毕业设计（论文）-LTE-TDD竞争随机接入过程的实现.docx

LTE-TDD 竞争随机接入过程的实现上海交通大学工程硕士学位论文LTE-TDD 竞争随机接入过程的实现学校代码： 10248作者姓名： 第一导师： 第二导师：学科专业：软件工程答辩日期： 年 月 日上海交通大学软件学院 年 月A Dissertation Submitted to Shanghai Jiao Tong University For Master Degree of EngineeringContention Random Access Procedure Implementation for the LTE-TDD University Code：10248Author：Mentor 1：Mentor 2：Field：Software EngineeringDate of Oral Defense：School of SoftwareShanghai Jiaotong UniversityAPR, 2014上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在 年解密后适用本授权书。本学位论文属于 不保密。（请在以上方框内打“”）学位论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名： 日期： 年 月 日LTE-TDD 竞争随机接入过程的实现摘 要随着无线宽带技术的不断发展和应用，LTE（Long Term Evolution，长期演进）的技术正在不断的趋于成熟，并且已经进入了商用化的接入调试的最后实现阶段，对于LTE的众多协议特性基本都趋于统一，随机接入功能是实现终端宽带接入的重要功能，它的实现对于LTE 4G网络来说是一项最基本、最重要的性能指标，对于LTE随机接入功能的具体实现方式各个设备制造商各不相同，主要是在层一（PHY层）和层二（MAC层）上的实现分歧比较大，基于此原因需要提出一个比较合理、互联互通性比较强的实现方案，并且需要通过测试来验证随机接入功能的合理性和正确性。 LTE要实现的目标是在不同带宽条件下如1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz和20M的带宽条件下面，能够实现上下行的高速率。为了实现LTE的技术，对于能够使无线信号稳定的，准确的接入LTE系统并且能够正常工作已经成为LTE系统稳定性的一个重要的衡量标准。在实现LTE通信系统时，采用了使LTE协议栈运行在Linux的操作系统平台之上的方式，并且在Linux的平台上进行研发测试。 LTE通信系统可以分为频分双工复用（FDD）和时分双工复用（TDD）两种，本论文所要介绍的重点是LTE-TDD的通信系统，并且如何将3GPP的随机接入协议转化成LTE-TDD通信系统中的随机接入功能，并能够将随机接入功能够完全实现在LTE的通信系统中，随后能够对于LTE-TDD随机接入功能的实现进行有效的，科学的测试。同时也会介绍各种随机接入的实现和空口协议。最后对实现方案提出改进想法和发展方向。对于在LTE-TDD通信系统中随机接入功能的实现和验证主要做了一下几方面的工作：1. 对于3GPP协议中关于随机接入功能进行理解和分析。本文对3GPP的随机接入功能进行分析和理解，并且根据随机接入的流程特点参照LTE-TDD通信系统的特点设计一套科学的随机接入的实现方案。2. 对于LTE-TDD系统中的竞争随机接入过程进行实现设计，并且把随机分为两部分。即对物理随机接入信道的实现设计与接入的过程在LTE-TDD的媒质接入控制层的实现设计，在媒质接入控制层的实现设计阶段主要是对层二的功能模块进行了设计，并且对这些功能模块在系统中的作用做了详细的介绍。3. 将3GPP协议中的竞争随机接入过程在真实的LTE-TDD的系统中得以实现。并且根据3GPP协议中竞争随机接入过程的消息信令的交互,转化成TLE-TDD系统中的竞争随机接入过程功能。对于在实现竞争随机接入过程中,各模块在实现中所起的作用和工作的原理也做了详细的说明。并且对每个实现竞争随机接入过程的消息信令进行具体的定义和实现。4. 通过对LTE-TDD通信系统竞争随机接入过程的实现，无线终端在LTE-TDD系统中的接入成功率得到了很大程度的提高，并且终端与基站之间的链路的稳定性和可靠性也得到很好的改善。 关键词：随机接入前导，随机接入，物理随机接入响应，随机接入响应，混合自动重传请求，时分双工复用，协议数据单元，媒体接入控制，无线资源控制Contention Random Access Procedure Implementation for the LTE-TDDABSTRACTWith the continuous development and application of the wireless broadband technology, the technology of the LTE（Long Term Evolution） is constantly maturing, and it has entered the final stages of the commercialization which come true the accessing and debugging for LTE communication system. Many basic features of the LTE