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LTE隨機接入過程

李曉

目錄物理信道PRACH前導序列的產(chǎn)生MAC層處理

發(fā)送preamble(MSG1)MSG2

MSG3MSG4

物理信道PRACHPRACH結(jié)構(gòu)

19760Tss5120Ts76806592T438425602192263362560024144230402195220480

物理信道PRACHPRACH格式

時頻域資源

對于格式1到3,頻域間隔1.25k,占用864個子載波(ZC序列長度839,剩余25個子載波兩邊保護)。格式4,頻域講7.5k,占用144個子載波(ZC序列139,剩余5個兩邊保護)。

物理信道PRACH

物理信道PRACH時頻位置

對于TDD,格式有4種，和TDD上下行幀劃分和prach-ConfigIndex有關(guān)，見211表Table5.7.1-3。prach-ConfigIndex確定了四元結(jié)構(gòu)體，決定了prach發(fā)送的時頻位置。在211表Table5.7.1-4中配置。其中是頻率資源索引。分別表示資源是否在所有的無線幀，所有的偶數(shù)無線幀，所有的奇數(shù)無線幀上重現(xiàn)。表示隨機接入資源是否位于一個無線幀的前半幀或者后半幀。表示前導碼開始的上行子幀號，其計數(shù)方式為在連續(xù)兩個下行到上行的轉(zhuǎn)換點間的第一個上行子幀作為0進行計數(shù)。但對于前導碼格式4,表示為(*)。

前導序列產(chǎn)生每個基站下有64個preamble序列，怎么產(chǎn)生呢？由規(guī)律根序列號RACH_ROOT_SEQUENCE查表Table5.7.2-4得到物理根序列號。用zeroCorrelationZoneConfig以及highSpeedFlag(假使為高速，則是限制級)查211表格Table5.7.2-2得到循環(huán)位移NCS;用循環(huán)位移NCS與根序列，得到64個preamble序列。1個根序列可能無法生產(chǎn)64個preamle序列，則取下一個根序列繼續(xù)生成，直到得到64個preamble。

MAC層處理流程

MAC層處理觸發(fā)條件RRC信令觸發(fā)。包括切換，初始入網(wǎng)，idle醒來需要做隨機接入。此時沒有C-RNTI,msg3在CCCH中發(fā)送，在msg4中會攜帶msg3的內(nèi)容作為UE標識讓UE知道是否該msg4是針對自己的。UEMAC層觸發(fā)：此時已經(jīng)有了C-RNTI,不是為了入網(wǎng)而是為了2種狀況：a、UE自己發(fā)現(xiàn)好久沒有調(diào)整ultiming了需要重新調(diào)整；b、沒有SR資源但需要BSRPDCCHDCIformart1A觸發(fā)：基站發(fā)現(xiàn)UE的ultiming老不對了,可能是“TimingAdvanceCommandMACControlElement〞老調(diào)整不好了(該方式時相對值調(diào)整),基站復位一下UE的timing調(diào)整參數(shù)(隨機接入的timing調(diào)整時絕對值調(diào)整，做完后應當復位一下相對值參數(shù)，以后用MAC控制元素相對值調(diào)整)?；就ㄟ^1個特別的DCIformat1a告知UE開始隨機接入，該DCI并不分派下行帶寬，只是指示隨機接入。RNTI用C-RNTI加擾；字段“Localized/DistributedVRBassignmentflag〞設(shè)置為0Resourceblockassignment–bits設(shè)置為全1PreambleIndex–6bitsPRACHMaskIndex–4bits剩下的bits全填0。依照是否競爭，又分Contentionbased和Non-contentionbased。非競爭的消息假使PreambleIn

dex(碼索引)填為全0則表示使用競爭的。假使PreambleIndex不為0,但PRACHMaskIndex(時頻資源索引)為0也是可以的，說明碼資源基站單獨分派UE了，但時頻資源UE還是要自己競爭(感覺這樣做很無聊，一般實現(xiàn)應當是都一起分派了吧)。

發(fā)送preamble(MSG1)發(fā)送Preamble先必需得到一些PRACH和RACH的配置參數(shù)，才能發(fā)起隨機接入。確定時頻資源。prach-ConfigIndex確定碼資源。先從RACH_ROOT_SEQUENCE查表確定根序列，zeroCorrelationZoneConfig以及highSpeedFlag確定了循環(huán)位移，則可以從根序列確定64個preamble序列。把這64個序列取一部分(RRC配置numberOfRA-Preambles),取的這部分又分為2組(組A和組B),RRC配置了numberOfRA-Preambles,則組B大小為numberOfRA-Preambles-numberOfRAPreambles。確定功率資源。組B用來傳大數(shù)據(jù)的msg3,但由于RB多了多功率有要求。計算組B傳輸?shù)墓β什荒艽笥谧畲蠊β?，用到參?shù)deltaPreambleMsg3。確定RAR響應窗口ra-ResponseWindowSize;每次preamble不成功后重發(fā)增加的功率。powerRampingStepPreamble最大重傳此時。preambleTransMax初始功率。preambleInitialReceivedTargetPowerPreamble功率偏移。DELTA_PREAMBLEMSG3的HARQ重傳次數(shù)。maxHARQ-Msg3Tx發(fā)送組B的preamble需要用到的功率參數(shù)messagePowerOffsetGroupB等待msg4成功完成的定時器mac-ContentionResolutionTimer。參數(shù)得到后，清空msg3buff,設(shè)置preamble傳輸次數(shù)為1(PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER=1),設(shè)置backoff參數(shù)為0,選擇隨機接入資源。注明：假使已經(jīng)開始了隨機接入，基站又指示開始新的一個，UE選哪個由UE廠家自己決定。

