lte隨機(jī)接入技術(shù)概覽

LTE隨機(jī)接入過程（一）簡(jiǎn)介UE通過隨機(jī)接入過程（RANDOMACCESSPROCEDURE）與CELL建立連接并取得上行同步。只有取得上行同步，UE才能進(jìn)行上行傳輸。隨機(jī)接入的主要目的1）獲得上行同步；2）為UE分配一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)CRNTI。隨機(jī)接入過程通常由以下6類事件之一觸發(fā)見36300的1015節(jié)1初始接入時(shí)建立無線連接（UE從RRC_IDLE態(tài)到RRC_CONNECTED態(tài)）；2RRC連接重建過程（RRCCONNECTIONREESTABLISHMENTPROCEDURE）；3切換（HANDOVER）；4RRC_CONNECTED態(tài)下，下行數(shù)據(jù)到達(dá)（此時(shí)需要回復(fù)ACK/NACK）時(shí)，上行處于“不同步”狀態(tài)；5RRC_CONNECTED態(tài)下，上行數(shù)據(jù)到達(dá)（例需要上報(bào)測(cè)量報(bào)告或發(fā)送用戶數(shù)據(jù)）時(shí)，上行處于“不同步”狀態(tài)或沒有可用的PUCCH資源用于SR傳輸（此時(shí)允許上行同步的UE使用RACH來替代SR）；6RRC_CONNECTED態(tài)下，為了定位UE，需要TIMINGADVANCE。隨機(jī)接入過程還有一個(gè)特殊的用途如果PUCCH上沒有配置專用的SR資源時(shí)，隨機(jī)接入還可作為一個(gè)SR來使用。隨機(jī)接入過程有兩種不同的方式1基于競(jìng)爭(zhēng)（CONTENTIONBASED）應(yīng)用于之前介紹的前5種事件；2基于非競(jìng)爭(zhēng)（NONCONTENTIONBASED或CONTENTIONFREEBASED）只應(yīng)用于之前介紹的3、4、6三種事件。LTE隨機(jī)接入過程（二）PREAMBLE介紹隨機(jī)接入過程的步驟一是傳輸RANDOMACCESSPREAMBLE。PREAMBLE的主要作用是告訴ENODEB有一個(gè)隨機(jī)接入請(qǐng)求，并使得ENODEB能估計(jì)其與UE之間的傳輸時(shí)延，以便ENODEB校準(zhǔn)UPLINKTIMING并將校準(zhǔn)信息通過TIMINGADVANCECOMMAND告知UE。PREAMBLE在PRACH上傳輸。ENODEB會(huì)通過廣播系統(tǒng)信息SIB2來通知所有的UE，允許在哪些時(shí)頻資源上傳輸PREAMBLE。（由PRACHCONFIGINDEX和PRACHFREQOFFSET字段決定，詳見36211的57節(jié)）每個(gè)小區(qū)有64個(gè)可用的PREAMBLE序列，UE會(huì)選擇其中一個(gè)（或由ENODEB指定）在PRACH上傳輸。這些序列可以分成兩部分，一部分用于基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入，另一部分用于基于非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入。用于基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入的PREAMBLE序列又可分為兩組GROUPA和GROUPB（GROUPB可能不存在）。這些配置ENODEB是通過RACHCONFIGCOMMON（SIB2）下發(fā)的。圖RANDOMACCESSPREAMBLES分組GROUPA和GROUPB的原因是為了加入一定的先驗(yàn)信息，以便ENODEB在RAR中給MSG3分配適當(dāng)?shù)纳闲匈Y源。如果UE接入時(shí)估計(jì)后續(xù)的MSG3可能比較大（大于MESSAGESIZEGROUPA），并且路徑損耗PATHLOSS小于PREAMBLEINITIALRECEIVEDTARGETPOWERDELTAPREAMBLEMSG3MESSAGEPOWEROFFSETGROUPB，則使用GROUPB中的PREAMBLE；否則使用GROUPA中的PREAMBLE。這樣ENODEB就能夠根據(jù)收到的PREAMBLE知道該P(yáng)REAMBLE所屬的GROUP，從而了解MSG3的大致資源需求。如果不分組，就應(yīng)采用較高的GRANT配置，可能損失一些上行效率。（關(guān)于PREAMBLE的選擇詳見36321的512節(jié)）GROUPA/B中的PREAMBLE序列本身并沒有太大區(qū)別，只有它們的劃分才是有意義的，用于告訴ENODEB后續(xù)的資源需求。如果UE進(jìn)行的是基于非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入例如非競(jìng)爭(zhēng)下的HANDOVER，使用的PREAMBLE是由ENODEB直接指定的（見36331的RACHCONFIGDEDICATED）。為了避免沖突，此時(shí)使用的PREAMBLE是除GROUPA和GROUPB外的預(yù)留PREAMBLE。簡(jiǎn)單地說ENODEB通過廣播SIB2發(fā)送RACHCONFIGCOMMON，告訴UEPREAMBLE的分組、MSG3大小的閾值、功率配置等。UE發(fā)起隨機(jī)接入時(shí)，根據(jù)可能的MSG3大小以及PATHLOSS等，選擇合適的PREAMBLE。LTE隨機(jī)接入過程（三）PRACH時(shí)頻資源介紹在LTE中，提到信道的時(shí)頻資源時(shí)，通常都會(huì)涉及時(shí)域（SYSTEMFRAME、SUBFRAME、SLOT、SYMBOL、周期）、頻域（起始RB、所占的RB數(shù)，是否跳頻）、循環(huán)移位（CYCLICSHIFT）等。