TD-SCDMA小区随机接入过程的研究

TD-SCDMA小区随机接入过程的研究1. 随机接入准备当UE处于空闲模式下，它将维持下行同步并读取小区广播信息。从该小区所用到的DwPTS，UE可以得到为随机接入而分配给UpPTS物理信道的8个SYNC-UL码的码集，一共有256个不同的SYNC-UL码序列，其序号除以8就是DwPTS中的SYNC-DL的序号。从小区广播信息中UE可以知道P-RACH信道的详细情况（采用的码、扩频因子、midamble码和时隙）、F-PACH信道的详细信息（采用的码、扩频因子、midamble码和时隙）以及其它与随机接入有关的信息。在BCH所含的信息中，还包括了SYNC-UL与F-PACH资源、F-PACH与P-RACH资源、P-RACH资源与(P/S)-CCPCH（承载FACH逻辑信道）资源的相互关系。因此，当UE发送SYNC-UL序列时，它就知道了接入时所使用的F-PACH资源，P-RACH资源和CCPCH资源。在UE端，物理随机接入流程根据MAC子层的请求来启动的。在物理随机接入过程启动之前，层1通过原语CPHY-TrCH-Config-REQ从RRC层接收下面的信息(这些信息都是网络端通过SIB5或者SIB6告诉UE的)：现在网络只开了SIB5： 签名（signatures）和F-PACH的关联关系、F-PACH和P-RACH以及P-RACH和S-CCPCH的关系，其中包括每一个物理信道的参数值； 与F-PACH相关的RACH消息的长度L，可以配置为1、2或者4个子帧，对应的时间为5ms、10ms或者20ms； 每个接入业务等级（ASC）可用的UpPCH子信道； P-RACH消息的传输格式参数集； UpPCH中的最大发送次数M； 等待网络对发送签名确认的最大子帧个数WT，范围为(14)帧，层1支持的最大的值为4个子帧； 初始签名功率Signature Initial Power； 功率跃升步长Power Ramp Step。上面的参数在每次物理随机接入流程启动之前由上层进行更新。每次物理随机接入流程启动的时候，层1从MAC层接收到下面的信息： P-RACH消息的传输格式； 用于指定的随机接入流程的ASC包括定时和功率电平指示；注意：为了提供RACH使用的不同的优先级，物理RACH资源（也就是接入时隙和同步码）可以分为不同的接入服务类别（ASC）。可以有超过一个ASC或者所有的ASCs被指定为同样的接入时隙或者同步码。因此，根据对应关系，为了确定随机接入过程的物理信道资源，必须先确定ASC 。确定方法：1. 由AC得到ASC-初始接入2. 由MAC选择ASC-由UE MAC选择ASC，然后告诉UE的物理层 需要发送的数据（传输块集）。2. 随机接入过程在UpPTS中紧随保护时隙之后的SYNC-UL序列仅用于上行同步，UE从它要接入的小区所采用的8个可能的SYNC-UL码中随机选择一个，并在UpPTS物理信道上将它发送到基站。然后UE确定UpPTS的发射时间和功率（开环过程），以便在UpPTS物理信道上发射选定的特征码。一旦Node-B检测到来自UE的UpPTS信息，那么它到达的时间和接收功率也就知道了。Node-B确定发射功率更新和定时调整的指令，并在以后的4个子帧内通过F-PACH（在一个突发/子帧消息）将它发送给UE。一旦当UE从选定的F-PACH（与所选特征码对应的F-PACH）中收到上述控制信息时，表明Node-B已经收到了UpPTS序列。然后，UE将调整发射时间和功率，并确保在接下来的两帧后，在对应于F-PACH的PPACH信道上发送RACH。在这一步，UE发送到Node-B的RACH将具有较高的同步精度。之后，UE将会在对应于FACH的S-CCPCH的信道上接收到来自网络的响应，指示UE发出的随机接入是否被接收，如果被接收，将在网络分配的UL及DL专用信道上通过FACH建立起上下行链路。