比较详细的LTE随机接入过程

LTE随机接入过程李晓目录物理信道PRACH前导序列的产生MSG2发送preamble(MSG1)MAC层处理MSG3MSG4物理信道PRACH

PRACH结构物理信道PRACHPRACH格式时频域资源对于格式1到3，频域间隔1.25k，占用864个子载波(ZC序列长度839，剩余25个子载波两边保护)。格式4，频域讲7.5k，占用144个子载波（ZC序列139，剩余5个两边保护）。物理信道PRACH物理信道PRACH时频位置对于TDD，格式有4种，和TDD上下行帧划分和prach-ConfigIndex有关，见211表Table5.7.1-3。prach-ConfigIndex确定了四元结构体

，决定了prach发送的时频位置。在211表Table5.7.1-4中配置。其中

是频率资源索引。

分别表示资源是否在所有的无线帧，所有的偶数无线帧，所有的奇数无线帧上重现。

表示随机接入资源是否位于一个无线帧的前半帧或者后半帧。

表示前导码开始的上行子帧号，其计数方式为在连续两个下行到上行的转换点间的第一个上行子帧作为0进行计数。但对于前导码格式4，

表示为(*)。前导序列产生

每个基站下有64个preamble序列，怎么产生呢？

由逻辑根序列号RACH_ROOT_SEQUENCE查表Table5.7.2-4得到物理根序列号。用zeroCorrelationZoneConfig以及highSpeedFlag（如果为高速，则是限制级）查211表格Table5.7.2-2得到循环位移NCS;用循环位移NCS与根序列，得到64个preamble序列。1个根序列可能无法生产64个preamle序列，则取下一个根序列继续生成，直到得到64个preamble。MAC层处理流程MAC层处理触发条件RRC信令触发。包括切换，初始入网，idle醒来需要做随机接入。此时没有C-RNTI,msg3在CCCH中发送，在msg4中会携带msg3的内容作为UE标识让UE知道是否该msg4是针对自己的。UEMAC层触发：此时已经有了C-RNTI，不是为了入网而是为了2种情况：a、UE自己发现好久没有调整ultiming了需要重新调整；b、没有SR资源但需要BSRPDCCHDCIformart1A触发：基站发现UE的ultiming老不对了,可能是“TimingAdvanceCommandMACControlElement”老调整不好了（该方式时相对值调整），基站复位一下UE的timing调整参数（随机接入的timing调整时绝对值调整，做完后应当复位一下相对值参数，以后用MAC控制元素相对值调整）

。基站通过1个特殊的DCIformat1a告知UE开始随机接入，该DCI并不分配下行带宽，只是指示随机接入。RNTI用C-RNTI加扰；字段“Localized/DistributedVRBassignmentflag”设置为0Resourceblockassignment–bits设置为全1PreambleIndex–6bitsPRACHMaskIndex–4bits剩下的bits全填0。

按照是否竞争，又分Contentionbased和Non-contentionbased。非竞争的消息如果PreambleIndex（码索引）填为全0则表示使用竞争的。如果PreambleIndex不为0，但PRACHMaskIndex（时频资源索引）为0也是可以的，说明码资源基站单独分配UE了，但时频资源UE还是要自己竞争（感觉这样做很无聊，一般实现应该是都一起分配了吧）。

发送preamble（MSG1）发送Preamble先必须得到一些PRACH和RACH的配置参数，才能发起随机接入。确定时频资源。prach-ConfigIndex确定码资源。先从RACH_ROOT_SEQUENCE查表确定根序列，zeroCorrelationZoneConfig以及highSpeedFlag确定了循环位移，则可以从根序列确定64个preamble序列。把这64个序列取一部分（RRC配置numberOfRA-Preambles），取的这部分又分为2组（组A和组B），RRC配置了numberOfRA-Preambles，则组B大小为numberOfRA-Preambles-numberOfRA-Preambles。确定功率资源。组B用来传大数据的msg3，但由于RB多了多功率有要求。计算组B传输的功率不能大于最大功率，用到参数deltaPreambleMsg3。确定RAR响应窗口ra-ResponseWindowSize；每次preamble不成功后重发增加的功率。powerRampingStepPreamble最大重传此时。preambleTransMax初始功率。preambleInitialReceivedTargetPowerPreamble功率偏移。DELTA_PREAMBLEMSG3的HARQ重传次数。maxHARQ-Msg3Tx发送组B的preamble需要用到的功率参数messagePowerOffsetGroupB等待msg4成功完成的定时器mac-ContentionResolutionTimer。

参数得到后，清空msg3buff，设置preamble传输次数为1（PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER=1），设置backoff参数为0，选择随机接入资源。注明：如果已经开始了随机接入，基站又指示开始新的一个，UE选哪个由UE厂家自己决定。发送preamble（MSG1）RRC配置参数PRACH-ConfigfielddescriptionshighSpeedFlagParameter:High-speed-flag,seeTS36.211,[21,5.7.2].TRUEcorrespondstoRestrictedsetandFALSEtoUnrestrictedset.产生序列时用，如果为高速，则用限制级的序列偏移。prach-ConfigIndexParameter:prach-ConfigurationIndex,seeTS36.211[21,5.7.1].确定时频位置时用，确定帧号、子帧号、时隙号，即确定时域位置。prach-FreqOffsetParameter:prach-FrequencyOffset,seeTS36.211,[21,5.7.1].