PRACH用于傳輸RANDOMACCESSPREAMBLE。通常ENODEB不會(huì)在預(yù)留給隨機(jī)接入的RB上調(diào)度其它上行數(shù)據(jù)。某小區(qū)可用的PRACH時(shí)頻資源是由SIB2的PRACHCONFIGINDEX和PRACHFREQUENCYOFFSET字段決定的。一旦這兩個(gè)字段決定了，對(duì)接入該小區(qū)的所有UE而言，PREAMBLE的格式（FORMAT）和可選的PRACH時(shí)頻資源就固定了。圖指定PRACH時(shí)頻資源的RRC信令每個(gè)PREAMBLE在頻域上占用6個(gè)連續(xù)RB的帶寬，這正好等于LTE支持的最小上行帶寬。因此，不管小區(qū)的傳輸帶寬有多大，都可以使用相同的RAPREAMBLE結(jié)構(gòu)。小結(jié)頻域上占6個(gè)連續(xù)的RB。PREAMBLE在時(shí)域上的長(zhǎng)度取決于配置。（如下表所示，見36211的571節(jié)）圖不同的PREAMBLE格式從上圖可以看出，不同格式的PREAMBLE在時(shí)域上所占的連續(xù)子幀數(shù)是不一樣的，F(xiàn)ORMAT0占1個(gè)子幀，F(xiàn)ORMAT1和FORMAT2占2個(gè)子幀，F(xiàn)ORMAT3占3個(gè)子幀。不同的PREAMBLE可能有不同CP（CYCLICPREFIX，循環(huán)前綴）。CP越大，對(duì)延遲的容忍度就越大，相應(yīng)的，小區(qū)就可以支持更大的覆蓋范圍。上行TIMING的不確定性正比于小區(qū)半徑，每1KM有大約67S的傳輸延遲（67S/KM）。以PREAMBLEFORMAT0為例，CP長(zhǎng)度為01MS，因此允許的最大小區(qū)半徑為15KM（011000/6715KM）。對(duì)于TDD，還支持額外的PREAMBLE配置FORMAT4。該配置只用于特殊子幀的UPPTS字段，且只支持長(zhǎng)度為或的UPPTS字段（見36211的TABLE421）。由于CP的長(zhǎng)度明顯小于前面介紹的FORMAT03，F(xiàn)ORMAT4只支持覆蓋范圍很小的小區(qū)。小結(jié)時(shí)域上占的連續(xù)的SUBFRAME數(shù)1、2、3、UPPTS；占據(jù)子幀內(nèi)的所有SLOT和所有SYMBOL。配置時(shí)需要考慮小區(qū)的覆蓋范圍以及資源的使用（PREAMBLE越大，可用于傳輸上行數(shù)據(jù)的資源就越少）。前面已經(jīng)介紹了PREAMBLE在時(shí)域和頻域上所占的資源大小，接下來我們來討論P(yáng)REAMBLE在時(shí)域和頻域上的位置。對(duì)FDD而言，只支持PREAMBLEFORMAT03，且每個(gè)子幀至多有一個(gè)PRACH資源，即多個(gè)RA請(qǐng)求只在時(shí)域上存在復(fù)用。36211的TABLE5712指定了FORMAT以及允許傳輸PREAMBLE的子幀配置，這是通過PRACHCONFIGINDEX來指定的。假如UE接收到的PRACHCONFIGINDEX配置為12，則該UE可以選擇任意（ANY）系統(tǒng)幀的（0,2,4,6,8）這5個(gè)子幀中的某一個(gè)來傳輸FORMAT0的PREAMBLE。假如UE接收到的PRACHCONFIGINDEX配置為18，則該UE只能選擇在偶數(shù)（EVEN）系統(tǒng)幀的子幀7來傳輸FORMAT1的PREAMBLE。對(duì)FDD而言，PREAMBLE在頻域上的起始RB（）等于PRACHFREQUENCYOFFSET指定的值（用表示，且滿足條件）。對(duì)TDD而言，每個(gè)子幀可以有多個(gè)PRACH資源，這是因?yàn)門DD中每個(gè)系統(tǒng)幀的上行子幀數(shù)更少，從而要求每個(gè)子幀發(fā)送更多的RA請(qǐng)求。在TDD中，每個(gè)10MS的系統(tǒng)幀內(nèi)至多可發(fā)送6個(gè)RA請(qǐng)求。（見36211的5713的）對(duì)TDD而言，PREAMBLE在時(shí)域上的配置也是通過PRACHCONFIGINDEX來指定的，且對(duì)應(yīng)的表為36211的TABLE5713和TABLE5714。其中表示UE在一個(gè)10MS的系統(tǒng)幀內(nèi)有多少次隨機(jī)接入的機(jī)會(huì)。在協(xié)議中沒有介紹，在網(wǎng)上也看到過說這個(gè)字段沒有用處的，但其出處應(yīng)該是ZTE的提案TIMEFREQUENCYLOCATIONMAPPINGFORTDDPRACH，有興趣的大家可以去研究一下，順便也能夠了解36211的TABLE5713和TABLE5714是如何通過計(jì)算得來的。對(duì)TDD而言，TABLE5714指定了PREAMBLE的時(shí)頻位置。四元組唯一指定一個(gè)特定的隨機(jī)接入資源。指定了PREAMBLE可以選擇在哪些系統(tǒng)幀上發(fā)送（0所有幀；1偶數(shù)幀；2奇數(shù)幀）。指定PREAMBLE是位于前半幀還是后半幀（0前半幀；1后半幀）。指定PREAMBLE起始的上行子幀號(hào)，該子幀號(hào)位于兩個(gè)連續(xù)的DOWNLINKTOUPLINKSWITCHPOINT之間，且從0開始計(jì)數(shù)（見下圖）。FORMAT4是個(gè)例外，其標(biāo)記為。圖PRACH的時(shí)域資源配置（PREAMBLEFORMAT03、TDDCONFIGURATION1）對(duì)于FORMAT4而言，其起始子幀是特殊幀，無配置。