LTE随机接入技术研究.doc

LTE随机接入研究目 录图 表4表 格71 引言81.1 编写目的81.2 预期读者和阅读建议81.3 缩写术语82 技术特征102.1 LTE概述介绍102.2 LTE系统中随机接入过程概要介绍103 有关随机接入相关提案及发展过程介绍和讨论113.1 随机接入的目的113.2 非同步随机接入的时频结构113.2.1 随机接入资源与数据资源的复用方式113.2.2 多个随机接入资源之间的复用方式133.2.3 随机接入资源的传输带宽163.2.4 PRACH携带控制信息的方式18PRACH包长度的选取19超大小区PRACH的考虑21CP长度的确定223.2.8 PRACH发送之前UE需要获取的信息243.2.9 TDD模式随机接入资源设计的考虑24非同步随机接入的前导（Preamble）设计343.3.1 前导（Preamble）序列设计343.3.2 序列的长度353.3.3 Preamble序列的循环移位操作及相关参数的确定363.3.4 Preamble序列顺序和分组的考虑393.4 高速特殊场景的考虑423.5 非同步随机接入流程493.6 非同步随机接入的功率控制513.7 同步随机接入过程543.7.1 同步随机接入设计的考虑与目标543.7.2 同步随机接入的设计543.8 上行同步保持技术564 36.211协议中关于随机接入的Finalization614.1 非同步随机接入时频资源的最终设计614.1.1 FS1（FDD）模式的结构设计614.1.2 FS2（TDD）模式的结构设计：62非同步随机接入前导（Preamble）格式644.1.4 时频结构格式644.2 前导序列Preamble的最终设计694.3 基带信号生成方式725 随机接入相关算法研究745.1 随机接入的相关算法设计745.1.1 随机接入检测之前准备工作74随机接入前导（Preamble）序列检测78对于检测性能影响的因素825.1.4 模块1855.1.5 模块2855.2 上行同步保持算法855.2.1 上行同步保持资源设计介绍855.2.2 上行同步保持检测算法87对于检测性能影响的因素91结论以及建议947 参考文献958 附录988.1 Zadoff-Chu序列特性和性能分析988.1.1 Zadoff-Chu序列自相关属性988.1.2 Zadoff-Chu序列互相关属性998.1.3 Zadoff-Chu序列频域属性1018.1.4 Zadoff-Chu序列对整数倍频偏和采样偏差的影响1018.1.5 Zadoff-Chu序列插值后的属性1028.2 GCL序列特性和性能分析104图 表图表 31 FDM 、TDM 、TDM/FDM随机接入结构（PRACH与数据的分集）812图表 32 CDM随机接入资源结构（PRACH与数据的复用）213图表 33 TDM/FDM模式随机接入资源结构（多个PRACH之间的分集）213图表 34 随机接入模式与RA复杂度、延迟的关系 3214图表 35 Texas Instruments随机接入模式时隙配置 3215图表 36 PRACH频域资源放置位置的设计 3416图表 37 1.25、5.0、20MHz系统能量包络与相应检测门限 5017图表 38 PRACH前导序列带宽与检测性能示意图（AWGN）5017图表 39 PRACH前导序列带宽与检测性能示意图（TU03）5018图表 310 PRACH携带控制信息方案1 518图表 311 PRACH携带控制信息方案2 519图表 312 PRACH携带控制信息方案3 519图表 313 随机接入0.5ms子帧及对应前导（Preamble）设计 819图表 314 NodeB-UE距离与随机接入Preamble长度关系图1120图表 315 随机接入Preamble在多种模式下性能曲线1120图表 316 Panasonic、DoCoMo针对随机接入Preamble结构的提案1121图表 317 RAN-#46Bis随机接入Preamble结构1221图表 318 对于超大小区Preamble结构设计1322图表 319 在低IDFT采样率时CP的插值6423图表 320 在系统采样率时CP的插值6423图表 321 TDD模式帧结构设计5324图表 322 Ericsson针对Frame Structure2（TDD）Middle