LTE物理层介绍_随机接入

随机接入,葛午未,随机接入,随机接入,随机接入过程,随机接入信道映射,Msg1信道映射,随机接入信道映射,Msg2信道映射,随机接入信道映射,发送Msg3时，如果UE有C-RNTI则用DCCH映射为PUSCH，否则用CCCH映射为PUSCH。,随机接入信道映射,Msg4信道映射,随机接入接入准备,发起随机接入前，UE需从SIB2中获取随机接入的初始参数。prach-ConfigrootSequenceIndex22,（逻辑根序列索引）prach-ConfigInfoprach-ConfigIndex5,（prach配置索引）highSpeedFlagFALSE,（高速标识）zeroCorrelationZoneConfig1,（零相关配置）prach-FreqOffset6（prach频域补偿）,rach-ConfigCommonpreambleInfonumberOfRA-Preamblesn32,竞争随机接入前导数目（在前导组A或B中随机选）preamblesGroupAConfigsizeOfRA-PreamblesGroupAn32,（前导组A的前导数目）messageSizeGroupAb144,（消息3大小的阈值）messagePowerOffsetGroupBdB0（组B的功率补偿）,powerRampingParameterspowerRampingStepdB2,（功率爬坡步长）preambleInitialReceivedTargetPowerdBm-100（初始到达功率）,ra-SupervisionInfopreambleTransMaxn200,（重传次数）ra-ResponseWindowSizesf4,（窗长）mac-ContentionResolutionTimersf56（竞争决议定时器）,maxHARQ-Msg3Tx1（消息3的重传次数）,随机接入接入触发,以下5种情况，UE会发起随机接入过程：UE处于RRC_IDLE状态，要做初始接入。RRC连接重建过程。小区切换。UE处于RRC_CONNECTED状态，下行数据到达要求UE发起随机接入过程。如：UE处于上行失步状态，DL数据到达要求UE发起随机接入过程，并且会在DCI格式1a中携带相应的用于产生随机接入前导的参数和时频资源分配信息；UE处于RRC_CONNECTED状态，上行数据到达要求UE发起随机接入过程。如：UE上行失步或UE即使上行同步但是没有可用的PUCCH资源做调度请求，那么UE会发起随机接入过程；,随机接入接入类型,随机接入过程从大的方面可以分为两类：非竞争模式和竞争模式；这5种情况均可进行基于竞争的随机接入；仅有情况3和4可进行基于非竞争的随机接入，这2种情况的随机接入是由eNB触发的，其他3种情况的随机接入是由UEMAC直接触发的。切换和下行数据到达都是通过PDCCH格式1a告知UE需要的参数，如果当时没有可用的非竞争随机接入资源，那么在相应的PDCCH格式1a信息中，preambleindex会设为全零，这种情况下，随机接入过程虽然是由PDCCH格式1a触发，但是UE执行竞争随机接入过程。,随机接入竞争接入,随机接入竞争接入,步骤一：随机接入请求1、每个小区有64个随机接入的前导序列,分别被用于基于竞争的随机接入(如初始接入)和非竞争的随机接入(如切换时的接入).a、用于竞争的随机接入的前导序列的数目个数为numberofRA-Preambles,在SIB2系统消息中广播.b、用于竞争的随机前导序列,又被分为GroupA和GroupB两组.其中GroupA的数目由参数preamblesGroupA来决定,如果GroupA的数目和用于竞争的随机前导序列的总数的数目相等,就意味着GroupB不存在.c、GroupA和GroupB的主要区别在于将要在MSG3中传输的信息的大小,由参数messageSizeGroupA表示。在GroupB存在的情况下,如果所要传输的信息的长度(加上MAC头部,MAC控制单元等)大于messageSizeGroupA,并且UE能够满足发射功率的条件下,UE就会选择GroupB中的前导序列.,随机接入竞争接入,2、所谓UE满足发射功率指的是:UE的路损PCMAXpreambleInitialReceivedTargetPowerdeltaPreambleMsg3messagePowerOffsetGroupBa、UE通过选择GroupA或者GroupB里面的前导序列,可以隐式地通知eNB其将要传输的MSG3的大小.eNB可以据此分配相应的上行资源,从而避免了资源浪费.b、eNB通过preambleinitialReceivedTargetPower通知UE其所期待接收到的前导序列功率,UE根据此目标值和下行的路径损耗,通过开环功控来设置初始的前导序列发射功率.