這樣，通過PRACHCONFIGINDEX指定的PRACHCONFIGURATIONINDEX，UE就得到了可能的、配置，從而知道可以在哪些子幀上傳輸PREAMBLE。對(duì)于TDD而言，PREAMBLE在頻域上的起始RB是由PRACHCONFIGINDEX和PRACHFREQUENCYOFFSET確定的。通過PRACHCONFIGINDEX查表TABLE5714得到（頻域的偏移，單位是6個(gè)RB），通過PRACHFREQUENCYOFFSET可以得到，再通過如下公式，可以得到FORMAT03的PREAMBLE在頻域上的起始RB從上面的公式可以看出，為了保證單載波的頻域資源連續(xù)性，PRACH的資源分布在上行帶寬的兩端上（“低高頻位置交錯(cuò)”）。起始位置由確定，一般緊挨著PUCCH資源的位置。公式中的數(shù)字6是為了保證PREAMBLE在頻域占6個(gè)連續(xù)的RB。對(duì)于FORMAT4而言，起始RB的計(jì)算公式如下其中是系統(tǒng)幀號(hào)，是該系統(tǒng)幀內(nèi)DLTOULSWITCHPOINT的個(gè)數(shù)。小結(jié)對(duì)于FDD而言，通過PRACHCONFIGINDEX查表TABLE5712得到PREAMBLEFORMAT以及可以用于傳輸PREAMBLE的系統(tǒng)幀和子幀號(hào)，從而確定可選的時(shí)域資源。通過PRACHFREQUENCYOFFSET得到在頻域上的起始RB，從而確定頻域資源（FDD在某個(gè)子幀上只有一個(gè)頻域資源，因此是固定的）。對(duì)于TDD而言，通過PRACHCONFIGINDEX查表TABLE5713和TABLE5714得到PREAMBLEFORMAT以及可以用于四元組，其中、確定時(shí)域上可用于傳輸PREAMBLE的系統(tǒng)幀和子幀號(hào)，從而確定可選的時(shí)域資源。通過PRACHFREQUENCYOFFSET得到，并與共同確定了可選的頻域資源（TDD在某個(gè)子幀上可能存在多個(gè)頻域資源，所以是可選擇的）。UE選擇這些時(shí)頻資源中的哪一個(gè)，是由UE的實(shí)現(xiàn)決定的。對(duì)于第一次發(fā)起隨機(jī)接入（而不是因?yàn)榻尤胧《l(fā)起的PREAMBLE重發(fā)），個(gè)人覺得可以選用時(shí)域上最接近的子幀，而頻域上隨機(jī)選擇一個(gè)資源進(jìn)行傳輸PREAMBLE。對(duì)于由接入失敗而發(fā)起的PREAMBLE重發(fā)，其時(shí)域資源（TIMING）的選擇有點(diǎn)特殊，這會(huì)在后續(xù)的博客中予以介紹。簡(jiǎn)單地說ENODEB通過廣播SIB2發(fā)送PRACHCONFIGINDEX和PRACHFREQUENCYOFFSET，從而確定該小區(qū)可用于傳輸PREAMBLE的時(shí)頻資源集合。UE發(fā)起隨機(jī)接入時(shí)，從中選擇一個(gè)資源發(fā)送PREAMBLE。因?yàn)镋NODEB不知道UE會(huì)在哪個(gè)時(shí)頻資源上發(fā)送PREAMBLE，所以會(huì)在指示的所有PREAMBLE時(shí)頻資源上檢測(cè)并接收PREAMBLE。隨機(jī)接入過程本章節(jié)主要介紹隨機(jī)接入過程的4個(gè)步驟。而在下一章節(jié)中，我會(huì)以信令流程圖的方式將之前介紹過的6種觸發(fā)隨機(jī)接入過程的事件與這4個(gè)步驟結(jié)合起來。言歸正傳，先奉上幾幅圖，然后介紹隨機(jī)接入過程的4個(gè)步驟圖基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入過程圖基于非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入過程圖RACHCONFIGCOMMON步驟一UE發(fā)送PREAMBLEUE發(fā)送RANDOMACCESSPREAMBLE給ENODEB，以告訴ENODEB有一個(gè)隨機(jī)接入請(qǐng)求，同時(shí)使得ENODEB能估計(jì)其與UE之間的傳輸時(shí)延并以此校準(zhǔn)UPLINKTIMING。觸發(fā)隨機(jī)接入過程的方式有以下3種（具體會(huì)在下一章節(jié)介紹）1）PDCCHORDER觸發(fā)ENODEB通過特殊的DCIFORMAT1A告訴UE需要重新發(fā)起隨機(jī)接入，并告訴UE應(yīng)該使用的PREAMBLEINDEX和PRACHMASKINDEX；2）MACSUBLAYER觸發(fā)UE自己選擇PREAMBLE發(fā)起接入；3）上層觸發(fā)如初始接入，RRC連接重建，HANDOVER等。UE要成功發(fā)送PREAMBLE，需要1）選擇PREAMBLEINDEX；2）選擇用于發(fā)送PREAMBLE的PRACH資源；3）確定對(duì)應(yīng)的RARNTI；4）確定目標(biāo)接收功率PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER。1、選擇PREAMBLEINDEX與基于非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入中的PREAMBLEINDEX由ENODEB指定不同，基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入，其PREAMBLEINDEX是由UE隨機(jī)選擇的。UE首先要確定選擇的是GROUPA還是GROUPB中的PREAMBLE。