Burst结构设计2226图表 323 Frame Structure2（TDD）关于PRACH结构设计226图表 324 CATT针对Frame Structure2（TDD）短RACH结构设计2127图表 325 Ericsson针对Frame Structure2（TDD）短RACH结构设计2227图表 326 Ericsson关于TDD多个PRACH配置示意图5829图表 327 ZTE关于TDD模式在不同R值时NodeB的承载图5930图表 328 ZTE关于TDD模式在短PRACH时频资源设置示意图5930图表 329 ZTE关于TDD模式无线帧配置示意图5931图表 330 TDD模式PRACH配置示意图15934图表 331 TDD模式PRACH配置示意图25934图表 332 TDD模式PRACH配置示意图35934图表 333 ZC序列与GCL序列互相关平均归一化结果2035图表 334 有干扰场景下随机接入漏检测概率3136图表 335 随机接入Preamble子载波映射图3136图表 336 小区半径与最大ZC序列数量关系图4538图表 337 Zadoff-Chu序列的CM值4840图表 338 索引调整后Preamble序列CM值与高速场景下可支持小区大小2440图表 339 频偏对Preamble的相关性能影响图11741图表 340 频偏对Preamble的相关性能影响图21842图表 341 抑制频偏限制集合（Restricted Set）基序列与循环移位示意图1943图表 342 限制集合方案对频偏影响的抑制性能1943图表 343 被限制循环移位示例66(N=839, Ncs=40, du=150)44图表 344 被限制循环移位示例66(N=839, Ncs=40, du=150)45图表 345 参考文献66方法得到被限制循环移位示例6746图表 346 参考文献65方法得到被限制循环移位示例6746图表 347 早期在25.814随机接入流程方案设计247图表 348 Motorola关于随机接入流程设计6248图表 349 非同步随机接入流程最终方案设计2648图表 350 非同步随机接入功率控制（固定功率）方案2950图表 351 非同步随机接入功率控制（开环功率控制）方案2951图表 352 非同步随机接入功率控制（基于开环功率递增控制）方案2951图表 353 激活模式下调度请求传输模式2753图表 354 基于竞争机制调度请求性能图2753图表 355 同步随机接入流程图3054图表 356 上行同步保持过程54图表 357 UE信号同步场景描述7255图表 41 非同步随机接入时频资源复用结构图59图表 42 FS2（TDD）模式时频资源复用结构图61图表 43 随机接入前导序列格式362图表 51 随机接入检测预处理方案1（频域）72图表 52 随机接入检测预处理方案2（时域）72图表 53 随机接入检测预处理DDC示意图74图表 54 预处理低通滤波器示意图75图表 55 降采样在频谱上的示意图75图表 56 前导（Preamble）序列频域检测流程图76图表 57 信道检测中Zero-Padding操作示意图177图表 58 信道检测中Zero-Padding操作示意图278图表 59 频域从长度Q补零到长度mQ（m3）的时域对应示意图78图表 510 前导序列检测时域加窗示意图79图表 511 LTE协议RS信号设计示意图83图表 512 RS信号ZC序列扩展示意图84图表 513 上行RS信号UE发射处理示意图85图表 514 上行同步检测流程图85图表 515 上行同步检测FFT与频域加窗操作86图表 516 上行同步检测频域加窗操作86图表 517 上行同步检测频域提取与IFFT模块操作87图表 518 上行同步检测频域补零模块操作88图表 519 短RS序列自相关属性（1RB）91图表 520 短RS序列自相关属性（2RB）91图表 81 Zadoff-Chu序列（N=63,u=33）自相关属性示意图97图表 82 Zadoff-Chu序列（N=63,u=29,33）互相关属性示意图98图表 83 Zadoff-Chu序列（N=839,u=31）插值前后幅度示意图101图表 84 Zadoff-Chu序列（N=839,u=31）2倍插值局部放大示意图102图表 85 Zadoff-Chu序列（N=839,u=31）4倍插值局部放大示意图102表 