LTE随机接入过程

1、LTE随机接入过程1 概述只有上行传输时间严格同步的情况下，LTE UEt会被安排传送上 行数据包，为了达成这个条件， LTE RACH(Ra ndom Access CHa nH信) 道扮演了非常关键的角色，它是不同步的 UE和正交同步的LTE上行 无线接入的接口。2 LTE随机接入的需求在WCDMA网络，RACH的主要作用是初始网络接入和短消息传 送。在LTE网络，RACH仍然用户初始网络接入，但是不再承载任何 用户数据，用户数据全部由PUSCH负责承载。LTE RAC负责帮助UE 实现上行链路的时间同步，它面对的 UE要么还没有获得上行时间同 步，或者丢失了这种时间同步。一旦 UE获得上

2、行链路同步，eNodeB 就可以给它分配上行链路的正交传输资源。RACH的相关场景包括：(1) UE处于RRC_CONNECTE状态，但没有实现上行链路同步。此 时UE打算发送新的上行数据包或者控制信息(比如事件触发的测量 报告)；(2) UE处于RRC_CONNECTE状态，但没有实现上行链路同步。此 时 UE 打算接收新的下行数据包，并且需要在上行链路回复相应的 ACK/NACK言息；(3) UE处于RRC_CONNECTE状态，正从服务小区切换到目标小区；(4) UE正从RRC_IDL状态转换到RRC_CONNECTED态，比如正在 进行初始接入或者位置区更新；(5) UE正从无线链路失

3、败的状态中恢复；上述场景要求LTERACH的时延比较小，同时在低信噪比(SNR 的情况下(比如小区边缘，切换状态等)情况下确保良好的探测概率， 从而使得RACH的覆盖范围与PUSCH和PUCCH基本一致。一次成功的RACH尝试意味着这个UE随后的上行数据包会被插 入其它UE已经被分配好的同步数据包中，这决定了 RACH必须能够 达到所要求的时间估计精度，以及需要的 RACH传输带宽。由于上行 链路使用了循环前缀(CP, LTE RACH只需要估算双向时延，而需要 的RACH带宽也比WCDMA网络少。和WCDMA不同丄TE RAC必须要适应上行链路的同步时频结构， 这样eNodeB就能够避免RA

4、CH和PUSCH/PUCC之间的干扰。同样重 要的是，应该尽可能小地减少 RACH对相邻小区PUSCH/PUCCH信道 的干扰。3 LTE随机接入流程LTE随机接入过程有两种类型：有竞争的随机接入(必然增加碰 撞的风险),和没有竞争的随机接入。在上一章节提到的所有5种场景中，UE都会先初始化一个有竞 争的随机过程。在这个过程中, UE 随机选择一个随机接入前缀标志(preamble sig nature)，为随后的竞争解决过程做准备。 不同的UE有 可能选择相同的前缀标志。在场景 2（新的下行数据）和场景 3（切换）中， eNodeB 可以选 择阻止竞争的发生，方法是为每个 UE 分配一个不同

5、的前缀标志，从 而将接入过程变成没有竞争的随机接入。 没有竞争的随机接入的速度 比有竞争的随机接入快这在切换场景中是非常关键的， 切换过程 对时间非常敏感。和WCDMA网络不同，前缀标志是固定的 64比特的长度。两种 类型的接入过程的使用取决于有多少前缀标志预留给有竞争的随机 接入，有多少前缀标志预留给没有竞争的随机接入。3.1 有竞争的随机接入过程图 1 可以看到，有竞争的随机接入过程包括 4 个步骤：步骤 1：前缀传送步骤 2：随机接入响应步骤 3：层 2/层 3 消息步骤 4：竞争解决消息竞争的随机接入流程尸适用于初始接入UEeNBRandom Access PreambleRandom

6、 Access ResponseSchi.luled Transmission-Contention Resokiticn图1有竞争的随机接入过程3.1.1步骤1:前缀传送UE从（64-Ncf）个PRACH的竞争性前缀标志中选择一个，其中Ncf是eNodeB为无竞争RACH预留的数目。竞争性前缀标志进一步分 成两组，UE从哪个组选择竞争性前缀标志取决于这次 RACH申请需要 的传输资源的大小。eNodeB根据每个组的负荷控制每个组里的前缀 标志的数量。初始前缀的发射功率根据开环估算决定，需要考虑对路径损耗进 行全额补偿，以确保接收到的前缀的功率与路径损耗完全无关，从而帮助eNodeB区分同一块