如果存在PREAMBLEGROUPB，且MSG3的大小大于MESSAGESIZEGROUPA，且PATHLOSS小于PREAMBLEINITIALRECEIVEDTARGETPOWERDELTAPREAMBLEMSG3MESSAGEPOWEROFFSETGROUPB，則選擇GROUPB；否則選擇GROUPA。如果之前發(fā)送過MSG3且接入失敗，則再次接入嘗試時(shí)使用的PREAMBLE應(yīng)該與第一次發(fā)送MSG3時(shí)對(duì)應(yīng)的PREAMBLE屬于相同的GROUP。確定了GROUP之后，UE從該GROUP中隨機(jī)選擇一個(gè)PREAMBLE并將PRACHMASKINDEX設(shè)置為0。而對(duì)于基于非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入而言，ENODEB通過為UE分配一個(gè)專用的PREAMBLEINDEX來避免沖突的發(fā)生并指定一個(gè)PRACHMASKINDEX。ENODEB分配PREAMBLEINDEX和PRACHMASKINDEX的方式有兩種1）通過RACHCONFIGDEDICATED的RAPREAMBLEINDEX和RAPRACHMASKINDEX字段設(shè)置（HANDOVER過程）；2）在PDCCHORDER觸發(fā)的隨機(jī)接入中，通過DCIFORMAT1A的PREAMBLEINDEX和PRACHMASKINDEX字段來設(shè)置（下行數(shù)據(jù)到達(dá)或定位）。按理說，既然要使用基于非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入過程，ENODEB分配的PREAMBLEINDEX就不應(yīng)該為0（0是用于基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入的。個(gè)人認(rèn)為此時(shí)不應(yīng)使用GROUPA和GROUPB的任一PREAMBLE，但協(xié)議中只針對(duì)0做了特別說明）。但如果ENODEB分配了0值，則實(shí)際的PREAMBLEINDEX交由UE按照基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入方式選擇PREAMBLE（個(gè)人認(rèn)為這種情況主要針對(duì)ENODEB已經(jīng)沒有可用的非競(jìng)爭(zhēng)PREAMBLE，或ENODEB配置時(shí)根本沒有為非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入預(yù)留PREAMBLE的場(chǎng)景）。2、選擇用于發(fā)送PREAMBLE的PRACH資源基于PRACHCONFIGINDEX、PRACHMASKINDEX以及物理層的TIMING限制，UE會(huì)先確定下一個(gè)包含PRACH的可用子幀。PRACHCONFIGINDEX指定了時(shí)域上可用的PRACH資源。PRACHMASKINDEX定義了某個(gè)UE可以在系統(tǒng)幀內(nèi)的哪些PRACH上發(fā)送PREAMBLE（見36321的TABLE731，值為0表示所有可用的PRACH資源）。在基于非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入中，ENODEB可以通過該MASK直接指定UE在某個(gè)特定的PRACH上發(fā)送PREAMBLE，從而保證不會(huì)與其它UE發(fā)生沖突。以RAPRACHMASKINDEX3為例，查36321的TABLE731可知，對(duì)應(yīng)PRACHRESOURCEINDEX2，即PREAMBLE應(yīng)該在系統(tǒng)幀內(nèi)的第三個(gè)PRACH資源發(fā)送。PRACHRESOURCEINDEX是一個(gè)系統(tǒng)幀內(nèi)的PRACH資源的編號(hào)，從0開始并以PRACH資源在36211的TABLE5712和TABLE5714中出現(xiàn)的先后來排序。（以PRACHCONFIGINDEX12為例，如果是FDD，查36211的TABLE5712可知，只在子幀0,2,4,6,8上存在PRACH資源，則PRACHRESOURCEINDEX2對(duì)應(yīng)子幀4上的PARCH資源；如果是TDD，且UL/DLCONFIGURATION為1，查36211的TABLE5714可知，PRACHRESOURCEINDEX2對(duì)應(yīng)四元組（0,0,1,0）上的PARCH資源）PRACHMASKINDEX可以為0，這說明ENODEB只為UE分配了PREAMBLE，但PRACH資源還需UE自己選擇。物理層的TIMING限制在36213的611中定義如果UE在子幀N接收到一個(gè)RARMACPDU，但對(duì)應(yīng)TB中沒有一個(gè)響應(yīng)與其發(fā)送的PREAMBLE對(duì)應(yīng)，則UE應(yīng)該準(zhǔn)備好在不遲于子幀N5的時(shí)間內(nèi)重新發(fā)送PREAMBLE。如果UE在子幀N沒有接收到一個(gè)RARMACPDU，其中子幀N為RAR窗口的最后一個(gè)子幀，則UE應(yīng)該準(zhǔn)備好在不遲于子幀N4的時(shí)間內(nèi)重新發(fā)送PREAMBLE。如果隨機(jī)接入過程是由PDCCHORDER在子幀N觸發(fā)，則UE將在子幀N算起，第一個(gè)有可用PRACH的子幀中發(fā)送，其中6。至此，已經(jīng)選定PRACH所在的子幀，接下來，我們開始選擇頻域上的位置。在TDD模式且PRACHMASKINDEX為0的情況下如果ENODEB指定了RAPREAMBLEINDEX且其值不為0，則在之前確定的子幀上隨機(jī)選擇一個(gè)PRACH；否則在之前確定的子幀及其后續(xù)的兩個(gè)子幀（共3個(gè)子幀）內(nèi)隨機(jī)選擇一個(gè)PRACH。