protocol have been tended to unify, and random access function is to achieve vital features of the broadband accessing terminal. It is the basic and important performance indicator for LTE 4G communication system to come true. The LTE random access function of the specific implementation is different from the communication device manufacturing factories. It is the great difference which random access procedure comes true between the PHY layer and the MAC layer. You need to put forward a more reasonable, relatively and strong interoperability implementation solution and we need to verify the random access capability by rationality and correctness testing mode.The goal of the LTE is achieving the high rate network speed of the uplink and downlink under the different bandwidth conditions, such as 1.4MHz, 3MHz, 5MHz, 10MHz, 15MHz and 20MHz. It is very important measuring standard for LTE technology to obtain the stable, accurate wireless signal for accessing to the LTE communication system. When LTE communication system is achieved, we adopt the fashion which the LTE protocol stack is working on the Linux operating system platform, and we also research and test on the Linux platform.The LTE communication system could be divided into two parts according to the work mechanism, LTE-TDD and LTE-FDD. The LTE-TDD is stressed in the study, and how to transform into the random access function of the LTE communication system from the random access protocol of the 3GPP protocol, and then we carry through the effective and scientific testing. Meanwhile we will introduce the random access ways to come true and radio protocol. Finally we improve and develop the solution for the random access procedure.We have carried out as following steps for coming true the random access function of the LTE communication system:1. We understand and analyze for the access random function in the 3GPP protocol. It is understood and analyses for the random function of the 3GPP protocol in the study. We have designed the suit of the scientific random access solution according to the random access of the characteristic and peculiarity of the LTE communication system.2. According to the 3GPP protocol, the contention random access procedure is designed in the LTE-TDD communication system. The design of the contention random access