LTE隨機接入過程詳解競爭與非競爭

1、LTE初始隨機接入過程詳解LTE初始隨機接入過程.UE選擇合適的小區(qū)進行駐留以后，就可以發(fā)起初始的隨機接入過程了LTE中，隨機接入是一個基本的功能，UE只有通過隨機接入過程，與系統(tǒng)的上行同步以后，才能夠被系統(tǒng)調度來進行上行的傳輸丄TE中的隨機接入分為基于競爭的隨機接入和無競爭的隨機接入兩種形初始的隨機接入過程，是一種基于競爭的接入過程，可以分為四個步驟 MSG1-4,：前導序列傳輸(MSG 1)(2) :隨機接入響應(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) PreambleMsg

2、2 :下行,eNodeB 對 Preamble 做響應Msg3 :上行,UE發(fā)出Msg3，里邊攜帶UE ID( S-TMSI或者隨機數(shù))Msg4 :下行,eNodeB對Msg3的UE ID做響應，UE通過比對Msg3和Msg4的ID，判斷競爭是否成功。所謂MSG3,其實就是第三條消息，因為在隨機接入的過程中，這些消息的內容不固定，有時候可能攜帶的是RRC連接請求，有時候可能會帶一些控制消息甚至業(yè)務數(shù)據(jù)包，因此簡稱為MSG3.第一步：隨機接入前導序列傳輸.LTE中，每個小區(qū)有64個隨機接入的前導序列，分別被用于基于競爭的隨機接入（如初始接入）和非競爭的隨機接入 （如切換時的接入 ）.其中, 用于

3、競爭的隨機接入的前導序列的數(shù)目個數(shù)為numberofRA-Preambles,在 SIB2 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? ? p reambleTra nsMax n

4、10.? ra-Res pon seWi ndowSize sf1O,? mac-Co nten tio nResolutio nTimer sf48?,? maxHARQ-Msg3Tx 4用于競爭的隨機前導序列，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前導序列的總數(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

5、頭部,MAC控制單元等）大于messageSizeGroupA并且UE能夠滿足發(fā)射功率的條件下，UE就會選擇GroupB中的前導序列.所謂UE滿足發(fā)射功率指的是：UE 的路損 > PCMAX -PreambleInitialReceivedTargetPower -deltaPreambleMsg3 -message Po werOffsetGrou pB (36.321)UE通過選擇GroupA或者GroupB里面的前導序列，可以隱式地通知eNodeB其將要傳輸?shù)腗SG3的大小.eNodeB可以據(jù)此分配相應的上行資源，從而避免了資源浪費.eNodeB通過p reamble in iti

6、alReceivedTarget Po wer通知UE其所期待接收到的前導序列功率 ，UE根據(jù)此目標值和下行的路徑損耗，通過開環(huán)功控來設置初始的前導序列發(fā)射功率.?下行的路徑損耗，可以通過RSRP （Referenee? Signal? Received Powei的平均來得到.？這樣可以使得eNodeB接收到的前導序列功率與路徑損耗基本無關，從而利于NodeB探測岀在相同的時間-頻率資源上發(fā)送的接入前導序 發(fā)送了接入前導序列以后 , UE 需要監(jiān)聽 PDCCH 信道,是否存在 ENODEB 回復的 RAR 消息, (RandomAccess Response), RAR的時間窗是從UE發(fā)送了

7、前導序列的子幀+ 3個子幀開始，長度為Ra-ResponseWindowSize個子幀.?如果在此時間內沒有接收到回復給自己的RAR,就認為此次接入失敗.如果初始接入過程失敗，但是還沒有達到最大嘗試次數(shù)PreambleTransMax,那么UE可以在上次發(fā)射功率的基礎上 , 功率提升 powerRampingStep, 來發(fā)送此次前導 , 從而提高發(fā)送成功的機率 . 在 LTE 系 統(tǒng)中 , 由于隨機前導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), 初始前導序 列的功率要求相對寬松一些 , 初始前導序列成功的可能性也高一些 . ?步驟二 : 隨機接入響應 (RAR)

8、.? 當 eNB 檢測到 UE 發(fā)送的前導序列，就會在 DL-SCH 上發(fā)送一個響應，包含：檢測到的前導序列的索引號、用于上行同步的時間調整信息、初始的上行資源分配(用于發(fā)送隨后的 MSG3), 以及一個 臨時 C-RNTI, 此臨時的 C-RNTI 將在步驟四 (沖突解決 )中決定是否轉換為永久的 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_ic, 發(fā)送前導的 PRACH 的第一個 subframe索引號(0 <= t_id <

9、10)? f_id,在這個subframe里的PRACH索引，也就是頻域位置索引，(0 =< f-id <=6),不過對于FDD系統(tǒng)來說，只有一個頻域位置，因此 f_id 永遠為零 .?RA-RNTI與UE發(fā)送前導序列的時頻位置一一對應.？UE和eNodeB可以分別計算岀前導序列對應的RA-RNTI值.?UE監(jiān)聽PDCCH信道以RA-RNTI表征的RAR消息，并解碼相應的PDSCH信道，如果RAR 中前導序列索引與 UE 自己發(fā)送的前導序列相同 , 那么 UE 就采用 RAR 中的上行時間調整信息 ,并啟動相應的沖突調整過程 . ?在RAR消息中，還可能存在一個backoff指示，

10、指示了 UE重傳前導的等待時間范圍.如果UE在規(guī)定的時間范圍以內，沒有收到任何RAR消息，或者RAR消息中的前導序列索引與自己的不符, 則認為此次的前導接入失敗 . UE? 需要推遲一段時間 , 才能進行下一次的前導接入 . 推遲的時間范圍 , 就由 backoff indictor 來指示 , UE 可以在 0 到 BackoffIndicator 之間隨機取值 . ?這樣的設計可以減少 UE 在相同時間再次發(fā)送前導序列的幾率 步驟三: MSG3 發(fā)送 (RRC Connection Request).UE接收到RAR消息，獲得上行的時間同步和上行資源.但此時并不能確定RAR消息是發(fā)送給UE

11、自己而不是發(fā)送給其他的UE的.由于UE的前導序列是從公共資源中隨機選取的，因此，存在著不同的UE 在相同的時間 -頻率資源上發(fā)送相同的接入前導序列的可能性 , 這樣, 他們就會通過相同的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行隨機接 入. 為此 UE 需要通過隨后的 MSG3 和 MSG4 消息, 來解決這樣的隨機接入沖突 .MSG3 是第一條基于上行調度 ,通過 HARQ (Hybrid Automatic Repeat request), ? 在 PUSCH 上傳輸?shù)南?息. 其最大重傳次數(shù)由 maxHARQ-Msg3TX

12、定義. 在初始的隨機接入中 , MSG3 中傳輸?shù)氖荝RCConnectionRequest.如果不同的UE接收到相同的RAR消息，那么他們就會獲得相同的上行資源同時發(fā)送Msg3消息，為了區(qū)分不同的UE,在MSG3中會攜帶一個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 ID 可以是 UE 的 S-TMSI（ 如果存在的話 ）或者隨機生成的一個 40 位 的值（可以認為 , 不同 UE 隨機生成相同的 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競爭消除定時器mac-ContentionResolutionTimer （而隨后每一次 重傳消息3都要重啟這個定時器），UE需要在此時間內監(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 時間內 , 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中上報給eNodeB的相符，那么UE就認為自己贏得了此次的隨機接入沖突 , 隨機接入成功 . 并將在 RAR 消息中得到的臨時 C-RNTI 置為自己的 C-RNTI.否則的話，UE認為此次接入失敗，并按照上面所述的