用。设定用户可以接受的碰撞概率pcoll=1%（在LTE中，检测到碰撞后就
可以使用回退机制），一个PRACH资源（一个1.08MHz带宽的时频资源）中的64Preambles均用于竞争随机接入m?64，则一个PRACH资源可以接入的用户数
N??64ln?1?0.01??0.6432个。如果一个无线帧（10ms）内有两个PRACH资源（即密
UE度为2），则每秒钟可以接入的用户数为N??100??2?64?ln1?pcoll?128个。这就是LTE
??中期望的典型PRACH负载能力。
下面两幅图是3GPP相关提案中给出的不同RACH负载下的碰撞概率曲线，其中第二幅图是对第一幅图在碰撞概率低于1%时的缩放。途中横坐标表示1s中内发起RACH的总次数（竞争式），纵坐标表示碰撞概率，64signatures表示10ms周期内共有64个preamble可用，128signatures表示共有128个preamble可用。从第一幅图可以看出如果目标碰撞概率设为低于1%，则每10ms128个preamble可以支持200次/s的竞争式随机接入。
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7.00%6.00%5.00 signatures32 signatures3.00d signatures128 signatures4.00%2.00%1.00%0.0001301501701901030507090
进一步考虑将随机接入区分为竞争式的和非竞争式两种情况，为非竞争式随机接入预留preamble。提案R2-070205中给出在假设的话务模型下，小区竞争式随即接入负载和非竞争式随机接入负载随小区覆盖范围内UE数变化而变化的情况，如下图所示。
aRACH load
load for dedicated signatures
虽然预留会导致竞争式的preamble个数的减少，但是由于可以通过分配的方式避免碰撞，preamble的使用效率会得到提升。以7000个UE时非竞争随机接入的负载是68.1
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1000 12.2 9.7
2000 24.4 19.4
3000 36.7 29.2
4000 48.9 38.9
5000 61.1
48.6
6000 73.3 58.3
7000 85.6 68.1
8000
9000 10000
122.2 97.2
97.8 110.0 77.8 87.5