在利用分配的资源发送信息之前，UE可以发送第二个UpPTS并等待来自F-PACH的响应，从而可得到下一步的发射功率和SS的更新指令。接下来，基站在FACH信道上传送带有信道分配信息的消息，基站和UE间进行信令及业务信息的交互。图1随机接入过程2.1 UE发送SYNC-UL随机接入过程始于UE在UpPCH信道上发送上行同步码SYNC-UL。UE首先将签名重发计数器设为M，将信号发射功率设置为Signature_Initial_Power，如果要求的信号发射功率超过了最大允许值，把信号发射功率设置为最大允许功率，然后从小区允许使用的上行同步码里面随机地选取一个，发送SYNC-UL。1. SYNC-UL码的选择从小区允许使用的上行同步码中随机地选择一个，选取时应满足概率一致分布的原则。2. SYNC-UL码功率的确定PUpPCH = LPCCPCH + PRxUpPCHdes + (i-1)* Pwrramp3. SYNC-UL发送时机UpPCH使用开环上行同步控制，UE使用接收到的P-CCPCH和DwPCH功率来估计基于路径损耗的传播延迟Dtp。UpPCH根据接收到的DwPCH时间向Node-B提前发射。UpPCH开始发射的时间TTXUpPCH如下：TTX-UpPCH=TRX-DwPCH-2Dtp+12*16TC精度为1/8码片。TTX-UpPCH是根据UE的定时UpPCH发射开始时间。TRX-DwPCH是根据UE定时接收到的DwPCH的开始时间。2Dtp是UpPCH的定时提前，可以根据路径损耗来进行近似地估算，但规范里并没有给出具体的估算算法。2.2 接收F-PACH突发UE发出SYNC-UL后，将从下一子帧开始在F-PACH物理信道上等待接收F-PACH突发。Node-B使用快速接入信道（F-PACH）承载一个单独的突发用于对检测到的签名进行确认，包括向UE进行定时和功率电平的调整指示。最长等待时间WT由系统信息广播。如果在预期时间内没有检测到有效应答：UE将提升签名发射功率P0=PowerRampStepdB，签名重发计数器减1，如果计数器小于等于0，则向MAC子层报告一次随机接入失败。在TD-SCDMA系统中，每个小区可以配置多个F-PACH，其具体的数目由系统信息广播。在这种情况下，UE应监听的下行F-PACH按下式确定：F-PACHi=SYNC-ULjmodN(j=1,2,8)式中：F-PACHi：UE应监听的下行F-PACH信道号。SYNC-ULj：UE在UpPTS时隙发送时所选择的小区上行同步码编号，范围为18。N：服务小区配置的F-PACH信道数目。 F-PACH突发有32位信息比特。具体信息如下图所示：Information fieldLength(inbits)Signature Reference Number（签名参考号）3(MSB)Relative Sub-Frame Number（相对子帧号）2Received starting position of the UpPCH(UpPCHPOS)（收到UpPCH的开始位置）11Transmit Power Level Command for RACH message（在P-RACH上的传输功率命令）7Reserved bits(default value:0)9(LSB)1) 签名参考序号签名参考号就是UE发送的SYNC-UL在小区码组中的编号。UE使用这个信息来确认是否对F-PACH消息进行接收。签名参考序号用3个比特进行编码，范围为0-7，位序列（000）对应小区的第一个签名参考号，位序列(111)对应小区的第8个签名参考号。2) 相对子帧序号UE收到F-PACH突发时的子帧号与发送SYNC-UL时的子帧号之差，UE使用这个信息来确认对F-PACH消息的接收。相对子帧序号的范围是0-3，编码如下：位序列(00)表明有一个子帧的偏差；位序列为(11)表明4个子帧的偏差。