格表格 31 Motorola关于随机接入时隙的提案3315表格 32 PRACH带宽与性能关系仿真参数5016表格 33 随机接入Preamble不同结构参数比较1120表格 34 关于随机接入前导序列前期的参数6423表格 35 关于随机接入前导序列CP参数设计6424表格 36 关于TDD模式PRACH参数提案545527表格 37 关于TDD模式PRACH在参考文献56中参数27表格 38 TDD模式Ncs参数配置5628表格 39 Ericsson在文献58中给出的TDD模式PRACH配置表5628表格 310 参考文献45中给出的NCS选取方案表4538表格 311 随机接入序列循环偏移待选方案表36 37 3839表格 312 UE信号同步精度评估参数表7156表格 313 UE信号同步精度评估（1% residual BLER场景损失）7156表格 314 TU30场景中95%的Timing估计绝对误差统计（CDF）7757表格 315 TU360场景中95%的Timing估计绝对误差统计（CDF）7757表格 41 随机接入前导序列参数362表格 42 帧结构1随机接入参数配置（前导序列03）363表格 43 帧结构2随机接入参数配置（前导序列04）363表格 44 帧结构2随机接入时频分配参数 364表格 45 帧结构2上下行配置参数366表格 46 Zadoff-Chu序列逻辑根索引与物理根索引对照（前导格式03）367表格 47 Zadoff-Chu序列逻辑根索引与物理根索引对照（前导格式4）368表格 48 随机接入前导序列长度定义370表格 49 随机接入前导序列生成循环移位定义（前导格式03）370表格 410 随机接入前导序列生成循环移位定义（前导格式4）370表格 411 随机接入信号生成基带参数371表格 51 随机接入样预处理信号缓存样点数NSEQ73表格 52 值定义（）389表格 53 值定义（）3901 引言引言提出了对本文档的纵览，帮助读者理解该文档的编写目的，适用的读者，参考资料，术语解释等等。1.1 编写目的简要描述本文档涉及的研究内容和范围，说明本文档编写的目的和意义。1.2 预期读者和阅读建议列举本文档所针对的不同读者，如开发人员、项目经理、测试人员或文档编写人员等，提出适合各类用户的阅读建议。1.3 缩写术语 Density of random access opportunities per radio frame Carrier frequency PRACH resource frequency index within the considered time domain location Uplink bandwidth configuration, expressed in multiples of Resource block size in the frequency domain, expressed as a number of subcarriers Timing offset between uplink and downlink radio frames at the UE, expressed in units of Fixed timing advance offset, expressed in units of Physical resource block number First physical resource block occupied by PRACH resource considered First physical resource block available for PRACH Index for PRACH versions with same preamble format and PRACH density Radio frame indicator index of PRACH opportunity Half frame index of PRACH opportunity within the radio frame Uplink subframe number for start of PRACH opportunity within the half frame Basic time unit Amplitude scaling for PRACH Subcarrier spacing Subcarrier spacing for the random access preamble2 技术特征2.1 LTE概述介绍LTE（Long Term Evolution）是在2004年底的时候，第3代合作伙伴计划（3GPP）开始的关于通用移动通信系统（UMTS）技术的长期演进项目。