發(fā)送preamble(MSG1)RRC配置參數(shù)

PRACH-ConfigfielddescriptionshighSpeedFlagParameter:High-speed-flag,seeTS36.211,[21,5.7.2].TRUEcorrespondstoRestrictedsetandFALSEtoUnrestrictedset.產(chǎn)生序列時用，假使為高速，則用限制級的序列偏移。prach-ConfigIndexParameter:prach-ConfigurationIndex,seeTS36.211[21,5.7.1].確定時頻位置時用，確定幀號、子幀號、時隙號，即確定時域位置。prach-FreqOffsetParameter:prach-FrequencyOffset,seeTS36.211,[21,5.7.1].ForTDDthevaluerangeisdependentonthevalueofprach-ConfigIndex.確定時頻位置時用，確定頻域位置，相對頂部(或底部)多少個RB。rootSequenceIndexParameter:RACH_ROOT_SEQUENCE,seeTS36.211[21,5.7.1].根序列規(guī)律索引，產(chǎn)生序列時用，zeroCorrelationZoneConfigParameter:NCSconfiguration,seeTS36.211,[21,5.7.2:table5.7.2-2]forpreambleformat0..3andTS36.211,[21,5.7.2:table5.7.2-3]forpreambleformat4.產(chǎn)生序列時用，覺得序列偏移。

發(fā)送preamble(MSG1)mac-ContentionResolutionTimerTimerforcontentionresolutioninTS36.321[6].Valueinsubframes.Valuesf8correspondsto8subframes,sf16correspondsto16subfr

amesandsoon.maxHARQ-Msg3TxMaximumnumberofMsg3HARQtransmissionsinTS36.321[6],usedforcontentionbasedrandomaccess.Valueisaninteger.MSG3的最大HARQ傳輸次數(shù)messagePowerOffsetGroupBThresholdforpreambleselectioninTS36.321[6].ValueindB.Valueminusinfinitycorrespondsto–infinity.ValuedB0correspondsto0dB,dB5correspondsto5dBandsoon.用組B時，UE發(fā)送時功率需要大幾個DBmessageSizeGroupAThresholdforpreambleselectioninTS36.321[6].Valueinbits.Valueb56correspondsto56bits,b144correspondsto144bitsandsoon.用組A時，MSG3的最大的消息大小。numberOfRA-PreamblesNumberofnon-dedicatedrandomaccesspreamblesinTS36.321[6].Valueisaninteger.Valuen4correspondsto4,n8correspondsto8andsoon.Preamble總共的個數(shù)powerRampingStepPowerrampingfactorinTS36.321[6].ValueindB.ValuedB0correspondsto0dB,dB2correspondsto2dBandsoon.UE重發(fā)preamble時，每次功率增加的步長preambleInitialReceivedTargetPowerInitialpreamblepowerinTS36.321[6].ValueindBm.ValuedBm-120correspondsto-120dBm,dBm-118correspondsto-118dBmandsoon.基站期望的目標功率preamblesGroupAConfigProvidestheconfigurationforpreamblegroupinginTS36.321[6].Ifthefieldisnotsignalled,thesizeoftherandomaccesspreamblesgroupA[6]isequaltonumberOfRA-Preambles.符合參數(shù)，包含sizeOfRA-PreamblesGroupA,messageSizeGroupA,messagePowerOffsetGroupB假使沒有該參數(shù)數(shù)目只有組A沒有組B,組A的大小和RA組大小一樣。preambleTransMaxMaximumnumberofpreambletransmissioninTS36.321[6].Valueisaninteger.Valuen3correspondsto3,n4correspondsto4andsoon.Preamble最大發(fā)送次數(shù)ra-ResponseWindowSizeDurationoftheRAresponsewindowinTS36.321[6].Valueinsubframes.Valuesf2correspondsto2subframes,sf3correspondsto3subframesandsoon.UE發(fā)送完preamble后，等待響應的窗口，假使窗口沒有收到響應，認為基站沒有收到。窗口為“發(fā)送完preamble的最終一個子幀+3〞到“發(fā)送完preamble的最終一個子幀+3+ra-ResponseWindowSize〞

發(fā)送preamble(MSG1)ra-PRACH-MaskIndexExplicitlysignalledPRACHMaskIndexforRAResourceselectioninTS36.321[6].非競爭時用，說明時頻位置。

ra-PreambleIndexExplicitlysignalledRandomAccessPreambleforRAResourceselectioninTS36.321[6].非競爭時用，說明UE發(fā)的碼序列索引。