下行的路径损耗,可以通过RSRP(ReferenceSignalReceivedPower)的平均来得到.这样可以使得eNB接收到的前导序列功率与路径损耗基本无关,从而利于eNB探测出在相同的时间-频率资源上发送的接入前导序列.,随机接入竞争接入,3、发送了接入前导序列以后,UE需要监听PDCCH信道,是否存在ENODEB回复的RAR消息,(RandomAccessResponse),RAR的时间窗是从UE发送了前导序列的子帧+3个子帧开始,长度为Ra-ResponseWindowSize个子帧.如果在此时间内没有接收到回复给自己的RAR,就认为此次接入失败.如果初始接入过程失败，但是还没有达到最大尝试次数preambleTransMax，那么UE可以在上次发射功率的基础上,功率提升powerRampingStep,来发送此次前导,从而提高发送成功的机率.在LTE系统中,由于随机前导序列一般与其他的上行传输是正交的,因此,相对于WCDMA系统,初始前导序列的功率要求相对宽松一些,初始前导序列成功的可能性也高一些.,随机接入竞争接入,步骤二:随机接入响应1、当eNB检测到UE发送的前导序列，就会在DL-SCH上发送一个响应，包含：检测到的前导序列的索引号、用于上行同步的时间调整信息、初始的上行资源分配(用于发送随后的MSG3),以及一个临时C-RNTI,此临时的C-RNTI将在步骤四(冲突解决)中决定是否转换为永久的C-RNTI.,随机接入竞争接入,2、UE需要在PDCCH上使用RA-RNTI(RandomAccessRNTI)来监听RAR消息.RA-RNTI=1+t_id+10*f_id其中，t_id是发送前导的PRACH的第一个subframe索引号(0=t_id10)f_id频域位置索引，(0=f-id=6),不过对于FDD系统来说，只有一个频域位置，因此f_id永远为零.RA-RNTI与UE发送前导序列的时频位置一一对应.UE和eNB可以分别计算出前导序列对应的RA-RNTI值.UE监听PDCCH信道以RA-RNTI表征的RAR消息,并解码相应的PDSCH信道,如果RAR中前导序列索引与UE自己发送的前导序列相同,那么UE就采用RAR中的上行时间调整信息,并启动相应的冲突调整过程.,随机接入竞争接入,3、在RAR消息中,还可能存在一个backoff指示,指示了UE重传前导的等待时间范围.如果UE在规定的时间范围以内,没有收到任何RAR消息,或者RAR消息中的前导序列索引与自己的不符,则认为此次的前导接入失败.UE需要推迟一段时间,才能进行下一次的前导接入.推迟的时间范围,就由backoffindictor来指示,UE可以在0到BackoffIndicator之间随机取值.这样的设计可以减少UE在相同时间再次发送前导序列的几率.,随机接入竞争接入,步骤三:RRC连接请求1、UE接收到RAR消息,获得上行的时间同步和上行资源.但此时并不能确定RAR消息是发送给UE自己而不是发送给其他的UE的.由于UE的前导序列是从公共资源中随机选取的,因此,存在着不同的UE在相同的时间-频率资源上发送相同的接入前导序列的可能性,这样,他们就会通过相同的RA-RNTI接收到同样的RAR.而且,UE也无从知道是否有其他的UE在使用相同的资源进行随机接入.为此UE需要通过随后的MSG3和MSG4消息,来解决这样的随机接入冲突.,随机接入竞争接入,2、MSG3是第一条基于上行调度,通过HARQ(HybridAutomaticRepeatrequest),在PUSCH上传输的消息.其最大重传次数由maxHARQ-Msg3TX定义.在初始的随机接入中,MSG3中传输的是RRCConnectionRequest.如果不同的UE接收到相同的RAR消息,那么他们就会获得相同的上行资源,同时发送Msg3消息,为了区分不同的UE,在MSG3中会携带一个UE特定的ID,用于区分不同的UE.