如果是FDD模式或PRACHMASKINDEX不為0，則根據(jù)PRACHMASKINDEX選擇一個(gè)PRACH。3、確定對(duì)應(yīng)的RARNTIPREAMBLE的時(shí)頻位置決定了RARNTI的值，UE發(fā)送了PREAMBLE之后，會(huì)在RAR時(shí)間窗內(nèi)根據(jù)這個(gè)RARNTI值來監(jiān)聽對(duì)應(yīng)的PDCCH。RARNTI的計(jì)算會(huì)在步驟二中介紹。4、確定目標(biāo)接收功率PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWERPREAMBLE的目標(biāo)接收功率PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER通過下面的公式計(jì)算（見36321的513節(jié)）PREAMBLEINITIALRECEIVEDTARGETPOWERDELTA_PREAMBLEPREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER1POWERRAMPINGSTEP其中PREAMBLEINITIALRECEIVEDTARGETPOWER是ENODEB期待接收到的PREAMBLE的初始功率。DELTA_PREAMBLE與PREAMBLEFORMAT相關(guān)，其值見36321的的TABLE761。而POWERRAMPINGSTEP是每次接入失敗后，下次接入時(shí)提升的發(fā)射功率。而PREAMBLE的實(shí)際發(fā)射功率的計(jì)算公式為其中，是UE在PCELL的子幀I上所配置的最大輸出功率，是UE通過測(cè)量PCELL的CELLSPECIFIC參考信號(hào)得到的下行路徑損耗。步驟二ENODEB發(fā)送RANDOMACCESSRESPONSEUE發(fā)送了PREAMBLE之后，將在RAR時(shí)間窗（RARESPONSEWINDOW）內(nèi)監(jiān)聽PDCCH，以接收對(duì)應(yīng)RARNTI的RAR。如果在此RAR時(shí)間窗內(nèi)沒有接收到ENODEB回復(fù)的RAR，則認(rèn)為此次隨機(jī)接入過程失敗。RAR時(shí)間窗起始于發(fā)送PREAMBLE的子幀（如果PREAMBLE在時(shí)域上跨多個(gè)子幀，則以最后一個(gè)子幀計(jì)算）3個(gè)子幀，并持續(xù)RARESPONSEWINDOWSIZE個(gè)子幀。圖RARESPONSEWINDOW與PREAMBLE相關(guān)聯(lián)的RARNTI通過如下公式計(jì)算RARNTI1T_ID10F_ID其中，T_ID是發(fā)送PREAMBLE的PRACH所在的第一個(gè)子幀號(hào)（0T_ID10），F(xiàn)_ID是在該子幀發(fā)送PREAMBLE的PRACH在頻域上的索引（0F_ID6）。對(duì)于FDD而言，每個(gè)子幀只有一個(gè)PRACH資源，因此F_ID固定為0。（RARNTI的計(jì)算見36321的514節(jié)）某個(gè)UE發(fā)送的PREAMBLE時(shí)頻位置是固定的，ENODEB在解碼PREAMBLE時(shí)，也獲得了該P(yáng)REAMBLE時(shí)頻位置，進(jìn)而知道了RAR中需要使用的RARNTI。接下來，我會(huì)從RANDOMACCESSRESPONSE的MACPDU構(gòu)成的角度來介紹RAR需要攜帶的信息。圖由MAC頭和MACRARS組成的MACPDU從上圖可以看出，該MACPDU由一個(gè)MAC頭（MACHEADER）0個(gè)或多個(gè)MACRAR（MACRANDOMACCESSRESPONSE）可能存在的PADDING組成。從MACPDU的結(jié)構(gòu)可以看出，如果ENODEB同一時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到來自多個(gè)UE的隨機(jī)接入請(qǐng)求，則使用一個(gè)MACPDU就可以對(duì)這些接入請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)，每個(gè)隨機(jī)接入請(qǐng)求的響應(yīng)對(duì)應(yīng)一個(gè)MACRAR。如果多個(gè)UE在同一PRACH資源（時(shí)頻位置相同，使用同一RARNTI）發(fā)送PREAMBLE，則對(duì)應(yīng)的RAR復(fù)用在同一MACPDU中。MACPDU在DLSCH上傳輸，并用以RARNTI加擾的PDCCH。前面已經(jīng)介紹過，使用相同時(shí)頻位置發(fā)送PREAMBLE的所有UE都監(jiān)聽相同的RARNTI指示的PDCCH。圖E/T/RAPIDSUBHEADER圖E/T/R/R/BISUBHEADER（BACKOFFINDICATORSUBHEADER）圖MACRARMACHEADER由一個(gè)或多個(gè)MACSUBHEADER組成。除了BACKOFFINDICATORSUBHEADER外，每個(gè)SUBHEADER對(duì)應(yīng)一個(gè)MACRAR。如果包含BACKOFFINDICATORSUBHEADER，則該SUBHEADER只出現(xiàn)一次，且位于MACHEADER的第一個(gè)SUBHEADER處。BI（BACKOFFINDICATOR）指定了UE重發(fā)PREAMBLE前需要等待的時(shí)間范圍（取值范圍見36321的72節(jié)）。