LTE-TDD隨機接入過程(2)-前導(dǎo)碼Preamble的格式與時頻位置

LTE-TDD隨機接入過程(2)-前導(dǎo)碼Preamble的格式與時頻位置LTE-TDD隨機接入過程(2)-前導(dǎo)碼Preamble的格式與時頻位置/NUMPAGES18LTE-TDD隨機接入過程(2)-前導(dǎo)碼Preamble的格式與時頻位置LTE-TDD隨機接入過程(2)-前導(dǎo)碼Preamble的格式與時頻位置1.什么是前導(dǎo)碼Preamble前導(dǎo)碼Preamble是UE在物理隨機接入信道中發(fā)送的實際內(nèi)容，由長度為Tcp的循環(huán)前綴CP和長度為Tseq的序列Sequence組成。2.前導(dǎo)碼Preamble格式

LTE-TDD的前導(dǎo)碼有5種格式，分別是PreambleFormat0/1/2/3/4，如下圖所示。從上面協(xié)議給出的這張表格中，可以推導(dǎo)出以下幾個信息：（1）每種前導(dǎo)碼格式占用的子幀個數(shù)。因為TDD-LTE的每個子幀時長是30720Ts，從表中可以得出，前導(dǎo)碼格式0的Preamble時間=3168Ts+24576Ts=27744Ts<30720Ts，只需要占用1個上行子幀，同樣可以計算得到，前導(dǎo)碼格式1、2需要占用2個上行子幀，前導(dǎo)碼格式3則需要占用3個上行子幀才能發(fā)完。特殊地，前導(dǎo)碼格式4只能在UpPTS中使用，即LTE-FDD沒有格式4。示意圖如下。（2）每種前導(dǎo)碼支持的最大小區(qū)半徑。因為每個子幀的長度是30720Ts，去掉前導(dǎo)碼占用的時間，那么前導(dǎo)碼格式0還剩下的保護時間GT=（30720-3168-24576）Ts=2976Ts=2976*[1/(15000*2048)]s=96.875us。之所以空出一部分的保護間隔，在于隨機接入之前，UE還沒有和eNB完成上行同步，UE在小區(qū)中的位置還不確定，因此需要預(yù)留一段時間，以避免和其他子幀發(fā)生干擾。考慮eNB和UE之間的往返傳輸，因此最大小區(qū)半徑=(3.0*10^8)m/s*96.875us/2=

14.53km。同理，可以計算得到其他前導(dǎo)碼格式的最大小區(qū)覆蓋半徑。因此，不同的小區(qū)覆蓋半徑，可以選擇不同的前導(dǎo)碼格式。這也是為什么前導(dǎo)碼要分不同格式的原因。（3）每種PRACH的持續(xù)時間。比如Preamble格式0，它的前導(dǎo)碼持續(xù)時間=（3168+24576）Ts=0.9031ms，這與協(xié)議的數(shù)據(jù)相符。同時，從這個持續(xù)時間也可以印證每種前導(dǎo)碼格式所占的子幀個數(shù)。（4）前導(dǎo)碼格式4的使用。上面的表中可以看到，格式4的前導(dǎo)碼時長=（448+4096）Ts=4544Ts。協(xié)議明確規(guī)定，格式4只能在4384Ts或5120Ts的UpPTS上傳輸。36211-Table4.2-1給出了各種特殊子幀配置下的Ts長度。從表格中可以看到，當(dāng)下行CP=上行CP=normalCP的時候，特殊子幀配置5、6、7、8配置的UpPTS時長滿足條件；當(dāng)下行CP=上行CP=extendedCP的時候，特殊子幀配置4、5、6配置的UpPTS時長滿足條件。特殊子幀配置Specialsubframeconfiguration參數(shù)在SIB1的TDD-Config信元中，如下圖。UE在解碼SSS（SecondarySynchronizationSignal，輔同步信號，以后再寫這塊內(nèi)容）的時候，可以確定下行normalCP值。SIB中的ul-CyclicPrefixLength參數(shù)用于配置上行CP類型。一般情況下，上行和下行的CP類型相同。需要注意的是，當(dāng)CP類型為normal時，UpPTS的長度=4384Ts<格式4的前導(dǎo)碼時長4544Ts，所以協(xié)議規(guī)定了，前導(dǎo)碼格式4時，Preamble數(shù)據(jù)從UpPTS結(jié)束前的4832Ts處開始，因此這個時候需要占用部分GP（GuardPeriod）時間。如下圖所示?？梢酝茖?dǎo)出，格式4的小區(qū)最大覆蓋半徑是(4832-4544)Ts*(3.0*10^8)/2=1.406km。經(jīng)過上述幾個步驟的推導(dǎo)和說明，可以整理得到下面這個表格。上面已經(jīng)說過，不同的GT保護時間決定了小區(qū)的最大覆蓋半徑，GT時間越長，小區(qū)的覆蓋面積越大，這個結(jié)論從下圖這張示意圖中也可以看出來。三個不同位置的UE1/2/3同時向eNB發(fā)送前導(dǎo)碼，那么eNB首先會收到近端UE1的請求，最后收到UE3的前導(dǎo)碼。如果有個UE4，距離比UE3還要遠，此時eNB無法收到完整的前導(dǎo)碼，UE4將無法接入到該小區(qū)。3.UE和eNB確定當(dāng)前使用哪種前導(dǎo)碼PRACHconfigurationIndex參數(shù)決定了前導(dǎo)碼的格式。從協(xié)議表格中可以看到，PRACHconfigurationIndex值為0~19時，使用PreambleFormat0；PRACHconfigurationIndex值為20~29時，使用PreambleFormat1；PRACHconfigurationIndex值為30~39時，使用PreambleFormat2；PRACHconfigurationIndex值為40~47時，使用PreambleFormat3；PRACHconfigurationIndex值為48~57時，使用PreambleFormat4。因為PRACHconfigurationIndex參數(shù)來自于RRC層的SIB2消息（36331協(xié)議），所以UE和eNB側(cè)都會有同樣的一套參數(shù)。PRACHconfigurationIndex的具體參數(shù)路徑是：SystemInformationBlockType2->radioResourceConfigCommon->RadioResourceConfigCommonSIB->prach-Config->PRACH-ConfigSIB->prach-ConfigInfo->prach-ConfigIndex。4.UE會在什么時候什么位置發(fā)PreambleUE發(fā)送前導(dǎo)碼的時刻和位置由PRACHconfigurationIndex參數(shù)（范圍0-63，具體路徑見前文）和上下行子幀配置UL/DLconfiguration參數(shù)共同決定。UL/DLconfiguration參數(shù)同樣來自于RRC層的SIB1消息（36331協(xié)議），具體參數(shù)路徑是：SystemInformationBlockType1->tdd-Config->TDD-Config->subframeAssignment。給出了前導(dǎo)碼的位置與PRACHconfigurationIndex和UL/DLconfiguration兩個參數(shù)之間的關(guān)系，因該表占篇幅較大，只截圖部分，不影響理解。從中可以看到，根據(jù)PRACHconfigurationIndex和UL/DLconfiguration參數(shù)，可以獲取一個或多個四元素數(shù)組，分別對應(yīng)參數(shù)（f_RA,