procedure could be divided into two parts. One part is the design of the physical random access procedure to true come for the contention random access procedure. The other part is the design of the contention random access procedure which comes true in the MAC layer. During the processing of the design of the MAC for the contention random access procedure, the main working was to design the function modules in the MAC. And the function and role of the modules which is in the LTE-TDD communication system are introduced.3. The contention random access procedure of the 3GPP protocol is achieved in the real LTE-TDD communication system. According to the message of the 3GPP protocol interacting for the contention random access procedure and it is come true the contention random access procedure function in the real LTE-TDD system，and then every function module which make the role and work Principle in the LTE-TDD communication system for the contention random access procedure carried out achieving and expressing. And the messages for achieving the contention random access procedure are particularly defined and come true. 4. Through the contention random access procedure achieved, access success rate of the UE have been made great progress, and the stability and reliability of the wireless link have also been improved between the LTE-TDD communication station and the UE.Key words: Random Access Preamble, Random Access, Physical random access channel, Random Access Response, Hybrid Automatic Repeat Request, Time Division Duplex, Protocol Data Unit, Medium Access Control, Radio Resource Control符号说明Abbreviations缩略语Full spelling英文全名Chinese explanation中文解释3GPP3rd Generation Partnership Project第3代合作伙伴计划BCCHBroadcast Control Channel广播控制信道BCHBroadcast Channel广播信道BOBuffer Occupation缓存占用BSRBuffer Status Report缓存状态报告CCEControl channel element控制信道单元CCCHCommon Control Channel公共控制信道CEControl Element控制单元CPCyclic Prefix循环前缀C-RNTICell RNTI小区无线网络临时标示符DCIDownlink Control Information下行控制消息DCCHDownlink Control Channel下行控制信道DL-SCHDownlink share channel下行共享信道DTCHDedicated Traffic Channel专用业务信道DwPTSDownlink Pilot Time Slot下行导频时隙eNBE-UTRA NodeB演进型节点BEPCEvolved Packet Core演进分组中心E-UTRAEvolved UMTS Terrestrial Radio Access通用无线通讯系统陆地无线接入演进E-UTRANEvolved UMTS Terrestrial Radio Access Network通用无线通讯系统陆地无线接入网络演进E-MBMSEnhanced