如果UE在RAR時(shí)間窗內(nèi)沒有接收到RAR，或接收到的RAR中沒有一個(gè)PREAMBLE與自己的相符合，則認(rèn)為此次RAR接收失敗。此時(shí)UE需要等待一段時(shí)間后，再發(fā)起隨機(jī)接入。等待的時(shí)間為在0至BI指定的等待時(shí)間區(qū)間內(nèi)選取一個(gè)隨機(jī)值。（注如果在步驟四中，沖突解決失敗，也會(huì)有這樣的后退機(jī)制）值得需要注意的是BI指定的UE重發(fā)PREAMBLE前需要等待的時(shí)間可能與前面介紹的物理層TIMING存在沖突。（具體如何選擇發(fā)送PREAMBLE的子幀，取決于UE的實(shí)現(xiàn)，協(xié)議中并沒有給出答案我只在一篇文章中有相關(guān)介紹，大家可以參考一下，見LTE隨機(jī)接入很全DOCX）BI的取值從側(cè)面反映了小區(qū)的負(fù)載情況，如果接入的UE多，則該值可以設(shè)置得大些；如果接入的UE少，該值就可以設(shè)置得小些。RAPID為RANDOMACCESSPREAMBLEIDENTIFIER的簡(jiǎn)稱，為ENODEB在檢測(cè)PREAMBLE時(shí)得到的PREAMBLEINDEX。如果UE發(fā)現(xiàn)該值與自己發(fā)送PREAMBLE時(shí)使用的索引相同，則認(rèn)為成功接收到對(duì)應(yīng)的RAR。11BIT的TIMINGADVANCECOMMAND用于指定UE上行同步所需要的時(shí)間調(diào)整量。（這里不做詳細(xì)描述，可能的話，以后會(huì)做一下上行同步的介紹。感興趣的，可以看36213的52節(jié)）20BITULGRANT指定了分配給MSG3的上行資源。當(dāng)有上行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，例如需要解決沖突，ENODEB在RAR中分配的GRANT不能小于56BIT。圖20BITULGRANT關(guān)于RAR里20BITULGRANT的詳細(xì)說明，參見36213的62節(jié)。在隨機(jī)接入過程中，如果用于同一PREAMBLEGROUP的RAR中ULGRANT指定的資源大小與隨機(jī)接入過程中第一次分配的ULGRANT不同，則UE的行為是未定義，換句話說，就不應(yīng)該出現(xiàn)這種情況。TCRNTI用于UE和ENODEB的后續(xù)傳輸。沖突解決后，該值可能變成CRNIT。UE隨機(jī)選擇一個(gè)PREAMBLE用于隨機(jī)接入，就可能導(dǎo)致多個(gè)UE同時(shí)選擇同一PRACH資源的同一個(gè)PREAMBLE，從而導(dǎo)致沖突的出現(xiàn)（使用相同的RARNTI和PREAMBLE，因此還不確定RAR是對(duì)哪個(gè)UE的響應(yīng)），這時(shí)需要一個(gè)沖突解決機(jī)制來解決這個(gè)問題。沖突的存在也是RAR不使用HARQ的原因之一。如果UE使用專用的PREAMBLE用于隨機(jī)接入，則不會(huì)有沖突，也就不需要后續(xù)的沖突解決處理，隨機(jī)接入過程也就到此結(jié)束了。（基于非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入）如果接入過程失敗，且未達(dá)到最大的隨機(jī)接入嘗試次數(shù)PREAMBLETRANSMAX，則UE將在上次發(fā)射功率的基礎(chǔ)上，提升功率POWERRAMPINGSTEP來發(fā)送下次PREAMBLE，以提高發(fā)射成功的概率。簡(jiǎn)單地說UE通過RAR所帶的RARNTI和PREAMBLEINDEX來確定是否成功接收到自己想要的RAR，然后再進(jìn)行后續(xù)處理。LTE隨機(jī)接入過程（五）隨機(jī)接入過程（續(xù)）步驟三UE發(fā)送MSG3基于非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入，PREAMBLE是某個(gè)UE專用的，所以不存在沖突；又因?yàn)樵揢E已經(jīng)擁有在接入小區(qū)內(nèi)的唯一標(biāo)志CRNTI，所以也不需要ENODEB給它分配CRNTI。因此，只有基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入才需要步驟三和步驟四。之所以稱為MSG3而不是某一條具體消息的原因在于，根據(jù)UE狀態(tài)的不同和應(yīng)用場(chǎng)景的不同，這條消息也可能不同，因此統(tǒng)稱為MSG3，即第3條消息。如果UE在子幀N成功地接收了自己的RAR，則UE應(yīng)該在N（其中6）開始的第一個(gè)可用上行子幀（對(duì)于FDD而言，就是N6；對(duì)于TDD而言，N6可能不是上行子幀，所以可能6）發(fā)送MSG3。RAR所帶的ULGRANT中包含一個(gè)1BIT的字段ULDELAY，如果該值為0，則N為第一個(gè)可用于MSG3的上行子幀；如果該值為1，則UE會(huì)在N之后的第一個(gè)可用上行子幀來發(fā)送MSG3。（見36213的611節(jié)）正常的上行傳輸是在收到ULGRANT之后的4個(gè)子幀發(fā)送上行數(shù)據(jù)，其ULGRANT在PDCCH中傳輸。但對(duì)于MSG3來說，是在收到RAR之后的6個(gè)子幀上傳輸，這是因?yàn)镽AR（包含MSG3的ULGRANT）是在PDSCH而不是PDCCH中傳輸，所以UE需要更多的時(shí)間去確定ULGRANT、傳輸格式等。MSG3在ULSCH上傳輸，使用HARQ，且RAR中帶的ULGRANT指定的用于MSG3的TB大小至少為80比特。