LTE学习,课题一：随机接入的原理和参数(经典)

1、随机接入随机接入原理原理和参数和参数Prach（物理随机接入）信道对于格式FORMAT0/1/2/3，频域间隔1.25k，占用864个子载波(ZC序列长度839，剩余25个子载波两边保护)。Format4，频域讲7.5k，占用144个子载波（ZC序列139，剩余5个两边保护）。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。频域频域：1.08MHz1.08MHz带宽（带宽（7272个子载波），与个子载波），与PUCCHPUCCH相邻相邻时域时域：位于及普通：位于及普通上行子帧中（上行子帧中（forma

2、t 03format 03）或）或UpPTSUpPTS（format 4format 4） 。每。每10ms10ms无线帧接入无线帧接入0.560.56次，每个次，每个子帧采用频分方式可传输多个随机接入资源。子帧采用频分方式可传输多个随机接入资源。PRACH配置索引（prach-ConfigurationIndex）u 用于指示小区的PRACH配置索引。该参数指示了PRACH的频域资源索引、时域的无线帧、半帧、子帧的资源占用情况。该参数确定后，小区PRACH的时、频资源即可确定，同时也确定了采用的前导格式（047为FORMAT 03，4757为FORMAT4）频率偏移（prach-Freque

3、ncyOffset）u 该参数是指在普通上行子帧PRACH（format 0、1、2、3）所在的第一个物理资源块的索引，该参数的取值影响PRACH信道的频域位置。用来指定PRACH占用的6个PRB中最下面PRB的索引号。u 取值范围：0-94u Prach占用了部分业务信道，是一种开销。放在两端，保证业务信道资源连续。u 各相邻小区之间可以通过配置不同的本参数，将PRACH的频域位置错开，但这样会增加剩余PRB调度的复杂度，目前全网配置相同。Preamble的产生-ZC序列u ZC序列：模值为1，幅度恒定。有较好的自相关性（任何一个相同根序列不同的起点产生的ZC序列，都是相互正交的）和互相关性

4、（任何一个不同根序列产生的ZC序列，也都是相互正交的）。u 频域序列，839个符号对应频域839个子载频（频域：839*1.25khz=1.08M，时域：1/1.25=800ms）u 根序列索引（RootSequenceIndex）:取值范围0-837u 循环移位PrachCS（PRACH cyclic shift）：取值范围0-15；定义了Preamble产生时的移位位数，同时定义了零相关性序列区域及相对应的最大小区半径。u839个根序列逻辑上分成32组：根据随机接入循环偏移Ncs，可以得到生成64个前导序列所需的根序列个数。因此为了减少信令开销，每个小区都选择连续的根序列。当知道第一个根序

5、列，就可以知道其余的根序列。那么在一个小区中只需要广播第一个根序列的编号Logical root sequence number即可。u 在GroupB存在的情况下, 如果所要传输的信息的长度(加上MAC头部, MAC控制单元等)大于 messageSizeGroupA，并且UE能够满足发射功率的条件下, UE就会选择GroupB中的前导序列. 能够满足发射功率的条件下, UE就会选择GroupB中的前导序列。u UE通过选择GroupA或者GroupB里面的前导序列, 可以隐式地通知eNodeB其将要传输的MSG3 的大小， eNodeB可以据此分配相应的上行资源, 从而避免了资源浪费。Pr

6、eamble的分组随机接入-影响小区半径因素小区半径GTCS间隔间隔CPGP小区半径是随机接入小区半径是随机接入PrachPrach配配置、置、PreamblePreamble码生产的主要码生产的主要选择依据。选择依据。随机接入参数组B用来传大数据的msg3，计算组B传输的功率不能大于最大功率，参数：deltaPreambleMsg3。确定RAR响应窗口：ra-ResponseWindowSize；每次preamble不成功后重发增加的功率：powerRampingStepPreamble最大重传次数：preambleTransMax初始功率：preambleInitialReceivedTa

7、rgetPowerPreamble功率偏执：DELTA_PREAMBLEMSG3的HARQ重传次数：maxHARQ-Msg3Tx发送组B的preamble需要用到的功率参数：messagePowerOffsetGroupB等待msg4成功完成的定时器：mac-ContentionResolutionTimer。eNodeB通过广播SIB-2发送RACH-ConfigCommon，告诉UE preamble的分组、Msg 3大小的阈值、功率配置等。UE发起随机接入时，根据可能的Msg 3大小以及pathloss等，选择合适的preamble。随机接入过程 申请上行资源（UE只有通过随机接入过程,

8、 与系统的上行同步以后, 才能够被系统调度来进行上行的传输） 与eNodeB间的上行时间同步从RRC-IDLE状态到RRC-CONNECT的状态转换，即RRC连接过程，如初始接入和TAU更新无线链路失败后的初始接入，即RRC 连接重建过程在RRC-CONNECTED状态，未获得上行同步但需发送上行数据和控制信息或虽未上行失步但需要通过随机接入申请上行资源在RRC-CONNECTED状态，从服务小区切换到目标小区在RRC-CONNECTED状态，未获得上行同步但需接收下行数据在RRC-CONNECTED状态，UE位置辅助定位需要，网络利用随机接入获取时间提前量（TA: Timing Advanc