Mulimedia Broadcast/Mulicast Service增强型宽带多播服务FDDFrequency Division Duplex频分双工复用HARQHybrid Automatic Repeat Request混合自动重传请求MACMedium Access Control媒体接入控制MCSModulation and Coding Scheme调制与编码策略MCCHMulticast Control Channel多播控制信道MTCHMulticast Traffic Channel多播专用业务信道MIMOMULiple Input MULiple Output多入多出NASNon-Access-Stratum非接入层LTELong Term Evolution长期演进系统OFDMOrthogonal Frequency Division MULiplexing正交频分复用OAMOperation Administration and Maintenance操作维护管理PRACHPhysical random access channel物理随机接入信道PCHPaging Channel循呼信道PCCHPaging Control Channel寻呼控制信道PDCCHPhysical Downlink Control Channel物理下行控制信道PDUProtocol Data Unit协议数据单元PDCPPacket Data Convergence Protocol分组数据汇聚协议PHICHPhysical hybrid-ARQ indicator channel物理混合自动重传请求指示信道PHYPhysical Layer物理层PRBPhysical Resource Block物理资源块PUCCHPhysical uplink control channel物理上行控制信道PUSCHPhysical uplink shared channel物理上行共享信道QoSQuality of Service服务质量RACHRandom Access Channel随机接入信道RA-RNTIRandom Access RNTI随机接入无线网络临时标示符RARRandom Access Response随机接入响应RAPRandom Access Preamble随机接入前导RLCRadio Link Control无线链路控制RBResource Block资源块PRBPhysical Resource Block物理资源块RNTIRadio Network Temporary Identifier无线网络临时标示符RRCRadio Resource Control无线资源控制SDUService Data Unit业务数据单元SRIOSerial Rapid Input/Output快速进出串口TATiming Advance时间提前量TDDTime Division Duplex时分双工复用UEUser Equipment用户终端UCIUplink Control Information上行控制信息UMTSUniversal Mobile Telecommunications System通用移动通讯系统UpPTSUplink pilot Time Slot上行导频时隙UTRAUMTS Terrestrial Radio Access通用无线通讯系统陆地无线接入UTRANUMTS Terrestrial Radio Access Network通用无线通讯系统陆地无线接入网络目录第一章绪 论11.1LTE的现实背景和意义11.2论文研究的主要内容21.3本论文的结构安排3第二章随机接入过程协议52.1LTE的关键技术52.2LTE-TDD通信系统随机接入技术62.2.1LTE-TDD接入网络特点62.2.2随机接入概述102.2.3随机接入方式112.3随机接入过程种类122.3.1竞争型随机计入过程122.3.2非竞争型随机接入过程152.4随机接入过程的异常处理172.4.1随机接入过程异常172.4.2随机接入过程失败182.4.3随机接入过程放弃192.5本章小结19第三章LTE-TDD系统竞争随机接入过程的设计203.1物理随机接入信道的实现设计203.1.1物理随机接入信道时域位置计算的实现设计213.1.1.1物理随机接入信道时域位置计算的数学模型建立213.1.1.2物理随机接入信道时域位置设计的实例分析293.1.2物理随机接入信道前导信号序列生成实现设计333.1.2.1物理随机接入信道前导信号序列的数学模型的建立333.1.2.2物理随机接入信道前导信号序列的实现393.1.3物理随机接入信道基带信号生成的实现设计403.1.3.1物理随机接入信道基带信号的数学模型的建立413.1.3.2物理随机接入信道基带信号实现设计413.1.4物理随机接入信道的实现模块433.2竞争随机接入过程在LTE-TDD系统中媒质接入控制层的实现设计433.3本章小结47第四章竞争型随机接入过程在LTE-TDD系统中的实现484.1竞争型随机接入过程在LTE-TDD系统中的实现484.2Msg1的实现流程和消息信令的具体内容504.3Msg2的实现流程和消息信令的具体内容544.4Msg3的实现流程和消息信令的具体内容624.5Msg4的实现流程和消息信令的具体内容694.6本章小结73第五章总结与展望755.1本文工作回顾755.2存在的问题已经对下一步工作的展望与想法76参考文献77致 谢79作者攻读学位期间发表的论文8084第一章 绪 论1.1 LTE的现实背景和意义在当前互联网通讯技术高速发展的现状下，大容量的存储和传输已经成为当今互联网时代的一个重要标志，在当下无线终端的应用已经越来越频繁和重要，经过十多年的高速发展，移动业务已经深入了人们的生活。