LTE随机接入过程详解

1、LTE初始随机接入过程详解LTE初始随机接入过程.UE选择合适的小区进行驻留以后，就可以发起初始的随机接入过程了 .LTE中，随机接入是一个基本的功能，UE只有通过随机接入过程，与系统的上行同步以后，才能够被系统调度来进行上行的传输丄TE中的随机接入分为基于竞争的随机接入和无竞争的随机接入两种形式.初始的随机接入过程，是一种基于竞争的接入过程，可以分为四个步骤 MSG1-4,：前导序列传输(MSG 1)(2) :随机接入响应(MSG 2)(3) : MSG3 发送(RRC Connection Request).(4) :冲突解决消息.(MSG 4)Msg1 :上行，UE 发 Preamble

2、Msg2 :下行，eNodeB 对 Preamble 做响应Msg3 :上行，UE发出Msg3，里边携带UE ID（ S-TMSI或者随机数）Msg4 :下行，eNodeB对Msg3的UE ID做响应，UE通过比对 Msg3和Msg4的ID，判断竞争是否成功所谓MSG3,其实就是第三条消息，因为在随机接入的过程中，这些消息的内容不固定，有时候可能 携带的是RRC连接请求，有时候可能会带一些控制消息甚至业务数据包，因此简称为MSG3.第一步:随机接入前导序列传输LTE 中, 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

3、 ）.其中 , 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.? sib2 :? s ? radioResourceConfigCommon? rach-ConfigCommon? preambleInfo? numberOfRA-Preambles n52?,? powerRampingParameters? powerRampingStep dB4,? preambleInitialReceivedTargetPower dBm-104?,? ra-SupervisionInfo? preambleTra nsMax n1

4、0,? ra-Respo nseWi ndowSize sf10,? mac-Co nten tio nResolutio nTimer sf48?,? maxHARQ-Msg3Tx 4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.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

5、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.所谓UE满足发射功率指的是UE 的路损 > PCMAX -preambleInitialReceivedTargetPower -deltaPreambleMsg3 -messagePowerOffsetGroupB (36.321)UE通过选择GroupA或者GroupB里面的前导序列，可以隐式地通知eNodeB其将要传输的MSG3的 大小.eNodeB可以据此分配相应的上行资源，从而避免了资源浪费.eNodeB通过preamble in itialRe

6、ceivedTargetPower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 （Referenee? Signal? Received Powei的平均来得到.？这样可以使得eNodeB接收到的前导 序列功率与路径损耗基本无关，从而利于NodeB探测岀在相同的时间-频率资源上发送的接入前导序 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, (RandomAccess Response), RAR的时间窗是从UE发送了前导序列

7、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 . ?步骤二 : 随机接入响应 (RAR).?

8、 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.UE 需要在 PDCCH 上使用 RA-RNTI(Random Access RNTI) 来监听 RAR 消息 .? RA-RNTI =1 + t_id + 10*f_id其中，? t_id 发送前导的 PRACH 的第一个 subframe索引号(0 <= t_id <

9、 10)? f_id,在这个subframe里的PRACH索弓也就是频域位置索引，(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eNodeB可以分别计算岀前导序列对应的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 . ?在 RAR消息中，还可能存在一个backof

10、f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 时间范围 , 就由 backoff indictor 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 .步骤三: MSG3 发送 （RRC Connection Request）.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

11、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 .MSG3 是第一条基于上行调度 ,通过 HARQ （Hybrid Automatic Repeat request）, ? 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RRCConnectionReque

12、st.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 ）.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。步骤四 : 冲突解决消息 .?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UE ID与自己在Msg3中上报给eNodeB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.否则的话，UE认为此次接入失败，并按照上面所述的规则进