LTE随机接入过程总结.docx

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1、精品名师归纳总结随机接入过程一. PRACH1. PRACH的类型可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Preamble format表 1： PRACH类型TSEQ03168 Ts24576Ts121024 Ts24576Ts26240 Ts224576Ts321024 Ts224576TsTCP可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4*448 Ts4096 Ts可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结从表 1 可以看出, Preamble 的类型一共有 4 种,而对于 FDD系统之支持 0、1、2、3 这 4 类

2、Preamble。对于 Preamble format 0 ,在时间上占用一个完整的子帧。对于 Preamble format 1 和 2,在时间上占用两个完整的子帧。对于 Preamble format 3 ,在时间上占用三个完整的子帧。在频域上,Preamble format 03均占用一个 PRB,即 180KHZ 的频带,区分是 Preamble format03 的子载波间隔是 1.25KHZ,并占用864 个子载波, 由于 ZC序列的长度是 839,因此 Preamble format 03 真正占用中间的 839 个子载波传输Preamble,而剩余的 25 个子载波作为两边的爱

3、护带宽。不同类型的 Preamble 有长度不一样的 CP和爱护间隔,小区的掩盖范畴和爱护间隔 GT 有关,具体可参考如下公式：R = GT * C / 2其中, R 为小区半径、 GT为爱护间隔、 C 表示光速。至于不同类型的Preamble对应的小区半径可参考如下：Preamble格式0：连续时间1ms,可支持半径约14km 。Preamble格式1：连续时间2ms,可支持半径约77km 。Preamble格式2：连续时间2ms,可支持半径约29km 。Preamble格式3：连续时间3ms,可支持半径约107km 。2. PRACH的时频位置第一给出 PRACH 的时域位置,协议中由参数

4、prach-ConfigIndex给出,每个prach-ConfigIndex给出了 Preamble的类型、 System framenumberEven/Any 、Subframe number 。具体如表 2 所示：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结而对于 PRACH 的频域位置,协议中由参数RAnPRBoffset确定,它的取值范畴是可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结nN06。RAULPRBoffsetRB可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结表 2： random access configuration for preamble formats

5、 03可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结PRACHConfiguration IndexPreamble FormatSystem framenumberSubframe numberPRACHConfiguration IndexPreamble FormatSystem framenumberSubframe number00Even1322Even110Even4332Even420Even7342Even730Any1352Any140Any4362Any450Any7372Any760Any1, 6382Any1, 670Any2 ,7392Any2 ,780Any3,

6、 8402Any3, 890Any1, 4, 7412Any1, 4, 7100Any2, 5, 8422Any2, 5, 8110Any3, 6, 9432Any3, 6, 9120Any0, 2, 4, 6,442Any0, 2, 4, 6,88130Any1, 3, 5, 7,452Any1, 3, 5, 7,99140Any0, 1, 2, 3,46N/AN/AN/A4, 5, 6, 7,8, 9150Even9472Even9163Even1Even14811493417Even4Even181Even7503Even7191Any1513Any1201Any4523Any4211A

7、ny7533Any7221Any1, 6543Any1, 6231Any2 ,7553Any2 ,7241Any3, 8563Any3, 8251Any1, 4, 7573Any1, 4, 7261Any2, 5, 8583Any2, 5, 8271Any3, 6, 9593Any3, 6, 9281Any0, 2, 4, 6,60N/AN/AN/A8291Any1, 3, 5, 7,61N/AN/AN/A930N/AN/AN/A62N/AN/AN/A可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结311Even9633Even93. Prach 在协议中的配置（ 331 协议）可编辑资料 -

8、 - - 欢迎下载精品名师归纳总结4. PRACH baseband signal generationPRACH的时域波形通过下面的公式生成：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结NZC1 N ZC 12 nkj可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结s tPRACHk 0xu ,vn 0n eN ZCj 2keK k 01 2f RA tTCP可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结其中 xu, v n 是 Preamble 序列。 而 Theuthroot Zadoff-Chu sequence被定义为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结如下式：xu

9、 nunn 1jeNZC,0nNZC1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结如上所述,对于 Preamble format 03 的序列长度请参看协议 36.211 的 Table 5.7.2-4。N ZC 为 839,而对于 u 的取值可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结xu,v n实际上是通过xu n做循环移位生成的,如下式：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结xu,v nxu nCv mod N ZC 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结而 Cv 的运算方式如下式：可编辑资料 - - - 欢迎下