在中国，近几年每年都会新增约1亿移动用户，手机的渗透率逐年提高。随着整个产业的发展，人们的消费习惯也发生了巨大的变化：在手机刚刚开始普及的时候，打电话（语音服务）是手机的唯一功能，后来短消息成为增长最快的杀手级业务，而到今天随着网络技术的发展和智能终端的普及，数据业务增长很快，在系统架构上以解决语音通信为主的2G网络面临着越来越大的压力。智能终端用户数的提高是数据流量增长的驱动因素之一，智能终端已经成为当前人们在工作，学习，社交和生活中必不可少的一部分了，而当前人们对于无线传输的要求也随着智能终端应用的普及也越来越高，传统的GSM的接入技术和传输速率已经远远无法满足当前大数据量的传输要求了，3G技术的产生对此传输需求有所缓解，但是随着互联网端智能化和大容量化的飞速的发展，3G技术也已经无法满足无线终端的需求了。从另一个角度说，运营商和设备商对电信网络无线端云化/虚拟化研究的热情正在不断的增加和升温，并且希望能更好的为用户提供高质量的传输性能和网络资源的最大化的共享利用，因此对于运营商对于4G移动通信LTE的发展和实现就显得格外的重视。 运营商从成本的角度来看，目前TD-SCDMA的技术已经十分成熟了，运营商希望下一代的移动通信技术能最大程度的兼容并且增强现有的网络环境，而LTE的技术正好恰恰符号这个需求，LTE是在第三代的移动通信技术平稳向第四代移动通信技术过渡的一个技术1。为了能使LTE的技术能够更好在运营中被发展壮大，并且能够更好的向用户推广此技术，那么此技术的稳定性与可靠性就显得特别的重要和关键了。作为稳定性和可靠性的一个重要的参数指标接入成功率就显得十分的关键了，接入成功率就是指用户终端在一定接入数量中的成功接入的概率。1.2 论文研究的主要内容 本论文是对3GPP中的随机接入过程进行研究、分析。最终可以将3GPP中的随机接入过程在真实的LTE-TDD通信系统中得到实现。主要的研究工作可以分为以下几部分：1. 对于3GPP协议中的随机接入过程进行研究、分析。此研究阶段主要需要完成以下几方面的工作： 随机接入过程在3GPP协议中在PHY层、MAC层的一些信道资源的定义、映射关系、随机接入过程中各消息之间的时间关系以及控制随机接入过程的触发与执行的研究和分析，以便在真实的LTE-TDD通信系统中的实现提供伦理实现的科学依据。 对3GPP中定义的随机接入过程种类进行研究分析，此研究工作可以帮助我们对于在真实LTE-TDD系统中实现随机接入过程提供了一个通用的系统标志，可以提供不同的设备制造商在今后的LTE通信系统的研发生产中，对于随机接入过程有一个统一的行业标准，最终为实现LTE-TDD通信系统的推广使用奠定基础。 对3GPP中定义的随机接入过程中一些异常情况的处理，此项工作对于整个随机接入过程能够在LTE-TDD通信系统中能够正常，稳定的工作提供了保障。2. 对于LTE-TDD系统中的竞争型随机接入过程进行实现设计，并且把随机接入的实现设计分为两部分。即对物理随机接入信道的实现设计与接入过程过程在LTE-TDD中的媒质接入控制层的实现设计。此项工作可以分为以下几部分： 对3GPP协议中关于物理随机接入信道的实现设计可以分为以下几步，即对物理随机接入信道的时域位置计算的数学建模与对设计的实例进行分析；对物理随机接入信道的前导信号序列进行数学建模，并且根据数学模型对其进行实现设计；对物理随机接入的基带信号进行数学建模，并且对物理随机接入信道进行实现设计。 对随机接入过程在LTE-TDD系统中的媒质接入控制层的实现设计，此项工作时在媒质接入控制层设计了针对上下行的控制、物理资源的调度、消息的生成等功能设计了UL模块和DL模块以实现各种信道、消息信令以及对物理资源的调度控制。3. 将3GPP协议中的竞争随机接入过程在真实的LTE-TDD的系统中得以实现。并且根据3GPP协议中消息信令的交互,转化成TLE-TDD系统中的竞争型随机接入过程功能。在从3GPP协议中的竞争随机接入过程转化为LTE-TDD通信系统中竞争随机接入功能的这个阶段是本次研究工作最为核心和重要的一部分工作，在此我们将介绍对竞争型的随机接入的具体实现过程。并且在此实现过程中需要完成的工作如下： 把整个的竞争型随机接入过程的流程在LTE-TDD系统中得以实现和应用。在此研究阶段主要是将在3GPP中定义的竞争型的随机接入过程，与媒质接入控制层的实现设计部分定义的UL模块和DL模块相结合，最终完成对竞争型随机接入过程的实现。 对于Msg1Msg4的实现流程，并且根据3GPP协议中对这些消息信令的定义内容进行实现，转化成LTE-TDD系统中的消息信令格式，最终实现Msg1Msg4的消息信令。1.3 本论文的结构安排本论文的结构安排如下：第一章是绪论部分，主要是阐述了本次研究工作的背景和现实意义，同时对本次研究工作需要完成的任务安排进行了一个总结。第二章是对随机接入过程在3GPP协议中的定义进行研究分析。主要内容如下： LTE的关键技术。 LTE-TDD通信系统随机接入技术，包括LTE-TDD接入网络特点、随机接入概述和随机接入方式。 随机接入过程的种类，主要包括竞争型随机接入过程和非竞争型随机接入过程。 