LTE隨機(jī)接入過程詳解(競爭與非競爭)

1、LTE初始隨機(jī)接入過程詳解LTE初始隨機(jī)接入過程.UE選擇合適的小區(qū)進(jìn)行駐留以后，就可以發(fā)起初始的隨機(jī)接入過程了.LTE中，隨機(jī)接入是一個(gè)基本的功能，UE只有通過隨機(jī)接入過程，與系統(tǒng)的上行同步以后，才能夠被 系統(tǒng)調(diào)度來進(jìn)行上行的傳輸.LTE中的隨機(jī)接入分為基于競爭的隨機(jī)接入和無競爭的隨機(jī)接入兩種形 式.初始的隨機(jī)接入過程，是一種基于競爭的接入過程，可以分為四個(gè)步驟 MSG1-4,(1)：前導(dǎo)序列傳輸(MSG 1)(2):隨機(jī)接入響應(yīng)(MSG 2)(3): MSG3 發(fā)送(RRC Connection Request).(4):沖突解決消息.(MSG 4)Msg1 :上行，UE 發(fā) Preamb

2、leMsg2 :下行，eNodeB 對 Preamble 做響應(yīng)Msg3:上行，UE發(fā)出Msg3,里邊攜帶UE ID (S-TMSI或者隨機(jī)數(shù))Msg4 :下行，eNodeB對Msg3的UE ID做響應(yīng)，UE通過比對 Msg3和Msg4的ID,判斷競爭是否成功。所謂MSG3,其實(shí)就是第三條消息，因?yàn)樵陔S機(jī)接入的過程中，這些消息的內(nèi)容不固定，有時(shí)候可能攜帶的是RRC連接請求，有時(shí)候可能會(huì)帶一些控制消息甚至業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包，因此簡稱為MSG3.第一步：隨機(jī)接入前導(dǎo)序列傳輸.LTE 中 , 每個(gè)小區(qū)有64 個(gè)隨機(jī)接入的前導(dǎo)序列 , 分別被用于基于競爭的隨機(jī)接入（如初始接入）和非競爭的隨機(jī)接入（如切換時(shí)的接

3、入）.其中 , 用于競爭的隨機(jī)接入的前導(dǎo)序列的數(shù)目個(gè)數(shù)為numberofRA-Preambles,在S舊2系統(tǒng)消息中廣播.? sib2 :? s? radioResourceConfigCommon? rach-ConfigCommon? preambleInfo? numberOfRA-Preambles n52?,? powerRampingParameters? powerRampingStep dB4,? preambleInitialReceivedTargetPower dBm-104?,? ra-SupervisionInfo? preambleTransMax n10,? ra

4、-ResponseWindowSize sf10,? mac-ContentionResolutionTimer sf48?,? maxHARQ-Msg3Tx 4用于競爭的隨機(jī)前導(dǎo)序列，又被分為GroupA和GroupB兩組.?其中GroupA的數(shù)目由參數(shù) preamblesGroupA來決定，如果GroupA的數(shù)目和用于競爭的隨機(jī)前導(dǎo)序列的總數(shù)的數(shù)目相等，就意味著GroupB不存在.GroupA和GroupB的主要區(qū)別在于將要在 MSG3中傳輸?shù)男畔⒌拇笮?，由參?shù)messageSizeGroupA 表示。在GroupB存在的情況下，如果所要傳輸?shù)男畔⒌拈L度（加上MAC頭部，MAC控制單元等）

5、大于 messageSizeGroupA并且UE能夠滿足發(fā)射功率的條件下，UE就會(huì)選擇GroupB中的前導(dǎo)序列.所謂UE滿足發(fā)射功率指的是：UE 的路損 > PCMAX preambleInitialReceivedTargetPower deltaPreambleMsg3 messagePowerOffsetGroupB (36.321)UE通過選擇GroupA或者GroupB里面的前導(dǎo)序列，可以隱式地通知eNodeB其將要傳輸?shù)腗SG3的 大小.eNodeB可以據(jù)此分配相應(yīng)的上行資源，從而避免了資源浪費(fèi).eNodeB通過preambleinitialReceivedTargetPow

6、er通知UE其所期待接收到的前導(dǎo)序列功率 ，UE根據(jù)此目標(biāo)值和下行的路徑損耗，通過開環(huán)功控來設(shè)置初始的前導(dǎo)序列發(fā)射功率.?下行的路徑損耗，可以通過RSRP （Reference? Signal? Received Powe的平均來得到.？這樣可以使得eNodeB接收到的前導(dǎo)序列功率與路徑損耗基本無關(guān)，從而利于NodeB探測出在相同的時(shí)間-頻率資源上發(fā)送的接入前導(dǎo)序 列.發(fā)送了接入前導(dǎo)序列以后 , UE 需要監(jiān)聽 PDCCH 信道 ,是否存在 ENODEB 回復(fù)的 RAR 消息 , (Random Access Response), RAR的時(shí)間窗是從UE發(fā)送了前導(dǎo)序列的子幀+ 3個(gè)子幀開始，長

7、度為Ra-ResponseWindowSiz#子幀.？如果在此時(shí)間內(nèi)沒有接收到回復(fù)給自己的RAR,就認(rèn)為此次接入失敗.如果初始接入過程失敗，但是還沒有達(dá)到最大嘗試次數(shù)preambleTransMax,那么UE可以在上次發(fā)射功率的基礎(chǔ)上, 功率提升 powerRampingStep, 來發(fā)送此次前導(dǎo), 從而提高發(fā)送成功的機(jī)率. 在 LTE 系統(tǒng)中 , 由于隨機(jī)前導(dǎo)序列一般與其他的上行傳輸是正交的 , 因此 , 相對于 WCDMA 系統(tǒng) , 初始前導(dǎo)序 列的功率要求相對寬松一些, 初始前導(dǎo)序列成功的可能性也高一些. ？步驟二 : 隨機(jī)接入響應(yīng)(RAR).？ 當(dāng) eNB 檢測到 UE 發(fā)送的前導(dǎo)序列