这个项目是以正交频分复用（OFDM）为核心的技术，与其说是3G的演进，不如说是“革命”，它与UMB、WiMAX以及IEEE的802.20等技术，由于已经具有某些第4代通信技术的特征，甚至可以被看作“准4G”技术1。3GPP启动LTE主要是为了移动通信与宽带无限接入技术的融合。其技术特点主要考虑到如下几个总体目标：ü 降低每Bit成本。ü 扩展业务的提供能力，以更低的成本、更佳的用户体验提供更多的业务。ü 灵活使用现有的和新的频段。ü 简化架构，开放接口。ü 实现合理的终端功耗。同时为了实现LTE要求的高性能，系统架构也不可避免的会发生改变。总结起来为了实现一个高数据率、低延时、为分组业务优化的系统，需要完成以下工作1。ü 在空中接口物理层方面，支持灵活的传输带宽，引入新的传输技术和先进的多天线技术。ü 在空中接口层2/层3方面，对信令设计进行优化。ü 在RAN架构方面，确定优化的RAN架构和RAN网元之间的功能划分。ü 优化RF设计2.2 LTE系统中随机接入过程概要介绍随机接入（Random Access）是UE在开始和网络通信之前的接入过程。随机接入过程可以被分为两种类型：同步随机接入（Synchronized Random Access）和非同步随机接入（Non-synchronized Random Access）。当UE已经和系统取得上行同步时，UE的随即接入过程称为同步随机接入。当UE尚未和系统取得或丢失上行同步时，UE的随机接入过程称为非同步随机接入。由于在进行非同步随机接入时，UE尚未取得精确的上行同步，因此非同步接入区别于同步接入的一个主要特点，就是要估计、调整UE上行发送时钟，将同步误差控制在CP长度以内1。如前面所说随机接入的过程可以被分为两种：ü 非同步随机接入过程ü 同步随机接入过程3 有关随机接入相关提案及发展过程介绍和讨论3.1 随机接入的目的在上行链路中，Node B将负责快速完成对有数据传输业务的UE进行资源调配。为了能够保证上行链路的正交性，就需要对UE发送信号实现频率和时间的同步，而频率同步通常是UE通过下行信号探测和对本振锁定来实现的，对于由Doppler等因素造成残留频偏通常不再做更细致的考虑。而在UE发送数据的时候，Node B可以完成时间同步的测量并通过接收UE数据和发送同步时间提前量给予有效调整。这个提前量主要是用于调整相应的上行传输同步，在上行同步工作完成即实现上行同步后，UE开始进行上行调度请求，一旦该请求得到许可，UE根据调度情况便可以开始真正的上行数据传输了。但是在UE刚刚开启时，由于Node B通常无法获取UE最近的上行信息，因此不能直接完成传输同步。因此这就需要Node B与UE之间通过一个过程（随机接入Random Access）从而建立这种同步关系。当然在上行同步建立完成之前，也需要一个保护时间段（Guard Time），正如WCDMA系统一样。对于非同步随机接入过程主要用于UE上行没有与Node B之间实现同步，或者UE上行链路失去同步的场景。如上所说，E-UTRA中随机接入过程中除了使UE接入本地NodeB网络以外，另一个主要目的就是获得上行时间同步，使其落入到上行CP的区域中。在WCDMA系统中，上行随机接入过程传输数据是非正交的，这样所带来的好处是在随机接入过程中资源的放置没有必要一定是准静态的，但是这样就需要有一个power ramping的过程来抑制UE间的干扰。当随机接入过程中的数据是正交的，我们就从理论上不再需要power ramping的过程，这样我们就可以实现一个快速的随机接入过程4。3.2 非同步随机接入的时频结构3.2.1 随机接入资源与数据资源的复用方式随机接入过程是基于随机接入突发（burst）来实现的，它的时频资源通常是由RRM的配置来控制。对于时频资源的结构曾经有两种建议，一种是通过FDM、TDM或二者结合的方式实现非同步随机接入资源结构，另一种是通过CDM的方式实现非同步随机接入资源的结构2。