10、载精品名师归纳总结vNCSv0,1,.,NZCN CS1, NCS0for unrestricted sets可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Cv0NCS0for unrestricted sets可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结RARARARARA可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结dstartv nshiftv mod nshift N CSv0,1,., nshift ngroupnshift1for restricted sets可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结从中可以看出,涉及到unrestrictedsets 和 rest

11、rictedsets,这是由协议中的High-Speed-flag确定的,而参数NCS 是由协议参数zeroCorrelationZoneConfig和High-Speed-flag 共同确定的,具体可参考协议36.211 Table5.7.2-2 。仍有一些其它参数,依据下述的一些公式运算：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结p0pduN ZC2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结当 NCSduNZC3 ,就：ndRAshiftuN ZCNCSpotherwise可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结dstart2duRAnshiftN CS可编辑资料 -

12、- - 欢迎下载精品名师归纳总结nRAgroupN ZCdstart可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结nRAshiftmax N ZC2duRAndgroupstart N CS ,0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结当 NZC3du NZCNCS 2 ,就：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结nRAshift N ZC2du N CS可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结dstartnRAgroupN ZCd u2dud startRAnshiftNCS可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归

13、纳总结nRAshiftminmax duRAndgroupstart N CSRA,0 , nshift可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结5. Preamble resource group可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结每个小区有 64 个可用的 Preamble 序列,UE会挑选其中一个在PRACH上传输。这些序列可以分成两部分,一部分用于基于竞争的随机接入,另一部分用于基于非竞争的随机接入。用于基于竞争的随机接入的Preamble 又分为 GroupA 和 GroupB, 这些都是由 SIB2 中的 Rach-ConfigCommon 中下发的。具体可参考图

14、1：图 1： Preamble 分类分组 GroupA 和 GroupB 的缘由是为了增加肯定的先验学问,从而便利ENB 在RAR中给 MSG3 安排适当的上行资源。 假如 UE 认为自己的 MSG3 size比较大（ bigger than the messageSizeGroupA）,并且路损小于一门限, 就 UE挑选 GroupB 的 Preamble,否就挑选 GroupA 的 Preamble。二. 随机接入触发的缘由触发随机接入的大事主要有如下6 类：1. 初始建立无线连接。 （即从 RRC_IDLE态到 RRC_CONNECTE,D或进行 attach ）2. RRC链接重建过程

15、。 （ RRC CONNECTED Re-establishment procedur）e3. 切 换 。（ handover ） 注 意 ： 切 换 有 可 能 是 非 竞 争 或 者 竞 争 随 机 接 入 , 要 看RRC_Reconfiguration 消息里是否携带了Preamble index 和 Prach MaskIndex。4. RRC_CONNECTED态时,上行不同步,此时下行数据到来。5. RRC_CONNECTED态时,上行数据到达,但上行不同步或者在PUCCH上没有可用的 SR资源。6. RRC_CONNECTED态时,需要 time advance 。随机接入又分

16、为基于竞争的和基于非竞争的,基于竞争的应用于上述的前5 类大事, 而基于非竞争的用于第3、4、 6 类大事。三. 随机接入过程可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第一给出基于竞争的随机接入和非竞争随机接入的基本流程,如下图2 图 3：图 2：基于竞争随机接入图 3：基于非竞争的随机接入下面详述随机接入的过程：1. UE 发送 Preamble,即 MSG1UE 要发送 Preamble,需要： 1）挑选 Preamble Index 。2）挑选用于发送 Preamble的 Prach 资源。 3）确定 RA-RNT。I4）确定目标接收功率。1） 确定 Preamble IndexU

17、E会依据 Msg3 size和路损综合挑选用 GroupA 仍是 GroupB 的 Preamble index ,假如之前发生过接入失败,就再次接入时应挑选和第一次发送的Preamble 相同的 Group。对于非竞争接入, ENB通过 RACH-ConfigDedicated可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结中的 ra-PreambleIndex 字段或者 DCI format1A 的 PDCCH的 Preamble Index 字段来设置UE 所使用的 Preamble。需要说明的是, 在某些基于非竞争的随机接入中,假如 ENB 将 Preamble Index 配置为 0

18、,就 UE 依据基于竞争的随机接入,自我挑选Preamble Index 。2） PRACH资源挑选第一, prach-ConfigIndex 确定了在一个无线帧内, 哪些个子帧可以用于send Prach。而 prach Mask Index 指定了此 UE具体用哪个资源,对于prach Mask Index 可以参考表 3：表 3： Prach Mask Index对于非竞争的随机接入,ENB 会通过RACH-ConfigDedicated 中的ra-Prach-MaskIndex 字段或者 DCI format 1A 的 PDCCH的 Prach Mask Index 字段来设置 UE