3) 接收到的UpPCH(UpPCHPOS)的开始位置该字段表示NODE-B在”SYNC-UL检测窗”内检测到的SYNC-UL位置。时间基准为DwPTS的结束点，精度为1/8chip.该字段直接指示了UE在以后对网络进行发送的定时调整。Node-B根据下面的等式进行计算：UpPCHPOS=UpPTSRxpath-UpPTSTSUpPTS Rxpath：在Node-B上接收到的SYNC-UL的时刻。UpPTS TS：根据Node-B的内部定时，在DwPCH结束前的两个符号的时间。在接入到网络的时候，UE使用这个信息调整自己的定时信息。UpPCHPOS的取值范围0-2047，编码如下：位(00,000)表示接收的开始位置为0码片;位(11,111)表示接收的开始位置为2047*1/8码片。4) 在RACH上的发射功率命令(TPLC)该值不是绝对功率命令，它是NODE-B的一个期望接收功率。UE在P-RACH上发送时，应按下面给出的开环功率计算公式重新计算发送功率，也就是说，尽管NODE-B根据接收功率对UE进行了调整，但UE在P-RACH上的发送仍属于开环功率控制范畴，同样需要按下式重新计算发送功率：2.3 UE在P-RACH上发消息UE在调整了发送功率及定时后，将在选定的P-RACH信道上发送层3消息“RRC CONNECTION REQUEST”。消息中包含了UE的识别信息和可靠的测量信息，在TD-SCDMA系统中，一条F-PACH物理信道可对应多条P-RACH（14）。这种对应关系一方面取决于P-RACH所用的扩频因子，另外一方面也取决于系统配置。两者的映射关系如下式所示：式中：SFN：系统子帧号。Li：第一F-PACH信道对应的P-RACH数目。这一对应关系由系统信息广播。NP-RACH：UE发送层3消息时应使用的P-RACH信道编号。2.4 RACH传输控制过程（UE侧）UEMAC通过原语CMAC-Config-REQ从RRC接收下面的RACH发射控制参数： ASC参数集，包括每个ASC、P-RACH分段标识和连续值Pi（I0，,NumASC）； 最大的同步试探个数Mmax。当有数据要发送的时候，MAC从ASCs里面选择ASC，ASC里面包括P-RACH分段和相关的持续值Pi的标识。根据持续值Pi，MAC决定在当前的发射时间间隔是否启动L1P-RACH流程。如果发射允许，通过发送原语PHY-ACCESS-REQ启动P-RACH发射流程（通过发送SYNC-UL/F-PACH序列开始）。然后MAC通过原语PHY-ACCESS-CNF从L1等待接入信息。如果不允许发送，将在下一个发送时间间隙执行一个新的持续检查程序，该持续检查程序被重复执行直到发送被允许。如果F-PACH确认同步脉冲，物理层采用原语PHY-ACCESS-CNF向MAC通知接入信息，接入信息中带参数“ready for data transmission”，则MAC采用PHY-DATA-REQ原语请求数据传输。如果在一个功率跃迁循环里面，在最大的允许发送次数里面没有在F-PACH上收到对同步突发的确认，PHY会通过原语PHY-ACCESS-CNF告诉MAC层“没有在F-PACH上收到响应”。如果没有超过允许的最大同步试探Mmax，那么MAC在下个发射时间间隔里面开始一个新的持续测试系列，然后重复PHY-ACCESS-REQ流程。定时器T2确保两个连续的持续测试至少间隔一个TTI。如果最大的同步试探次数超过，MAC放弃RACH流程。通过原语CMAC-STATUS-Ind或者MAC-STATUS-Ind向上层指示MAC流程完成失败。2.5 UE在CCPCH上接收消息UE在P-RACH信道发送出“RRC连接请求”消息后，将在配置的S-CCPCH物理信道（承载的传输信道为FACH）上接收所有的数据块，以查找是否有属于自己的“RRC CONNECTION SETUP”消息。在TD-SCDMA系统中，一个小区可以配置