在初始接入的情况下,这个ID可以是UE的S-TMSI(如果存在的话)或者随机生成的一个40位的值(可以认为,不同UE随机生成相同的40位值的可能性非常小).3、UE在发完MSg3消息后就要立刻启动竞争消除定时器mac-ContentionResolutionTimer（而随后每一次重传消息3都要重启这个定时器）,UE需要在此时间内监听eNodeB返回给自己的冲突解决消息。,随机接入竞争接入,步骤四:冲突解决1、如果在mac-ContentionResolutionTimer时间内,UE接收到eNodeB返回的ContentionResolution消息,并且其中携带的UEID与自己在Msg3中上报给eB的相符,那么UE就认为自己赢得了此次的随机接入冲突,随机接入成功.并将在RAR消息中得到的临时C-RNTI置为自己的C-RNTI.否则,UE认为此次接入失败,并按照上面所述的规则进行随机接入的重传过程.2、值得注意的是,冲突解决消息MSG4,也是基于HARQ的.只有赢得冲突的UE才发送ACK值,失去冲突或无法解码Msg4的UE不发送任何反馈消息.,随机接入非竞争接入,随机接入非竞争接入,步骤一：前导分配eNB通过专用信令给UE分配一个非竞争随机接入前导，该前导有两种可能的分配形式：1、切换模式：目标eNB生成切换命令并发给源eNB，源eNB把该切换命令发给UE，该切换命令中含有非竞争随机接入前导信息2、下行数据到达触发模式：前导可由PDCCH直接得到。步骤二：接入请求UE发送分配的非竞争随机接入前导。,随机接入非竞争接入,步骤三：接入响应1、切换模式：该响应至少包括定时信息和初始上行授权。2、下行数据到达触发模式：该响应至少包含定时信息，但是不一定需要上行授权，因为这种情况下的上行授权可能已经从触发随机接入过程的下行数据得到。3、除上述信息，接入响应消息还包括RAPID(RA-preambleidentifier，6比特，取值范围是063)，用于指示特定的使用该前导的UE；一条随机接入响应消息的DL-SCH可以承载一个或多个UE的随机接入响应，如果是多个UE，那么多个UE通过MAC子头中的RA-preambleidentifier区分相应的MACRAR。4、随机接入响应消息不使用HARQ(HybridAutomaticRepeatRequest)。,随机接入物理资源,物理层随机接入前导（Preamble序列）包括一个长度为的循环前缀、一个长度为的序列部分和保护间隔三部分。,随机接入物理资源,预留的资源带宽为6个RB，72个子载波。频域上为1.08M,随机接入物理资源,随机接入的资源位置由MAC层提供。以TDD为例，接入位置以四元组的形式给出：是一定时间间隔中的频率资源索引。分别指示随即接入资源是出现在所有的无线帧中，还是在偶数无线帧，或是在奇数无线帧。分别指示随机接入资源是位于第一个半帧还是第二个半帧。是前导开始的上行子帧号。,随机接入物理资源,对于前导格式03，随机接入的资源块的频域位置为：其中，参数(prach-FrequencyOffset)是PRACH可用的第一个物理资源块号，它由高层配置。,随机接入物理资源,前导格式0-3，交替使用上行频带的底端与顶端。,随机接入物理资源,例如，高层给出上下行配置为1，prach索引为18。(0,0,0,0)，f_RA=0，所有的无线帧，前半帧，子帧2。(0,0,0,1)，f_RA=0，所有的无线帧，前半帧，子帧3。(0,0,1,0)，f_RA=0，所有的无线帧，后半帧，子帧7。(0,0,1,1)，f_RA=0，所有的无线帧，后半帧，子帧8。(1,0,0,1)，f_RA=1，所有的无线帧，前半帧，子帧3。(1,0,1,1)，f_RA=1，所有的无线帧，后半帧，子帧8。,随机接入前导序列,随机接入前导序列,格式0-3支持高速模式。格式0和格式2的CP长度较小，并且分别支持较小半径及中等半径的小区，格式1和格式3的CP长度较长，用以抵消较大的信道多径时延扩展，并且分别支持较大半径和很大半径的小区。格式4是TDD系统针对半径较小的小区做的优化，它减少了PRACH对正常子帧时间的占用，因为应用场景为很小半径的小区，在这种场景下，不会存在高速移动，所以格式4的根参数排序不用考虑高速模式。,随机接入前导序列,每个小区有64个Preamble序列，这64个前导序列的生成方法为：1、从广播读取系统信息中的参数RACH_ROOT_SEQUENCE。2、