19、的 MaskIndex ,从而指名了 UE 使用哪些 Prach 资源。 而对于非竞争随机接入如何挑选Prach 的资源, 协议中没有明确指出。 另外, 仍需要留意,假如非竞争的随机接入配置MaskIndex 为 0,就 UE可以任意挑选Prach的时域资源。物理层的 Prach timing 的机制对于 Prach 时域资源的挑选也会有影响, 主要留意如下几类：第一：假如 UE 在子帧 n 接收到 RAR,但是没有一个响应与其发送的preamble 对应,就 UE 应当在不迟于子帧n+5 的时间内重新发送Preamble。其次：假如 UE 在时间窗内没有检测到属于自己的RAR,就 UE 应当

20、在不迟于子帧n+4 的时间内重新发送Preamble。第三：假如随机接入是由PDCCH触发的,就 UE 将在子帧 n+k 算起的第一个可用的 PRACH子帧发送 Preamble,其中 k=2。而在 Mac 层协议中, 假如 UE 没有收到 RAR,就会挑选肯定的子帧推迟发送新的 Preamble,这个是否和物力层协议中相冲突了？此问题和朋朋沟通后,认为由高层触发时,采纳物理层的机制,而由MAC 层触发的时候采纳MAC 的机制。3） 确定 RA-RNTIRA-RNTI的运算方式如下式：RA-RNTI= 1 + t_id+10*f_id可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结其中, t_

21、id 表示 preamble 发送的第一个子帧0=t_id10 ,而 f_id 表示频域位置 f_id6 。对于 FDD,每个子帧只有一个频域资源用来发送Preamble, 因此 f_id 固定为 0。4） Prach 发射功率的确定上面的公式取定了Prach 的发射功率,为 UE在子帧 i 上答应的最大发射功率,而就是 UE 通过小区参考信号测量出的路损,而PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POW（E具R 体请参看 36.321 协议）表示 ENB接收 Preamble 时的期望到达功率。2. UE 接收 RARUE 发送 Preamble 之后,将在 RAR 的时间窗内监听

22、携带RA-RNTI 的 PDCCH,以接收自己的 RAR,假如在时间窗内没有检测到属于自己的RAR,就认为此次随机接入失败。 RAR的时间窗起始于 n+3 子帧,并连续 ra-ResponseWindowSize 个子帧。具体如图 4：图 4： RAR接收时间窗那么 RAR 中会携带什么了, 下面结合 RAR的结构具体说明, 如图 5,为 MAC RAR PDU 的完整结构：图 5： MAC RAR PDU结构从上图可以看出, 该 MAC PDU由一个 MAC 头（MAC header ）+ 0 个或多个 MACRAR（ MAC Random Access Response） + 可能存在的

23、padding 组成。从 MAC PDU 的结构可以看出,假如eNodeB 同一时间内检测到来自多个UE 的随机接入恳求, 就使用一个 MAC PDU就可以对这些接入恳求进行响应,每个随机接入恳求的响应对应一个MAC RAR。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结假如多个 UE 在同一PRACH 资源（时频位置相同,使用同一RA-RNTI）发送preamble ,就对应的 RAR复用在同一 MAC PDU 中。MAC PDU在 DL-SCH上传输,并用以 RA-RNTI加扰的 PDCCH。前面已经介绍过,使用相同时频位置发送preamble 的全部 UE 都监听相同的 RA-RNTI

24、指示的 PDCCH。 MAC header 由一个或多个 MAC subheader 组成。除了 Backoff Indicator subheader外,每个 subheader 对应一个 MAC RAR。假如包含 Backoff Indicator subheader ,就该subheader 只显现一次,且位于MAC header 的第一个 subheader 处。Backoff Indicator subheader 的结构如图 6：图 6： Backoff Indicator subheaderBI（ Backoff Indicator ）指定了 UE 重发 preamble 前需要

25、等待的时间范畴（取值范畴见 36.321 的 7.2 节）。假如 UE 在 RAR 时间窗内没有接收到RAR,或接收到的 RAR 中没有一个 preamble 与自己的相符合,就认为此次RAR接收失败。此时 UE 需要等待一段时间后,再发起随机接入。等待的时间为在0 至 BI 指定的等待时间区间内选取一个随机值。 （注：假如在步骤四中,冲突解决失败,也会有这样的后退机制）RAR subheader 结构如图 7：图 7： RAR subheaderRAPID为 Random Access Preamble IDentifier 的简称,为 eNodeB 在检测 preamble 时得到的 pr