随机接入过程的异常处理，主要包含随机接入过程异常、随机接入过程失败和随机接入过程放弃。第三章是LTE-TDD系统随机接入过程的实现设计，主要内容如下： 物理随机接入信道的实现设计，这部分主要包括物理随机接入信道时域位置计算的数学模型的建立和物理随机接入信道时域位置计算的实例分析、物理随机接入信道前导序列的数学模型和物理随机接入信道前导序列的实现设计、物理随机接入信道基带信号生成的数学模型和物理随机接入信道基带信号生成的实现设计。 随机接入过程在LTE-TDD系统中媒质接入控制层的实现设计。第四章是竞争型随机接入过程在LTE-TDD系统中的实现，此章节也是本次研究工作最核心最重要的一部分工作，主要内容如下： 竞争型随机接入过程在LTE-TDD系统中的实现。 Msg1的实现流程和消息信令的具体内容。 Msg2的实现流程和消息信令的具体内容。 Msg3的实现流程和消息信令的具体内容。 Msg4的实现流程和消息信令的具体内容。第五章是对整个研究工作的总结以及对未来工作的展望。第二章 随机接入过程协议2.1 LTE的关键技术LTE是在第三代移动通信技术的基础上面增加了一些第三代移动通信没有的先进技术如OFDM，MIMO2-4和E-MBMS的技术。下面我将对这些技术进行一下简单的说明。OFDM，该技术作为一种可以有效抵抗ISI的高速传输技术，通过串并转换高速率数据流，使得子载波上的数据符号持续长度相对增加，从而有效地减少了由于无线信道的时间弥散所带来的ISI，减少了接收机内均衡的复杂度；OFDM系统各个子载波之间存在正交性，允许子信道的频谱相互重叠，因此与常规的频分复用相比，OFDM系统可以最大限度的利用频谱资源；各个子信道的正交调制和解调可以通过采用离散傅里叶反变幻和傅里叶变换来实现，这都是很容易的；OFDM技术支持上行和下行链路中不同的的传输速率的实现；OFDM易于和其他多种接入方法结合使用，构成OFDMA系统，使得多个用户可以同时利用OFDM技术进行信息的传输。 MIMO，此技术主要包括发射分集技术和空间复用技术。发射分集技术它指的是在不同的天线上发射包含同样信息的信号，从而达到空间分集的效果，发射分集主要是空时码技术，空时码技术是基于发射分集的技术，如果在发射端采用适合多天线传输的编码技术，同时在接收端进行相应得信号处理技术，能够获得很大的性能增益，这样就能够实现数据的高速传输，然而由于衰落信道的瞬时信息通常难以捕捉，因此，发射端必须要采用信道编码技术，以保证在多数信道情况下获得比较好的性能，这种信道编码本质是在时间和空间上的两维编码，因此被称为空时码；空间复用技术可以明显地提高数据传输的速率。 E-MBMS，此技术最为广泛的是应用与移动视频之类的多媒体服务，E-MBMS的特点是：多个用户接收相同的信息使用相同的无线资源，并且能够更有效的提供相同的内容。2.2 LTE-TDD通信系统随机接入技术2.2.1 LTE-TDD接入网络特点LTE接入网络系统是以UTRA为基础的，当带宽条件达到20MHz时，可以达到下行链路100Mbps和上行50Mbps的高速率传输。从这个方面看LTE作为高速率传输技术，它基本可以在10年之内不会有被淘汰的风险。从LTE的网络构建结构来看如图2.1，接入网络比较简单，为单层结构，EnodeB为E-UTRAN的唯一接入点。EnodeB之间使用X2接口进行相连，每个EnodeB与演进分组核心网（EPC）之间都是使用S1接口相连5。3G网络中的IU接口与S1接口的位置类似，S1接口将为无线接入提供无线资源，而X2主要是用来提供LTE-ACTIVE状态下移动终端的移动性已经小区之间的一些无线资源的管理6。图2.1 TDD-LTE系统架构Fig2.1 TDD-LTE System StructureLTE系统又可以分为频分双工复用和时分双工复用两种模式。其中FDD采取一对对称的频率，进行上下行业务，而时分双工复用正好与之相反，上下行配比可以灵活的被调整，可以满足和支持非对称型业务，可以有效的提供频谱的利用率，基于TDD模式的这个优势，随着LTE在市场中的不断推广和应用，LTE-TDD的模式将成为将来4G无线技术中的主流技术。从LTE系统的帧结构来说，TDD的上下行是工作在同一频率，因此帧结构需要同时给出上下所占用资源的位置与时间等信息，一般来说帧结构的概念是要从基站侧去观察的，如图2.2，对于一个帧结构来说至少应该包括下行传输，上行传输和保护间隔这三个部分。保护间隔的位置是下行传输转换为上行传输时的那一段间隙，它是用来保护下行传输信号不会对上行传输信号进行干扰。 图2.2 一般TDD帧结构图（上行传输 + 下行传输 + 保护间隔）Fig2.2 Wireless Frame for LTE-TDD (Uplink Transmission + Downlink Transmission + Gap Protection)从图2.2也可得知，基站对于UE的远近各不相同，因此传播的时延也不会相同，对于UE1来说接收下行数据会有TP1的时延，那么UE1发送上行数据的时间同样也应该提前TP1的时间量，以确保达到基站侧的时间为基站定义的时间。UE2也同样有TP2的传输时延，因此在发上行数据时也需要提前TP2的时间量，但是从图2.2可以看出，UE2离基站的距离要比UE1要大的多，从这里可以看出增加保护间隔的长度确实可以增加基站的覆盖范围，但是同时也损失了传输速率。