t0_RA,

t1_RA,

t2_RA）。t0_RA表示PRACH出現(xiàn)的幀位置，=0表示出現(xiàn)在所有的無線幀中，=1表示出現(xiàn)在偶數(shù)無線幀，=2表示出現(xiàn)在奇數(shù)無線幀。t1_RA表示PRACH出現(xiàn)的幀內(nèi)位置，=0表示PRACH資源是位于第一個半幀，=1表示位于第二個半幀。t2_RA表示前導(dǎo)碼開始處的上行子幀號，在兩個連續(xù)上下行切換點間的第一個上行子幀表示為0。即2號子幀和7號子幀值=0。上下行子幀配置等于0時，t0_RA/t1_RA/t2_RA三個參數(shù)的含義如下圖所示。f_RA是一個頻率位置系數(shù)，用于計算PRACH占用的RB起始位置n_RA_PRB。PRACH固定占6個RB，因此LTE支持的帶寬不能少于6個RB（Eachrandomaccesspreambleoccupiesabandwidthcorrespondingto6consecutiveresourceblocksforbothframestructures.）。有了n_RA_PRB這個參數(shù)，就可以知道PRACH在頻域上的位置[n_RA_PRB，n_RA_PRB+5]，有了t0_RA/t1_RA/t2_RA這三個參數(shù)，UE就可以知道在哪個子幀發(fā)送PRACH，eNB也會去相應(yīng)的子幀上盲檢測PRACH信息。對于有多個四元素數(shù)組的情況，eNB需要對每個可能的位置進行盲檢測。計算PRACH起始RB位置n_RA_PRB的公式如下：公式中的各參數(shù)說明：（1）n_RA_PRBoffset由RRC的prach-FreqOffset（范圍0~94）參數(shù)決定，與PRACHconfigurationIndex參數(shù)屬于同一個結(jié)構(gòu)體，因此獲取參數(shù)路徑也是相同：SystemInformationBlockType2->radioResourceConfigCommon->RadioResourceConfigCommonSIB->prach-Config->PRACH-ConfigSIB->prach-ConfigInfo->prach-FreqOffset。（2）f_RA、t1_RA直接從的四元素組中查表獲得。（3）N_UL_RB是帶寬RB個數(shù)，與DL_bandwidth值相同，如果是20M帶寬，則值=100。（4）N_SP是下行向上行切換點的點數(shù)，與上下行子幀配置UL/DLconfiguration參數(shù)相關(guān)，因此只有前導(dǎo)碼4才會用到。比如上下行子幀配置1，那么N_SP=2，因為在子幀1和子幀6完成了2次下行向上行的切換。只有在上下行子幀配置3、4、5的時候，N_SP=1。（5）n_f表示當(dāng)前的系統(tǒng)幀號。至此，UE和eNB就可以明確的知道PRACH的發(fā)送/接收位置了。以帶寬20M，prach-FreqOffset=0，PRACHconfigurationIndex=9，UL/DLconfiguration=2舉例說明，此時(f_RA,t0_RA,t1_RA,t2_RA)有三種值，分別是（0，0，0，0），（0，0，1，0）和（1，0，0，0）。對應(yīng)的頻域位置：f_RA=0時，n_RA_PRB=0+6*0=0，f_RA=1時，n_RA_PRB=100-6-0-6*0=94。對應(yīng)的時域位置：（0，0，0，0）：PRACH占用從k=0開始到k=5的連續(xù)6個