26、eamble index 。假如 UE发觉该值与自己发送preamble 时使用的索引相同, 就认为胜利接收到对应的RAR。RAR的结构如图 8：图 8：RARTC-RNTI用于 UE 和 eNodeB 的后续传输。冲突解决后,该值可能变成C-RNIT。11-bit 的 Timing advance command用于指定 UE 上行同步所需要的时间调整量。具体可以参考36.213 协议。20bitUL grant 指定了安排给msg3 的上行资源。当有上行数据传输时,例如需要解决冲突, eNodeB 在 RAR中安排的 grant 不能小于 56bit 。Gant 的结构如图 9：可编辑资料

27、 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 9： Grant 结构UE 随机挑选一个preamble 用于随机接入,就可能导致多个UE 同时挑选同一PRACH 资源的同一个preamble ,从而导致冲突的显现（使用相同的RA-RNTI 和preamble ,因此仍不确定 RAR是对哪个 UE 的响应）,这时需要一个冲突解决机制来解决这个问题。冲突的存在也是RAR不使用 HARQ的缘由之一。假如 UE 使用专用的 preamble 用于随机接入,就不会有冲突,也就不需要后续的冲突解决处理,随机接入过程也就到此终止了。（基于非竞争的随机接入）假如接入过程失败（即在RAR 窗内没有收到RAR,或者有

28、 RAR 但没有属于自己的 RAR PDU）, UE 需要将 PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER 加 1 （假如此时PREAMBLE_TRANSMISSION_ COUNTER = preambleTransMax ,+ 1就通知上层随机接入 失败）,之后在 0BI 值之间随机挑选一个backoff time , UE 推迟 backoff time 后,再发起随机接入。 对于 Preamble 的发射功率而言, 假如没有达到最大的随机接入尝试次 数 preambleTransMax , 就 UE 将 在 上 次 发 射 功 率 的 基 础 上 , 提 升 功 率pow

29、erRampingStep 来发送下次 preamble ,以提高发射胜利的概率。3. UE 发送 MSG3基于非竞争的随机接入,preamble 是某个 UE 专用的,所以不存在冲突,又由于该 UE 已经拥有在接入小区内的唯独标志C-RNTI,所以也不需要 eNodeB 给它安排C-RNT。I 因此,只有基于竞争的随机接入才需要步骤三和步骤四。之所以称为msg3 而不是某一条具体消息的缘由在于,依据UE 状态的不同和应用场景的不同,这条消息也可能不同,因此统称为msg3,即第 3 条消息。假如 UE在子帧 n 胜利的接收了自己的RAR,就 UE 应当在 n+k 的第一个可用的上行子帧发送ms

30、g3,而对于 FDD系统 k 为 6。需要留意的是,在 RAR 中 UL grant 包含 1bit 的字段 UL delay,假如 delay 为 0,就 UE 会在 n+k 发送 msg3,假如为 1,就UE 会在 n+k 后的下一个子帧发送msg3。msg3 在 UL-SCH上传输, 使用 HARQ,且 RAR中带的 UL grant 指定的用于 msg3的 TB大小至少为 80 比特。msg3 中需要包含一个重要信息：每个 UE唯独的标志。 该标志将用于步骤四的冲突解决。对于处于RRC_CONNECTED态的 UE 来说,其唯独标志是C-RNTI。UE 会通过C-RNTI MAC co

31、ntrol element 将自己的 C-RNTI告知 eNodeB, eNodeB 在步骤四中使用这个 C-RNTI来解决冲突。 C-RNTI MAC control element 如图 10：图 10： C-RNTI MAC control element可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结对于非 RRC_CONNECTED态的 UE 来说, 将使用一个来自核心网的唯独的UE 标志（ S-TMSI 或一个随机数）作为其标志。此时eNodeB 需要先与核心网通信,才能响应 msg3。对于 msg 能携带的消息主要有两类, 一类主要是 UE 要带给 ENB 或者 EPC端的一些信