MSG3中需要包含一個(gè)重要信息每個(gè)UE唯一的標(biāo)志。該標(biāo)志將用于步驟四的沖突解決。對(duì)于處于RRC_CONNECTED態(tài)的UE來說，其唯一標(biāo)志是CRNTI。對(duì)于非RRC_CONNECTED態(tài)的UE來說，將使用一個(gè)來自核心網(wǎng)的唯一的UE標(biāo)志（STMSI或一個(gè)隨機(jī)數(shù)）作為其標(biāo)志。此時(shí)ENODEB需要先與核心網(wǎng)通信，才能響應(yīng)MSG3。當(dāng)UE處于RRC_CONNECTED態(tài)但上行不同步時(shí)，UE有自己的CRNTI，在隨機(jī)接入過程的MSG3中，UE會(huì)通過CRNTIMACCONTROLELEMENT將自己的CRNTI告訴ENODEB，ENODEB在步驟四中使用這個(gè)CRNTI來解決沖突。圖CRNTIMACCONTROLELEMENT當(dāng)UE在隨機(jī)接入過程中使用上行CCCH來發(fā)送MSG3消息時(shí)，UE還沒有CRNTI，此時(shí)UE會(huì)使用來自核心網(wǎng)的UE標(biāo)志（STMSI或一個(gè)隨機(jī)數(shù)）。步驟四中，ENODEB會(huì)通過發(fā)送UECONTENTIONRESOLUTIONIDENTITYMACCONTROLELEMENT（攜帶了這個(gè)UE標(biāo)志）來解決沖突。注意UECONTENTIONRESOLUTIONIDENTITYMACCONTROLELEMENT是在步驟四中使用的。圖UECONTENTIONRESOLUTIONIDENTITYMACCONTROLELEMENT與隨機(jī)接入的觸發(fā)事件對(duì)應(yīng)起來，MSG3攜帶的信息如下1、如果是初次接入（INITIALACCESS），MSG3為在CCCH上傳輸?shù)腞RCCONNECTIONREQUEST，且至少需要攜帶NASUE標(biāo)志信息。2、如果是RRC連接重建（RRCCONNECTIONREESTABLISHMENT），MSG3為CCCH上傳輸?shù)腞RCCONNECTIONREESTABLISHMENTREQUEST，且不攜帶任何NAS消息。3、如果是切換（HANDOVER），MSG3為在DCCH上傳輸?shù)慕?jīng)過加密和完整性保護(hù)的RRCHANDOVERCONFIRM，必須包含UE的CRNTI，且如果可能的話，需要攜帶BSR。4、對(duì)于其它觸發(fā)事件，則至少需要攜帶CRNTI。上行傳輸通常使用UE特定的信息，如CRNTI，對(duì)ULSCH的數(shù)據(jù)進(jìn)行加擾。但由于此時(shí)沖突還未解決，UE也還沒有被分配最終的標(biāo)志，所以加擾不能基于CRNTI，而只能使用TCRNTI。步驟四ENODEB發(fā)送CONTENTIONRESOLUTION在步驟三中已經(jīng)介紹過，UE會(huì)在MSG3有攜帶自己唯一的標(biāo)志CRNTI或來自核心網(wǎng)的UE標(biāo)志（STMSI或一個(gè)隨機(jī)數(shù)）。ENODEB在沖突解決機(jī)制中，會(huì)在MSG4（我們把步驟四的消息稱為MSG4）中攜帶該唯一的標(biāo)志以指定勝出的UE。而其它沒有在沖突解決中勝出的UE將重新發(fā)起隨機(jī)接入。UE發(fā)送了MSG3后，會(huì)啟動(dòng)一個(gè)MACCONTENTIONRESOLUTIONTIMER，或在MSG3的HARQ重傳時(shí)，重啟MACCONTENTIONRESOLUTIONTIMER。在該TIMER超時(shí)或停止之前，UE會(huì)一直監(jiān)聽PDCCH。如果UE監(jiān)聽到了PDCCH，且它在MSG3中帶了CRNTIMACCONTROLELEMENT，則在以下2種情況下，UE認(rèn)為沖突解決成功（即該UE成功接入，此時(shí)UE會(huì)停止MACCONTENTIONRESOLUTIONTIMER，并丟棄TCRNTI。注意這2種情況下TCRNTI不會(huì)提升為CRNTI）1）隨機(jī)接入過程由MAC子層觸發(fā)，且UE在MSG4中接收到的PDCCH由MSG3帶的CRNTI加擾，并給新傳的數(shù)據(jù)分配了上行資源；2）隨機(jī)接入過程由PDCCHORDER觸發(fā)，且UE在MSG4中接收到的PDCCH由MSG3帶的CRNTI加擾。如果MSG3在CCCH發(fā)送，且在MSG4中接收到的PDCCH由RAR中指定的TCRNTI加擾，則當(dāng)成功解碼出的MACPDU中包含的UECONTENTIONRESOLUTIONIDENTITYMACCONTROLELEMENT與MSG3發(fā)送的CCCHSDU匹配時(shí)，UE會(huì)認(rèn)為隨機(jī)接入成功并將自己的CRNTI設(shè)置成TCRNTI。（只要成功解碼MACPDU，就停止MACCONTENTIONRESOLUTIONTIMER，并不需要等待沖突解決成功。注意這種情況下TCRNTI會(huì)提升為CRNTI）如果MACCONTENTIONRESOLUTIONTIMER超時(shí)，UE會(huì)丟棄TCRNTI并認(rèn)為沖突解決失敗。如果沖突解決失敗，UE需要1）清空MSG3對(duì)應(yīng)的HARQBUFFER；2）將PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER加1，如果此時(shí)PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTERPREAMBLETRANSMAX1，則通知上層隨機(jī)接入失??