發(fā)送preamble(MSG1)此外還要用到幾個參數(shù)用來算功率與路損的，MAC和PHY用P-Max,終端最大發(fā)送功率，msg3發(fā)送功率的最大值。假使基站sib中配置了就用基站的，否則用36101中規(guī)定的23dbm(不像wimax每個終端的能力可以不一樣，lte是基站告訴UE而不像wimax相反)。referenceSignalPower基站RS發(fā)送功率，用來算路損，發(fā)送msg3betaOffset-CQI-Index:CQI在PUSCH中傳輸時，占的總資

源比例，在基站指定的隨機接入中假使上報CQI就會用到，既用來決定msg3的CQI占用的RE數(shù)，也會用來做msg3的功控。deltaMCS-Enabled:msg3功控時，是否需要針對不同調(diào)制方式做修正。

發(fā)送preamble(MSG1)資源選擇步驟1:選取碼資源RRC假使配置了指定的資源，則用RRC配置的，參數(shù)ra-PreambleIndex為碼索引，ra-PRACH-MaskIndex為時頻位置。當RRC配置了指定的資源(ra-PreambleIndex不全為0),則選擇指定的資源。

假使RRC沒有配置指定的資源，則假使MSG3沒有傳輸過：假使組B存在，且需要傳輸?shù)腗SG3大于messageSizeGroupA,則看組B要求的功率是否滿足，假使?jié)M足則隨機選取組B的碼發(fā)送。判斷條件為：PCMAX–preambleInitialReceivedTargetPower–deltaPreambleMsg3–messagePowerOffsetGroupB0假使MSG3傳輸過，現(xiàn)在重傳，則選取碼組時，和上次一樣。在組B或組A隨機選一個。步驟2:選取時頻資源協(xié)議容許指定碼資源但不指定時頻資源。但不容許指定時頻資源但不知道碼資源。假使非競爭接入，PRACHMaskIndex=ra-PreambleIndex,否則PRACHMaskIndex=0B、參考參數(shù)prach-ConfigIndex與PRACHMaskIndex,ra-PreambleIndex,選取時頻資源假使指定了ra-PreambleIndexd(碼資源)但沒指定時頻資源PRACHMaskIndex,則隨機選擇一個時頻資源。假使碼資源沒有指定，則隨機選擇1個時頻資源，再在該資源后面連續(xù)2幀再選2個資源，最終在這3個資源中幾率均等的選取一個。

發(fā)送preamble(MSG1)功率選擇PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER=preambleInitialReceivedTargetPower+DELTA_PREAMBLE+(PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER–1)*powerRampingStep;可見，發(fā)碼的時候是不用協(xié)議中功控公式的，不需要估計路損等參數(shù)，指示從目標功率開始從最小的一次次往上抬功率。

RAR(MSG2)監(jiān)聽窗口UE第n幀發(fā)完RA后，在n+3到n+3+ra-ResponseWindowSize監(jiān)聽基站的RAR響應。ra-ResponseWindowSize最大為10,假使更大會引起其他傳輸?shù)恼`會。RA-RNTIRAR對應的PDCCH中CRC用RA-RNTI加擾，RA-RNTI=1+t_id+10*f_id。t_id為子幀索引，f_id為子幀內(nèi)的第幾個時頻資源。可見，UE只能解出自己發(fā)送preamble的時頻資源的RAR。

RAR(MSG2)RAR消息頭針對同一個RA-RNTI(時頻資源),可能基站能解出多個碼的preamble,也可能一個也解不出來。基站應當針對所有解出的preamble回一個大RAR消息，該消息包含若干子RAR消息體(每個消息體對應1個RAPID子頭，RAPID是preamble的碼索引),每個消息體針對不同的preamble碼回的。但backoff參數(shù)只有一個在MAC子頭中?；颈匦柙谝粋€MAC包中回所有同一RA-RNTI的RAR。R/T/R/R/BI/subheaderR/T/RAPIDsub-headerR/T/RAPIDsub-headerR/T/RAPIDsub-header

MAChea

der

MACSDU

MACSDU

MACSDU

Padding(opt)

MACpayload

RAR(MSG2)RAR消息體RTimingAdvanceCommandULGrantOct1Oct2Oct3Oct4Oct5Oct6

TimingAdvanceCommand

ULGrantULGrantTemporaryC-RNTITemporaryC-RNTI

Timingadvancecommand:時頻調(diào)整，絕對值調(diào)整，實際調(diào)整量為該IE*16個TsTemporaryC-RNTI:臨時分派的RNTI,傳MSG3時用在傳輸信道加擾用。ULGrant如下：-Hoppingflag–1bit是否跳頻-Fixedsizeresourceblockassignment–10bits轉(zhuǎn)換后可以得到RIV-Truncatedmodulationandcodingscheme–4bits調(diào)制編碼率，213中表Table8.6.1-1的前16行-TPCcommandforscheduledPUSCH–3bits相對功率(實際發(fā)送MSG3時功控公式中參數(shù)為該值加上(PREAM