32、令, 如 RRC ConnectionRequest、handover 相关等。 另一类是用于冲突解决的,比如处于连接态时需要携带C-RNT,I 而处于非连接态时需要携带S-TMSI或者一个由UE 产生的随机数。留意：此时ENB 要用 TC-RNTI加扰的 PDCCH调度 UE。最 后 , 需 要 注 意 的 是 , 在MSG3阶 段 , 协 议 设 计 了 一 个 定 时 器Mac-ContentionResolutionTimer ,当 Mac-ContentionResolutionTimer超时并且仍没有收到 MSG4 时,就认为本次随机接入失败,并择机重新发送Preamble,而当

33、MSG3 显现 HARQ 重传时,此定时器需要复位并重启。最终再总结一下 MSG3 可能会携带的东西,主要包括： C-RNTI MAC Control Element 、BSR MAC Control Element 、PHR MAC Control Element 、仍有一些 RRC消息等。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4. 冲突解决（ ENB 发送 MSG4）关于这个问题,我认为只要关注如下：假如在 MSG3 中携带了 UE 的 C-RNT,I PDCCH,即可以认为冲突解决。此时 UE 只要检测到了用C-RNTI加扰的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结而

34、对 于 MSG3中 携 带 的 是UE 的 一 个 标 识 , 此 时UE 需 要 检 测 到UE Contention Resolution IdentityMAC ControlElement ,并且里面携带的信息要和MSG3中 的 一 下 才 可 以 认 为 冲 突 解 决 , 此 时TC-RNTI 升 级 为 C-RNTI。UE Contention Resolution Identity MAC Control Element如图 11：图 11： UE Contention Resolution Identity MAC Control Element假如冲突解决失败, UE 需要

35、将 PREAMBLE_TRANSMISSION_ COUNTE加R 1（假如此时 PREAMBLE_TRANSMISSION_ COUNTER = preambleTransMax +,就1 通知上层随机接入失败）,之后在 0BI 值之间随机挑选一个backoff time ,UE 推迟 backoff time 后,再发起随机接入。四. 各种可以触发随机接入大事的信令流程触发随机接入过程的大事有6 种,见之前介绍。触发随机接入过程的方式有3 种： 1）PDCCH order 触发。 2）MAC sublayer 触发。 3）上可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结层触发。由 PDC

36、CH order发起的初始随机接入过程（“ initiated by a PDCCH order）只有在”如下场景才会发生： 1） eNodeB 要发送下行数据时,发觉丢失了UE 的上行同步,它会强制UE 重新发起随机接入过程以猎取正确的时间调整量。2）UE定位。这时 eNodeB 会通过特别的 DCIformat 1A告知 UE 需要重新发起随机接入, 并告知 UE 应当使用的Preamble Index 和 PRACH Mask Index。由 PDCCH触发的随机接入的信令流程如下图（两张图,第一张为基于非竞争的,其次张基于竞争的） ：图 12：基于非竞争可编辑资料 - - - 欢迎下载

37、精品名师归纳总结图 13：基于竞争由 MAC sublayer 发起随机接入过程的场景有：UE 有上行数据要发送,但在任意TTI 内都没有可用于发送SR的有效 PUCCH资源。此时上行数据传输的流程变为：1. UE 发送 preamble 。2. eNodeB 回复 RAR, RAR 携带了 UL grant 信息。3. UE 开头发送上行数据。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结什么情形下 UE 可能没有 SR资源了？场景一：从 36.331 可以看出, SchedulingRequestConfig 是一个 UE 级的可选的 I（Eoptional ）,可编辑资料 - - -

38、欢迎下载精品名师归纳总结默认为 release。假如 eNodeB 不给某 UE 配置 SR（这取决于不同厂商的实现） ,就该 UE 只能通过随机接入来猎取UL grant 。因此,是否配置SR主要影响用户面的推迟,并不影响上 行传输的功能！场景二：当 UE 丢失了上行同步,它也会释放SR资源,假如此时有上行数据要发送, 也需要触发随机接入过程。具体的信令流程图如图14 所示：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 14：上行数据要发送时没有SR资源时触发的随机接入流程上层触发的随机接入过程包括：1）初始接入。 2） RRC连接重建。 3）切换。初始接入的随机接入信令流程如图15 所示：图 15：初始接入的随机接入信令流程RRC连接重建的随机接入信令流程如图16 所示：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 16： RRC连接重建的随机接入信令流程HandOver 时的随机接入流程（包括基于竞争的和基于非竞争的）：图 17： HandOver 随机接入的信令流程（基于竞争）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 18：HandOver 随机接入的信令流程（基于非竞争的）可编辑资料 - - - 欢迎下载