7、PRACH时频资源内几个同时发生的前缀传输。UE根据下行链路 RSRFpReferenee Signal Received Power平均测量值 估算路径损耗。 eNodeB 可能还需要配置额外的功率偏移，因为需要 考虑目标SINR要求、上行链路分配给 RACH前缀的时频时隙的干扰 和噪声水平，和前缀格式等因素。3.1.2 步骤 2：随机接入响应eNodeB通过PDSCH言道发送随机接入响应(RAR Random Access Responser 并用 RA-RN(TIRandom Access Radio Network Temporary IrD 加以识别， 以识别在哪个时频时隙侦测到了接

8、入前缀。 如果因为几个 UE在相同的前缀时频资源中选择了相同的标志而发生碰撞，这些UE也都会收到 RAR。RAR消息携带的参数包括：侦测到的接入前缀、要求UE同步随后的上行数据包的时间调整指令、 一个用于传送步骤 3中层 3消息的 初始上行资源授予命令，以及系统分配的 C-RNT(I Cell Radio Network Temporary ID)。UE希望在一个时间窗口内收到 RAR这个时间窗口 由eNodeB确定，并通过小区特定的系统信息广播消息发送给UEo如果UE没有在规定的时间窗口收到 RAR则重发前缀。eNodeB 可以设置前缀功率调整斜坡，这样每个重发的前缀的功 率可以根据一个固定

9、的数值增加。然而，由于在LTE网络中，每个随机接入前缀都与其它的上行传输正交，因此不需要向WCDMA网络那 样强调第一个前缀的发射功率必须尽可能地小以减少干扰，即LTE初始随机接入前缀的功率要比WCDMA高，所以初始接入尝试的成功几率比较高，也就是说前缀功率调整斜坡这个功能往往可以省略。3.1.3 步骤 3：层 2/层 3 消息这是调度分配在PUSCH信道的第一个与随机接入相关的消息， 并启用了 HARQ（ Hybrid Automatic Repeat reQuest）机制。这个消息 携带了确定的随机接入过程消息，比如RRC连接请求消息、位置区更 新消息，或者调度请求消息。这个消息还携带了在

10、步骤2的RAR消息中分配的临时C-RNT消息，以及C-RNTI（如果UE处于RRC连接状 态且已经分配有C-RNT）或者一个唯一的48比特UE IB如果在步骤 1发生前缀冲突，这些彼此冲突的 UE就会从RAR消息中获取相同的 临时C-RNTJ于是在用相同的上行链路时频资源发送 L2/L3消息时也 会发生冲突。产生的干扰可能导致这些彼此冲突的UE没有一个能使其上传的数据被解码，这些 UE达到HARQ最大重传次数后，被迫重 新开始随机接入过程。即便有一个 UE被成功解码，其它UE的问题 仍然没有得到解决。 在步骤 4中，相关的下行消息能为这个竞争问题 提供一个快速解决方案。3.1.4 步骤 4：竞

11、争解决消息竞争解决消息是针对C-RNT或者临时C-RNTI的。在后一种情况 下，竞争解决消息回应的是 L2/L3消息中携带的UE ID。竞争解决消 息支持HARQ如果竞争冲突发生之后，有一个 L2/L3消息被成功解 码，则只有那个侦测到自己的 UE 或者C-RNT）的UE才会发HARQ 反馈消息，而其它UE则意识到存在一个冲突，就不会发 HARQ反馈消息，而是尽快结束这次接入过程，并开始一个新的随机接入。 UE 根据接收到的竞争解决消息的三种情况采取不同的行为对策：UE正确解码了消息，并侦测到了自己的ID; UE回一个ACK确 认消息；UE正确解码了消息，并侦测到该消息携带的是其它 UE的ID;UE不回任何消息UE无法解码消息，或者错过了 DL授予；UE不回任何消息3.2 没有竞争的随机接入过程大多数应用场景能够容忍有竞争的随机接入过程固有的轻微时 延，但是有些对时延要求特别苛刻的场景， 比如切换或者下行链路流 量的恢复，却希望尽量规避这种时延。这是就需要为每个 UE分配一 个唯一的前缀标志，不会与其它 UE产生竞争冲突。于是接