8、，就會(huì)在DL-SCH 上發(fā)送一個(gè)響應(yīng)，包含：檢測到的前導(dǎo)序列的索引號(hào)、用于上行同步的時(shí)間調(diào)整信息、初始的上行資源分配(用于發(fā)送隨后的MSG3), 以及一個(gè)臨時(shí) C-RNTI, 此臨時(shí)的 C-RNTI 將在步驟四(沖突解決) 中決定是否轉(zhuǎn)換為永久的C-RNTI.UE 需要在 PDCCH 上使用 RA-RNTI(Random Access RNTI) 來監(jiān)聽 RAR 消息 .？ RA-RNTI =1 + t_id + 10*f_id其中，? t_id, 發(fā)送前導(dǎo)的 PRACH 的第一個(gè) subframe索弓I號(hào)(0 <= t_id < 10)? f_id,在這個(gè)subframe里的PR

9、ACH索引，也就是頻域位置索引，(0 =< f-id <=6),不過又t于FDD 系統(tǒng)來說，只有一個(gè)頻域位置，因此f_id 永遠(yuǎn)為零 .?RA-RNTI 與 UE 發(fā)送前導(dǎo)序列的時(shí)頻位置一一對應(yīng). ?UE 和 eNodeB 可以分別計(jì)算出前導(dǎo)序列對應(yīng)的RA-RNTI值.？UE監(jiān)聽PDCCH信道以RA-RNTI表征的RAR消息，并解碼相應(yīng)的PDSCH信道，如果 RAR 中前導(dǎo)序列索引與UE 自己發(fā)送的前導(dǎo)序列相同 , 那么 UE 就采用 RAR 中的上行時(shí)間調(diào)整信息,并啟動(dòng)相應(yīng)的沖突調(diào)整過程. ?在 RAR 消息中, 還可能存在一個(gè)backoff 指示 , 指示了 UE 重傳前導(dǎo)的等

10、待時(shí)間范圍如果 UE 在規(guī)定的時(shí)間范圍以內(nèi) , 沒有收到任何 RAR 消息 , 或者 RAR 消息中的前導(dǎo)序列索引與自己的不符 , 則認(rèn)為此次的前導(dǎo)接入失敗 . UE? 需要推遲一段時(shí)間 , 才能進(jìn)行下一次的前導(dǎo)接入 . 推遲的時(shí)間范圍 , 就由 backoff indictor 來指示 , UE 可以在 0 到 BackoffIndicator 之間隨機(jī)取值. ?這樣的設(shè)計(jì)可以減少 UE 在相同時(shí)間再次發(fā)送前導(dǎo)序列的幾率.步驟三 : MSG3 發(fā)送 （RRC Connection Request）.UE 接收到 RAR 消息 , 獲得上行的時(shí)間同步和上行資源 . 但此時(shí)并不能確定 RAR 消

11、息是發(fā)送給UE 自己而不是發(fā)送給其他的 UE 的. 由于 UE 的前導(dǎo)序列是從公共資源中隨機(jī)選取的 , 因此 , 存在著不同的UE 在相同的時(shí)間-頻率資源上發(fā)送相同的接入前導(dǎo)序列的可能性, 這樣 , 他們就會(huì)通過相同的RA-RNTI 接收到同樣的 RAR. ?而且 , UE 也無從知道是否有其他的 UE 在使用相同的資源進(jìn)行隨機(jī)接入 . 為此 UE 需要通過隨后的 MSG3 和 MSG4 消息 , 來解決這樣的隨機(jī)接入沖突 .MSG3 是第一條基于上行調(diào)度,通過HARQ （Hybrid Automatic Repeat request）, ?在 PUSCH 上傳輸?shù)南?. 其最大重傳次數(shù)由

12、maxHARQ-Msg3TX 定義 . 在初始的隨機(jī)接入中 , MSG3 中傳輸?shù)氖荝RCConnectionRequest. 如果不同的 UE 接收到相同的 RAR 消息 , 那么他們就會(huì)獲得相同的上行資源 ,同時(shí)發(fā)送 Msg3 消息 , 為了區(qū)分不同的 UE, 在 MSG3 中會(huì)攜帶一個(gè)UE 特定的 ID, 用于區(qū)分不同的UE. ?在初始接入的情況下, 這個(gè) ID 可以是 UE 的 S-TMSI（ 如果存在的話）或者隨機(jī)生成的一個(gè)40 位的值 （可以認(rèn)為, 不同 UE 隨機(jī)生成相同的 40 位值的可能性非常小 ）.UE在發(fā)完MSg3消息后就要立刻啟動(dòng)競爭消除定時(shí)器mac-Contentio

13、nResolutionTimer （而隨后每一次重傳消息3都要重啟這個(gè)定時(shí)器），UE需要在此時(shí)間內(nèi)監(jiān)聽eNodeB返回給自己的沖突解決消息。步驟四 : 沖突解決消息 .?如果在mac-ContentionResolutionTimer 時(shí)間內(nèi) , UE 接收到 eNodeB 返回的 ContentionResolution 消息 ,并且其中攜帶的 UE ID 與自己在 Msg3 中上報(bào)給 eNodeB 的相符,那么UE 就認(rèn)為自己贏得了此次的隨機(jī)接入沖突, 隨機(jī)接入成功 . 并將在 RAR 消息中得到的臨時(shí)C-RNTI 置為自己的 C-RNTI.否則的話 , UE 認(rèn)為此次接入失敗 , 并按照