随机接入通常可以通过在时域中保留一个专门子帧与数据传输完全分开。在下面图表 31中的第一幅图是FDM模式，其中我们可以看到RACH资源与被调度的数据资源使用相同的时间资源，不同的频率资源。第二幅图是TDM模式，我们可以看到RACH资源与数据资源使用了相同的时间资源和不同的频率资源。最后的第三幅图中是FDM/TDM相结合的模式，图中可以看到RACH资源与调度的数据资源在频率和时间上都有复用。图表 31 FDM 、TDM 、TDM/FDM随机接入结构（PRACH与数据的分集）8FDM模式中，RACH将占用系统带宽的一部分。它的优势是可以为用户提供一种持续的接入，这样可以将反应延迟减小到最小。但同时为此付出的代价就是过大的开销，这也是很容易理解的，以至我们通常无法接收这种方法。TDM与TDM/FDM的方式是基于一种假设为前提，即有足够的保护时间带避免小区间的冲突。TDM模式中，并不一定像图中所示一定要占据整个系统带宽，同时可以将频带资源分为多个RACH突发部分。而它所带来的好处很容易看到可以使RACH资源与调度的数据资源保持很好的正交性（数据的OFDM符号长度和PRACH的OFDM符号长度可能会不一致）。TDM/FDM模式可以使在相同的资源开销的情况下有相对较小的反应延迟，但是由于RACH资源可能存在着异步的问题，所以它会对邻近频率的数据资源带来干扰。同时TDM模式（包括这种准正交的TDM/FDM模式）由于其资源的正交性，可以通过使用power ramping（类似WCDMA系统中）的过程，从而在一定程度上弥补了反应延迟的影响。图表 32 CDM随机接入资源结构（PRACH与数据的复用）2在上面图表 32的结构中，随机接入过程使用CDM模式，多个随机接入的时频资源与数据的传输是可以发生冲突的，而接收机则可以通过足够强的接收处理增益提取相关信息。这种模式的益处是RACH可以灵活的配置在时频域资源上。当然所引入的问题很显然就是干扰。通过上面我们对TDM、FDM、TDM/FDM以及CDM方式的介绍，以及有缺点的解释，很容易发现单一的FDM和CDM都并不是我们所希望的方式。而最终的协议中选用的方案是TDM/FDM模式，同时RACH在一个时间段中也并没有占用完整的频域资源（如上所介绍的）。3.2.2 多个随机接入资源之间的复用方式通常为了取得更好的性能，在多个随机接入资源之间也可以通过某种方式达到一定的分集效果。在下面图表 33中我们可以看到每个TRACH-REP的周期中一个子帧用来放置随机接入资源，而TRACH-REP的值则由广播信道通知UE。对于多个随机接入资源的分集方式的也是分为了两个观点，即TDM/FDM与CDM模式。这两种方式与上一节3.2.1中介绍的非常类似。TDM/FDM模式中多个用户的PRACH采用不同的时间和频率资源，CDM则是多个用户之间的PRACH采用不同的正交码资源，而时间和频率资源则是相同的。但是无论随机接入资源采用的是CDM结构还是FDM/TDM结构都有着一个共同点，就是如上一节所说PRACH资源和数据资源是通过FDM/TDM方式划分的。图表 33 TDM/FDM模式随机接入资源结构（多个PRACH之间的分集）2注：上图截取自参考文献2，由于当时对子帧的定义还是0.5ms，所以图中也是0.5ms子帧。在最终的协议方案中，定义为1ms子帧方案，即PRACH也为1ms空隙。上图的例子中，PRACH信道配置在每个10ms无线帧中第一个slot中（最终协议会在一个subframe中）。系统中规划了4个频段用于PRACH传输，UE可以在4个频带中选择一个进行随机接入。上图的示例为UE在前一帧中使用了第1个频段发送PRACH，在后一帧中则使用第3个频段发送。而对于CDM的方式的与上一节的所描述的非常类似，它所带来的好处是，资源的配置方法更为的丰富和灵活，同时可以通过对CDM所需要的序列的设计，来实现更多的需求（如自相关性，互相关性，PAPR值的控制等）。最终协议中是采用的CDM的方式实现的多个用户之间的PRACH复用。但是如果我们将数据资源和PRACH资源的复用与多个用户的PRACH复用方式结合起来看这个复用问题的话，应该认为系统采用的是TDM/FDM和CDM相结合的方式实现整个随机接入资源的复用。关于随机接入资源复用的配置问题（相应参数）：首先在RAN49#bis会议中已经确定PRACH预先定义的slot配置可以有16种（4个Bits），并且每个PRACH的资源间隔可以大于10ms。