；3）在0BI值之間隨機(jī)選擇一個(gè)BACKOFFTIME，UE延遲BACKOFFTIME后，再發(fā)起隨機(jī)接入；如果UE接入成功，UE會(huì)1）如果收到RAPREAMBLEINDEX和RAPRACHMASKINDEX，則丟棄；2）清空MSG3對(duì)應(yīng)的HARQBUFFER。對(duì)于MSG4而言，也使用HARQ，但不需要與MSG3同步。從前面的介紹可以看出，對(duì)于初始接入和無線鏈路失效而言，使用TCRNTI加擾，且使用RLCTM模式；而對(duì)處于RRC_CONNECTED態(tài)的UE而言，使用CRNTI加擾。簡(jiǎn)單地說1）如果UE原本就處于RRC_CONNECTED態(tài)，則該UE在小區(qū)內(nèi)有唯一的標(biāo)志CRNTI。步驟三中，MSG3會(huì)通過CRNTIMACCONTROLELEMENT把這個(gè)CRNTI帶給ENODEB；步驟四中，如果此UE在沖突解決中勝出，ENODEB就使用這個(gè)CRNTI對(duì)PDCCH進(jìn)行加擾。UE收到以此CRNTI加擾的PDCCH，就知道自己接入成功了。2）如果UE原本不處于RRC_CONNECTED態(tài)，則該UE在小區(qū)內(nèi)不存在CRNTI，其唯一標(biāo)志就是來自核心網(wǎng)（STMSI或一個(gè)隨機(jī)數(shù)）。步驟三中，MSG3會(huì)將該唯一標(biāo)志帶給ENODEB；步驟四中，如果此UE在沖突解決中勝出，ENODEB會(huì)通過UECONTENTIONRESOLUTIONIDENTITYMACCONTROLELEMENT將步驟三中接收到的信息發(fā)回給UE，UE比較MSG3和MSG4，發(fā)現(xiàn)二者匹配，就知道自己接入成功了。附在36321中，介紹到一個(gè)字段PREAMBLETRANSMAX，該字段指定了PREAMBLE的最大傳輸次數(shù)。當(dāng)UE發(fā)送的PREAMBLE數(shù)超過PREAMBLETRANSMAX時(shí)，協(xié)議要求MAC層發(fā)送一個(gè)RANDOMACCESSPROBLEM到上層（通常是RRC層），但MAC層并不會(huì)停止發(fā)送PREAMBLE。也就是說，MAC層被設(shè)計(jì)成“無休止”地發(fā)送PREAMBLE，而出現(xiàn)“UE發(fā)送的PREAMBLE數(shù)超過PREAMBLETRANSMAX”時(shí)如何處理是由上層（RRC層）決定的。有一篇文章（分2部分）詳細(xì)介紹了如何處理這種情況，大家可以參考一下RANDOMACCESSSUPERVISIONPART1和RANDOMACCESSSUPERVISIONPART2。LTE隨機(jī)接入過程（六）隨機(jī)接入過程各種觸發(fā)事件下的信令流本文主要介紹各種觸發(fā)事件是如何觸發(fā)隨機(jī)接入過程的，主要以信令流程圖的方式予以說明。大家需要將本章節(jié)的內(nèi)容和之前的博客結(jié)合起來看，才能更深刻地理解隨機(jī)接入過程。觸發(fā)隨機(jī)接入過程的事件有6種，見之前介紹。觸發(fā)隨機(jī)接入過程的方式有3種1）PDCCHORDER觸發(fā)；2）MACSUBLAYER觸發(fā)；3）上層觸發(fā)。由PDCCHORDER發(fā)起的初始隨機(jī)接入過程（“INITIATEDBYAPDCCHORDER”）只有在如下場(chǎng)景才會(huì)發(fā)生1）ENODEB要發(fā)送下行數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)丟失了UE的上行同步，它會(huì)強(qiáng)制UE重新發(fā)起隨機(jī)接入過程以獲取正確的時(shí)間調(diào)整量；2）UE定位。這時(shí)ENODEB會(huì)通過特殊的DCIFORMAT1A告訴UE需要重新發(fā)起隨機(jī)接入，并告訴UE應(yīng)該使用的PREAMBLEINDEX和PRACHMASKINDEX。（見36212的53313節(jié)、36213的TABLE84）圖DCIFORMAT1A用于PDCCHORDER時(shí)的格式對(duì)應(yīng)的信令流程如下（注UE定位的處理流程與基于非競(jìng)爭(zhēng)的下行數(shù)據(jù)到達(dá)場(chǎng)景類似）圖下行數(shù)據(jù)到達(dá)（基于競(jìng)爭(zhēng)）圖下行數(shù)據(jù)到達(dá)（基于非競(jìng)爭(zhēng)）由MACSUBLAYER發(fā)起隨機(jī)接入過程的場(chǎng)景有UE有上行數(shù)據(jù)要發(fā)送，但在任意TTI內(nèi)都沒有可用于發(fā)送SR的有效PUCCH資源。此時(shí)上行數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鞒套優(yōu)?）UE發(fā)送PREAMBLE；2）ENODEB回復(fù)RAR，RAR攜帶了ULGRANT信息；3）UE開始發(fā)送上行數(shù)據(jù)。什么情況下UE可能沒有SR資源呢場(chǎng)景一從36331可以看出，SCHEDULINGREQUESTCONFIG是一個(gè)UE級(jí)的可選的IE（OPTIONAL），默認(rèn)為RELEASE。如果ENODEB不給某UE配置SR（這取決于不同廠商的實(shí)現(xiàn)），則該UE只能通過隨機(jī)接入來獲取ULGRANT。因此，是否配置SR主要影響用戶面的延遲，并不影響上行傳輸?shù)墓δ軋?chǎng)景二當(dāng)UE丟失了上行同步，它也會(huì)釋放SR資源，如果此時(shí)有上行數(shù)據(jù)要發(fā)送，也需要觸發(fā)隨機(jī)接