9、e）竞争接入过程非竞争接入过程随机接入实现的基本功能随机接入的使用场景基于竞争的随机接入（3-1）vUE随机选择preamble码发起vMsg1：发送Preamble码eNB可以选择64个Preamble码中 的部分或全部用于竞争接入Msg1承载于PRACH上vMsg2：随机接入响应Msg2由eNB的MAC层组织，并由DL_SCH承载一条Msg2可同时响应多个UE的随 机接入请求eNB使用PDCCH调度Msg2，并通过RA-RNTI进行寻址，RA-RNTI由承载Msg1的PRACH时频资源位置确定Msg2包含上行传输定时提前量、为Msg3分配的上行资源、临时C-RNTI等vMsg3：第一次调度

10、传输UE在接收Msg2后，在其分配的上行资源上传输Msg3vMsg4：竞争解决u 第一步:随机接入前导序列传输.UE随机选择preamble码发起。UE通过选择GroupA或者GroupB里面的前导序列, 隐式地通知eNodeB其将要传输的MSG3 的大小。eNodeB 通过preambleinitialReceivedTargetPower通知UE其所期待接收到的前导序列功率, UE 根据此目标值和下行的路径损耗, 通过开环功控来设置初始的前导序列发射功率. 下行的路径损耗, 可以通过RSRP (Reference Signal Received Power)的平均来得到，这样可以使得eNo

11、deB 接收到的前导序列功率与路径损耗基本无关, 从而利于NodeB探测出在相同的时间-频率资源上发送的接入前导序列。发送了接入前导序列以后, UE需要监听PDCCH信道,是否存在ENODEB回复的RAR消息。如果初始接入过程失败，但是还没有达到最大尝试次数preambleTransMax，那么UE可以在上次发射功率的基础上, 功率提升powerRampingStep, 来发送此次前导, 从而提高发送成功的机率。u 步骤二: 随机接入响应 (RAR).当eNB检测到UE发送的前导序列，就会在DL-SCH上发送一个响应，包含：检测到的前导序列的索引号、用于上行同步的时间调整信息、初始的上行资源分

12、配(用于发送随后的MSG3), 以及一个临时C-RNTI, 此临时的C-RNTI将在步骤四(冲突解决)中决定是否转换为永久的C-RNTI.RA-RNTI与UE发送前导序列的时频位置一一对应. UE和eNodeB可以分别计算出前导序列对应的RA-RNTI值. UE监听PDCCH信道以RA-RNTI表征的RAR消息, 并解码相应的PDSCH信道, 如果RAR中前导序列索引与UE自己发送的前导序列相同, 那么UE就采用RAR中的上行时间调整信息, 并启动相应的冲突调整过程.在RAR消息中, 还可能存在一个backoff指示, 指示了UE重传前导的等待时间范围. 如果UE在规定的时间范围以内, 没有收

13、到任何RAR消息, 或者RAR消息中的前导序列索引与自己的不符, 则认为此次的前导接入失败. UE 需要推迟一段时间, 才能进行下一次的前导接入. 推迟的时间范围, 就由backoff indictor来指示, UE可以在0 到BackoffIndicator之间随机取值. 这样的设计可以减少UE在相同时间再次发送前导序列的几率。基于竞争的随机接入过程（3-2）u 步骤三: MSG3 发送 (RRC Connection Request).UE接收到RAR消息, 获得上行的时间同步和上行资源. 但此时并不能确定RAR消息是发送给UE自己而不是发送给其他的UE的。由于UE的前导序列是从公共资源中

14、随机选取的, 因此, 存在着不同的UE在相同的时间-频率资源上发送相同的接入前导序列的可能性, 这样, 他们就会通过相同的RA-RNTI接收到同样的RAR。UE需要通过随后的MSG3 和MSG4消息, 来解决这样的随机接入冲突。MSG3是第一条基于上行调度,通过HARQ, 其最大重传次数由maxHARQ-Msg3TX定义. 在初始的随机接入中, MSG3中传输的是RRCConnectionRequest. 如果不同的UE接收到相同的RAR消息, 那么他们就会获得相同的上行资源, 同时发送Msg3消息, 为了区分不同的UE, 在MSG3中会携带一个UE特定的ID,用于区分不同的UE. 在初始接入

15、的情况下, 这个ID可以是UE的S-TMSI(如果存在的话)或者随机生成的一个40位的值。UE在发完MSg3消息后就要立刻启动竞争消除定时器mac-ContentionResolutionTimer（而随后每一次重传消息3都要重启这个定时器）, UE需要在此时间内监听eNodeB返回给自己的冲突解决消息。u 步骤四: 冲突解决消息.如果在mac-ContentionResolutionTimer时间内, UE接收到eNodeB返回的ContentionResolution消息, 并且其中携带的UE ID与自己在Msg3中上报给eNodeB的相符,那么UE就认为自己赢得了此次的随机接入冲突, 随机接入成功， 并将在RAR消息中得到的临时C-RNTI置为自己的C-RNTI。否则的话, UE认为此次接入失败, 并按照上面所述的规则进行随机接入的重传过程。冲突解决消息MSG4, 也是基于HARQ的. 只有赢得冲突的UE才发送ACK值, 失去冲突或无法解码Msg4 的UE不发送任何反馈消息。基于竞争的随机接入过程 （3-3）基于非竞争的随机接入vMsg0：随机接入指示对于切换场景，eNB通过RRC信令通知UE对于下行数据到达和辅助定位场景，eNB通过PDC