基于以上前提，TI在文献32中提到RA的处理过程不应该像RA时隙周期（通常10ms）那样的长，要求能够更快的将Message2的消息送给UE，而这依赖于RA的承载情况，同时也影响RA接收机的复杂的。下面图表 34右图中所示相当于时间复用，而左图为频率上复用，而右图会有更小的时间等待延迟和RA接收机复杂度。图表 34 随机接入模式与RA复杂度、延迟的关系 32多小区RA接收机复杂度所依赖的标准依据基本上可以如下：1 最小化在同一子帧中随机接入时隙的数量。2 同一个NodeB的不同的三个小区的随机接入时隙可以区分辨别。3 拥有周期模式（10ms、20ms等）。4 正常的随机接入承载模式中，随机接入的资源与系统基本带宽资源一致：1.25MHz（6RBs）、5.0MHz（25RBs）10.0MHz（50RBs）15.0MHz（75RBs）20.0MHz（100RBs）。图表 35 Texas Instruments随机接入模式时隙配置 32上面图表 35是TI对于随机接入时隙配置的设计参考图，他们在文献32中也给出了一个配置表，后来，Motorola做了相应的修改，最后定为了图下面表格 31中的结果，协议中也是用的相应的结论。表格 31 Motorola关于随机接入时隙的提案33RA slot ConfigurationRA period (sub-frames)RA sub-frames0201120422073101410451076517528539101, 4, 710102, 5, 811103, 6, 912201321141015209同时由于PRACH在频率资源的可选择性，也就引出了另外一个跳频（Hopping）的问题，在参考文献34中对PRACH的频域位置、PRACH跳频周期以及进行了较为详细的分析和比较，最后的结论是关于FDD模式下频域位置，不使用跳频方式（或者说周期为10ms），这主要是考虑跳频实际上并不能带来太大的增益，主要由于PRACH的发送周期间隔已经很长了，同时跳频还会带来更多的信领的开销。并且PRACH频域位置应该邻近于PUCCH的附近，这样可以尽可能的避免对PUSCH的分割，同时有PRACH的信号功率相对比较小，也可以减小对PUCCH的干扰，如下面图表 36。图表 36 PRACH频域资源放置位置的设计 343.2.3 随机接入资源的传输带宽PRACH的前导序列主要用于NodeB对于UE接入的检测以及UE与Node由于距离产生的时间延迟的估计，对于后者则要求至少在1MHz的精确度上。因此我们这个问题将集中在带宽的大小对检测性能的影响程度，主要考虑1.25MHz、2.5MHz、5.0MHz、10MHz、15.0MHz、20.0MHz。下图给出了TI关于这个问题的仿真参数表50。表格 32 PRACH带宽与性能关系仿真参数50Bandwidth (MHz)Block typeFFT sampling rate (MHz)Nb sub-carriersPreamble sampling rate (MHz)RACH preamble durationSW size (samples)Samples (Ns)msLTE1.25Long1.92751.12510240.9119Short381.140.90192.5Long3.841502.2520480.9138Short752.250.91385Long7.683004.540960.9175Short1504.50.917510Long15.36600981920.91150Short30090.9115015Long23.0490013.5122880.91225Short45013.50.9122520Long30.72120018163840.91300Short600180.91300W-CDMA5   3.8440961.0764图表 37 1.25、5.0、20MHz系统能量包络与相应检测门限 50在参考文献50中给出了前导序列在不同带宽系统中的能量包络的理论信噪比以及理论门限值。根据它的推导得出的结论是在Preamble总能量不变的情况下，所占用的带宽越小，在AWGN信道中的性能就越好50（没有分集效果的时候，带宽越小噪声就越小）。