LTE随机接入过程总结(完美)

随机接入过程一.PRACH1.PRACH的类型表1：PRACH类型PreambleformatCPTSEQT0s3168Ts24576T1s21024Ts24576T2s6240Ts245762T3s21024Ts245762T4*s448Ts4096T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Preamble。对于Preambleformat0，在时间上占用一个完整的子帧；对于Preambleformat1和2，在时间上占用两个完整的子帧；对于Preambleformat3，在时间上占用三个完整的子帧。在频域上，Preambleformat0~3均占用一个PRB，即180KHZ的频带，区别是Preambleformat0~3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Preambleformat0~3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保护带宽。不同类型的Preamble有长度不一样的CP和保护间隔，小区的覆盖范围和保护间隔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为保护间隔、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：持续时间1ms，可支持半径约14km；Preamble格式1：持续时间2ms，可支持半径约77km；Preamble格式2：持续时间2ms，可支持半径约29km；Preamble格式3：持续时间3ms，可支持半径约107km；2.PRACH的时频位置首先给出PRACH的时域位置，协议中由参数prach-ConfigIndex给出，每个prach-ConfigIndex给出了Preamble的类型、Systemframenumber(Even/Any)、Subframenumber。具体如表2所示：而对于PRACH的频域位置，协议中由参数RAPRBoffsetn确定，它的取值范围是60ULRBRAPRBoffsetNn。表2：randomaccessconfigurationforpreambleformats0~3PRACHConfigurationIndexPreambleFormatSystemframenumberSubframenumberPRACHConfigurationIndexPreambleFormatSystemframenumberSubframenumber00Even1322Even110Even4332Even420Even7342Even730Any1352Any140Any4362Any450Any7372Any760Any1,6382Any1,670Any2,7392Any2,780Any3,8402Any3,890Any1,4,7412Any1,4,7100Any2,5,8422Any2,5,8110Any3,6,9432Any3,6,9120Any0,2,4,6,8442Any0,2,4,6,8130Any1,3,5,7,9452Any1,3,5,7,9140Any0,1,2,3,4,5,6,7,8,946N/AN/AN/A150Even9472Even9161Even1483Even1171Even4493Even4181Even7503Even7191Any1513Any1201Any4523Any4211Any7533Any7221Any1,6543Any1,6231Any2,7553Any2,7241Any3,8563Any3,8251Any1,4,7573Any1,4,7261Any2,5,8583Any2,5,8271Any3,6,9593Any3,6,9281Any0,2,4,6,860N/AN/AN/A291Any1,3,5,7,961N/AN/AN/A30N/AN/AN/A62N/AN/AN/A311Even9633Even93.Prach在协议中的配置（331协议）4.PRACHbasebandsignalgenerationPRACH的时域波形通过下面的公式生成：102102,PRACHZCCPRA210ZCZC)(NkTtfkKkjNnNnkjvueenxts其中)(,nxvu是Preamble序列。而ThethurootZadoff-Chusequence被定义为如下式：10,ZC)1(ZCNnenxNnunju如上所述，对于Preambleformat0~3的序列长度ZCN为839，而对于u的取值请参看协议36.211的Table5.7.2-4。)(,nxvu实际上是通过nxu做循环移位生成的，如下式：)mod)(()(ZC,NCnxnxvuvu而vC的计算方式如下式：CSZCCSCSCSRARARARARAstartshiftshiftCSshiftgroupshift0,1,...,1,0forunrestrictedsets00forunrestrictedsets(mod)forrestrictedsets0,1,...,1vvNvNNNNCdvnvnNvnnn从中可以看出，涉及到unrestrictedsets和restrictedsets，这是由协议中的High-Speed-flag确定的，而参数CSN是由协议参数zeroCorrelationZoneConfig和High-Speed-flag共同确定的，具体可参考协议36.211Table5.7.2-2。还有一些其它参数，按照下述的一些公式计算：otherwise20ZCZCpNNppdu当3ZCCSNdNu，则：0,)2(max2CSstartRAgroupZCRAshiftstartZCRAgroupCSRAshiftstartCSRAshiftNdndNndNnNnddNdnuuu当2)(3CSZCZCNNdNu，则：RAshiftCSstartRAgroupRAshiftstartRAgroupCSRAshiftZCstartCSZCRAshift,0,)(maxmin2)2(nNdndnddnNndNdNdNnuuuu5.Preambleresourcegroup每个小区有64个可用的Preamble序列，UE会选择其中一个在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1：图1：Preamble分类分组GroupA和GroupB的原因是为了增加一定的先验知识，从而方便ENB在RAR中给MSG3分配适当的上行资源。如果UE认为自己的MSG3size比较大（biggerthanthemessageSizeGroupA），并且路损小于一门限，则UE选择GroupB的Preamble，否则选择GroupA的Preamble。二.随机接入触发的原因触发随机接入的事件主要有如下6类：1．初始建立无线连接。（即从RRC_IDLE态到RRC_CONNECTED，或进行attach）2．RRC链接重建过程。（RRCCONNECTEDRe-establishmentprocedure）3．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Preambleindex和PrachMaskIndex。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timeadvance。随机接入又分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类事件，而基于非竞争的用于第3、4、6类事件。三.随机接入过程首先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）选择PreambleIndex；2）选择用于发送Preamble的Prach资源；3）确定RA-RNTI；4）确定目标接收功率。1）确定PreambleIndexUE会根据Msg3size和路损综合选择用GroupA还是GroupB的Preambleindex，如果之前发生过接入失败，则再次接入时应选择和第一次发送的Preamble相同的Group。对于非竞争接入，ENB通过RACH-ConfigDedicated中的ra-PreambleIndex字段或者DCIformat1A的PDCCH的PreambleIndex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，如果ENB将PreambleIndex配置为0，则UE按照基于竞争的随机接入，自我选择PreambleIndex。2）PRACH资源选择首先，prach-ConfigIndex确定了在一个无线帧内，哪些个子帧可以用于sendPrach。而prachMaskIndex指定了此UE具体用哪个资源，对于prachMaskIndex可以参考表3：表3：PrachMaskIndex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DCIformat1A的PDCCH的PrachMaskIndex字段来设置UE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选择Prach的资源，协议中没有明确指出。另外，还需要注意，如果非竞争的随机接入配置MaskIndex为0，则UE可以任意选择Prach的时域资源。物理层的Prachtiming的机制对于Prach时域资源的选择也会有影响，主要注意如下几类：第一：如果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，则UE应该在不迟于子帧n+5的时间内重新发送Preamble。第二：如果UE在时间窗内没有检测到属于自己的RAR，则UE应该在不迟于子帧n+4的时间内重新发送Preamble。第三：如果随机接入是由PDCCH触发的，则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，如果UE没有收到RAR，则会选择一定的子帧延迟发送新的Preamble，这个是否和物力层协议中相矛盾呢？此问题和朋朋交流后，认为由高层触发时，采用物理层的机制，而由MAC层触发的时候采用MAC的机制。3）确定RA-RNTIRA-RNTI的计算方式如下式：RA-RNTI=1+t_id+10*f_id其中，t_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上允许的最大发射功率，而则是UE通过小区参考信号测量出的路损，而PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER（具体请参看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的时间窗内监听携带RA-RNTI的PDCCH，以接收自己的RAR，如果在时间窗内