因此在TDD系统中，为了能够满足支持不同大小小区覆盖，在一个无线帧中需要配置多个不同大小的保护间隔，这样做的话会影响连续上行或者下行的时间长短，同时也会影响对于小区的覆盖能力，因此如何科学合理的设置保护间隔需要兼顾开销，系统能力和系统的各方面指标而定。LTE的物理帧结构如图2.3，10ms的无线帧被分成了2个5ms的半帧，每个半帧包含了5个子帧，每个子帧为1ms7。图2.3 TDD帧结构图Fig2.3 Type2 Frame Structure从TDD的特点来看，上下行在时间上可以不同，但是上下行的载波频率是相同的，从这点上可以得出一个结论是在一个10ms的无线帧中，有10个1ms的子帧可以分配，可以用于上行或者用于下行。并且一个10ms的无线帧已经被分成了2个5ms的半帧，从这点上看，可以更加灵活的支配上下行的业务比。如果在5ms的时间周期内，子帧1,6被作为特殊子帧，在10ms的时间周期内，只有子帧1被作为特殊子帧，每个特殊帧都有三个部分组成，分别是DwPTS，GP和UpPTS8。 特殊子帧的配置可以参见表2-1和表2-2：表2-1特殊子帧配置Table2-1 Configuration of special subframe特殊子帧配置常规循环前缀扩展循环前缀DwPTSGPUpPTSDwPTSGPUpPTS06592Ts21936Ts2192Ts7680Ts20480Ts2560Ts119760Ts8768Ts20480Ts7680Ts221952Ts6576Ts23040Ts5120Ts324144Ts4384Ts25600Ts2560Ts426336Ts2192Ts7680Ts17920Ts5120Ts56592Ts19744Ts4384Ts20480Ts5120Ts619760Ts6576Ts23040Ts2560Ts721952Ts4384TsNULLNULLNULL824144Ts2192TsNULLNULLNULL表2-2 特殊子帧配置Table2-2 Configuration of special subframe特殊子帧配置常规循环前缀扩展循环前缀DwPTSGPUpPTSDwPTSGPUpPTS031013811948321039231121014121372539282683917102NULLNULLNULL8111NULLNULLNULL 从LTE-TDD可以灵活配置上下行资源的特点来看，一个无线帧可以有两种形式配置为10ms完整的无线帧的配置和2个5ms半帧的配置形式，对于这点来说可以的出一张上下行时隙比例配置表，如表2-3所示。表2-3上下行时隙比例配置Table 2-3 Configuration of downlink & uplink timing slot Proportion上下配置上下转换周期子帧号012345678005msDSUUUDSUUU15msDSUUDDSUUD25msDSUDDDSUDD310msDSUUUDDDDD410msDSUUDDDDDD510msDSUDDDDDDD65msDSUUUDSUUD2.2.2 随机接入概述随机接入24是LTE网络与UE建立无线链接的最基本的一项过程。UE与eNodeB之间只有完成了随机接入这个过程才可以进行数据的交互和基本的通信。通过实现随机接入过程可以使UE实现以下两个基本的功能：（1） eNodeB与UE之间实现上行同步。这一步也可以被理解为物理随机接入的实现。（2） UE向eNodeB申请上行资源。以上两个UE基本功能的实现流程可以参考图2.4所示。图2.4 随机接入流程Fig2.4 Random access procedure随机接入过程涉及多个不同的协议层面，包括PHY层，MAC层和RRC层等。随机接入前道（preamble）、物理随机接入信道以及随机接入过程中各个消息之间的时序等关系都在PHY层中进行定义解释；而随机接入过程的触发与执行将由MAC层负责；最后对于一些特殊的随机接入场景情况将需要RRC层的参与执行，比如UE在小区之间的切换过程中的随机接入、RRC连接建立的随机接入等。随机接入过程在LTE系统中用于以下6中情况25：(1) RRC连接建立，是指UE的状态从RRC_IDLE状态初始接入。(2) RRC连接重建，是指UE与eNodeB之间的无线链路失败后进行初始化的接入。(3) UE在小区间的切换。(4) 下行数据到达UE空口时，UE空口此时正处于上行失步状态。(5) UE并未失步但是UE需要通过随机接入过程来申请上行资源，或者上行数据到达UE空口时，UE空口此时正处于上行失步状态。(6) LTE网络通过随机接入过程来获取与UE的时间提前量TA（Timing Advance），即辅助定位。2.2.3 随机接入方式随机接入方式的划分主要是以UE发出随机接入请求时的状态为标准，即发送请求时UE是否与eNodeB保持上行同步，这样随机接入可以分为同步随机接入与非同步随机接入两类91022。1 非同步随机接入。非同步随机接入是UE还未与eNodeB建立上行时间同步或者与eNodeB之间处于失步状态时而需要进行的随机接入过程。非同步随机接入过程可以使eNodeB端对UE的上行发射时钟过程进行估计和调整，并且这个过程也可以用于UE向eNodeB端请求资源分配。LTE对于非同步随机接入有两种接入方法。第一种接入过程为：UE在发起随机接入请求的时候一次性发送资源请求和上行同步的随机接入前导信号，eNodeB收到请求后马上反馈时钟信息和资源配置信息；第二中接入过程为：UE先发送用于与eNodeB上行同步的随机接入前导，eNodeB马上回复时钟信息和分配给UE用于资源请求的信息，然后UE再使