下面图表 38的仿真结果也证实了这个结论图表 38 PRACH前导序列带宽与检测性能示意图（AWGN）50图表 39 PRACH前导序列带宽与检测性能示意图（TU03）50上面图表 39给出了衰落信道TU03的仿真结果，在整个仿真的SNR区域2.5MHz的性能相对是比较好的，更大带宽的分集增益只有在更高的SNR区域才体现出其效果。从WCDMA系统的0.999正确检测概率标准看，1.25MHz与5.0MHz只差0.5个dB。因此认为1.25MHz的带宽已经足够了，而可以将其它带宽用于其它的前导序列50。在参考文献51、52中也有一些详细的描述。使用1.25MHz带宽的Preamble带来的另一个好处就是可以使各个带宽场景下LTE系统有一个固定的PRACH带宽，从而使得UE发射端与NodeB接收端处理对各种带宽系统下的复杂度考虑大大降低。3.2.4 PRACH携带控制信息的方式关于该议题的讨论提出的时候，具体由前导（Preamble）所需要携带的具体信息还没准确的确定。对于这个议题的提出有三种方案：图表 310 PRACH携带控制信息方案1 5方案1为Preamble部分只是标识（Signature）序列，所有的控制信息（control information）将通过独立的控制消息部分（control message part）传送。图表 311 PRACH携带控制信息方案2 5方案2为Preamble部分将携带标识序列和一部分的控制信息，剩余控制信息将通过独立的控制消息部分传送。图表 312 PRACH携带控制信息方案3 5方案3是Preamble部分将携带标识序列和所有的控制信息，而独立的控制消息部分则不再需要了。在参考文献6、7中给出了一些仿真结果，在500m和1732m小区间距的场景中，保证漏检概率小于1，则Preamble部分的长度要大于在0.3ms和0.8ms。所以当考虑到覆盖率的问题时，控制消息部分中的bit数也将是严格受到限制的。另外如果在一个TTI中通过一个PRACH携带更多的信息，一般造成低效的反应时间和低效的射频资源的使用。而通常情况下又应该是多个PRACH的存在，从而降低每个PRACH所携带的信息。所以文献5中建议使用第2种或者第3种方案，而最终被协议中所采纳的方法则是第3中方案。3.2.5 PRACH包长度的选取在参考文献8中给出了Preamble序列长度设计的模型已经一些考虑。它是Ericsson基于3.2.1章节中的时频结构复用方式2基础上给出的。TDS ？图表 313 随机接入0.5ms子帧及对应前导（Preamble）设计 8UE发送的Preamble在0.5ms的随机接入子帧中。为了克服上行初时传输过程中时间不同步的问题，需要有足够的保护时间TGP。其中不同步的时间偏差可以通过6.7us/km计算。这样，对于UE与Node B之间为15km的场景，TGP为100us已经足够了，同样Preamble将大约是400us。但是，后来随着小区内要求对于有效ZC序列循环移位的个数的增加，所以在一些较大的小区中对应的最大GP和Preamble的长度都要有所调整。其中Ericsson仍然希望在0.5ms的PRACH的基础上进行有效的扩展，它提出的方式是以0.5ms的PRACH进行整数倍的重复复制10，它认为对于较小的小区，单一的0.5ms的PRACH已经足够了，而对于较大的小区，则需要3个重复即可得到，它的复杂度相对比较低，重复复制的结构比较容易得到。而Panasonic、DoCoMo和IPwireless等公司认为Preamble的0.4ms长度是不够的11，而1ms的preamble可以考虑扩展结构，即重新使用更长的ZC序列生成，而不是用原有的0.4ms的Preamble重复生成。下图是在参考文献11中给出的一个NodeB-UE距离与Preamble长度的关系图。图表 314 NodeB-UE距离与随机接入Preamble长度关系图11注：黑线为天线30m高14dBi的增益；蓝线为天线30m高20dBi的增益；蓝虚线为天线60m高20dBi的增益。上图图表 314中可以清晰的看到0.5ms的Preamble在通常的30m高天线中为有效的覆盖范围在7km的位置，1.0ms的PRACH的有效覆盖范围为1415km。并且Panasonic、DoCoMo在文献11中给出了针对0.5ms、1.0ms以及重复模式和扩展模式下的链路性能仿真结果，如下图。图表 315 随机接入Preamble在多种模式下性能曲线11注：其中Repetition为Preamble重复复制结构；Extension为Preamble序列扩