ForTDDthevaluerangeisdependentonthevalueofprach-ConfigIndex.确定时频位置时用，确定频域位置，相对顶部（或底部）多少个RB。rootSequenceIndexParameter:RACH_ROOT_SEQUENCE,seeTS36.211[21,5.7.1].根序列逻辑索引，产生序列时用，zeroCorrelationZoneConfigParameter:NCSconfiguration,seeTS36.211,[21,5.7.2:table5.7.2-2]forpreambleformat0..3andTS36.211,[21,5.7.2:table5.7.2-3]forpreambleformat4.产生序列时用，觉得序列偏移。发送preamble（MSG1）mac-ContentionResolutionTimerTimerforcontentionresolutioninTS36.321[6].Valueinsubframes.Valuesf8correspondsto8subframes,sf16correspondsto16subframesandsoon.maxHARQ-Msg3TxMaximumnumberofMsg3HARQtransmissions

inTS36.321[6],usedforcontentionbasedrandomaccess.Valueisaninteger.MSG3的最大HARQ传输次数messagePowerOffsetGroupBThresholdforpreambleselectioninTS36.321[6].ValueindB.Valueminusinfinitycorrespondsto–infinity.ValuedB0correspondsto0dB,dB5correspondsto5dBandsoon.用组B时，UE发送时功率需要大几个DBmessageSizeGroupAThresholdforpreambleselectioninTS36.321[6].Valueinbits.Valueb56correspondsto56bits,b144correspondsto144bitsandsoon.用组A时，MSG3的最大的消息大小。numberOfRA-PreamblesNumberofnon-dedicatedrandomaccesspreamblesinTS36.321[6].Valueisaninteger.Valuen4correspondsto4,n8correspondsto8andsoon.Preamble总共的个数powerRampingStepPowerrampingfactorinTS36.321[6].ValueindB.ValuedB0correspondsto0dB,dB2correspondsto2dBandsoon.UE重发preamble时，每次功率增加的步长preambleInitialReceivedTargetPowerInitialpreamblepowerinTS36.321[6].ValueindBm.ValuedBm-120correspondsto-120dBm,dBm-118correspondsto-118dBmandsoon.基站期望的目标功率preamblesGroupAConfigProvidestheconfigurationforpreamblegroupinginTS36.321[6].Ifthefieldisnotsignalled,thesizeoftherandomaccesspreamblesgroupA[6]isequaltonumberOfRA-Preambles.符合参数，包含sizeOfRA-PreamblesGroupA，messageSizeGroupA，messagePowerOffsetGroupB如果没有该参数数目只有组A没有组B，组A的大小和RA组大小一样。preambleTransMaxMaximumnumberofpreambletransmissioninTS36.321[6].Valueisaninteger.Valuen3correspondsto3,n4correspondsto4andsoon.Preamble最大发送次数ra-ResponseWindowSizeDurationoftheRAresponsewindowinTS36.321[6].Valueinsubframes.Valuesf2correspondsto2subframes,sf3correspondsto3subframesandsoon.UE发送完preamble后，等待响应的窗口，如果窗口没有收到响应，认为基站没有收到。窗口为“发送完preamble的最后一个子帧+3”到“发送完preamble的最后一个子帧+3+ra-ResponseWindowSize”发送preamble（MSG1）ra-PRACH-MaskIndexExplicitlysignalledPRACHMaskIndexforRAResourceselectioninTS36.321[6].非竞争时用，表明时频位置。ra-PreambleIndexExplicitlysignalledRandomAccessPreambleforRAResourceselectioninTS36.321[6].非竞争时用，表明UE发的码序列索引。发送preamble（MSG1）此外还要用到几个参数用来算功率与路损的，MAC和PHY用P-Max，终端最大发送功率，msg3发送功率的最大值。如果基站sib中配置了就用基站的，否则用36101中规定的23dbm（不像wimax每个终端的能力可以不一样，lte是基站告诉UE而不像wimax相反）。referenceSignalPower基站RS发送功率，用来算路损，发送msg3betaOffset-CQI-Index：CQI在PUSCH中传输时，占的总资源比例，在基站指定的随机接入中如果上报CQI就会用到，既用来决定msg3的CQI占用的RE数，也会用来做msg3的功控。deltaMCS-Enabled:msg3功控时，是否需要针对不同调制方式做修正。发送preamble（MSG1）资源选择步骤1：选取码资源

RRC如果配置了指定的资源，则用RRC配置的，参数ra-PreambleIndex为码索引，ra-PRACH-MaskIndex为时频位置。当RRC配置了指定的资源（ra-PreambleIndex不全为0），则选择指定的资源。

如果RRC没有配置指定的资源，则如果MSG3没有传输过：

如果组B存在，且需要传输的MSG3大于messageSizeGroupA，则看组B要求的功率是否满足，如果满足则随机选取组B的码发送。判断条件为：PCMAX–preambleInitialReceivedTargetPower–deltaPreambleMsg3–messagePowerOffsetGroupB>0如果MSG3传输过，现在重传，则选取码组时，和上次一样。在组B或组A随机选一个。

步骤2：选取时频资源协议容许指定码资源但不指定时频资源。但不容许指定时频资源但不知道码资源。

如果非竞争接入，PRACHMaskIndex=ra-PreambleIndex,否则PRACHMaskIndex=0

B、参考参数prach-ConfigIndex与PRACHMaskIndex,ra-PreambleIndex,选取时频资源

如果指定了ra-PreambleIndexd(码资源)但没指定时频资源PRACHMaskIndex，则随机选择一个时频资源。

如果码资源没有指定，则随机选择1个时频资源，再在该资源后面连续2帧再选2个资源，最后在这3个资源中几率均等的选取一个。发送preamble(MSG1)功率选择PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER=preambleInitialReceivedTargetPower+DELTA_PREAMBLE+(PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER–1)*powerRampingStep;可见，发码的时候是不用协议中功控公式的，不需要估计路损等参数，指示从目标功率开始从最小的一次次往上抬功率。RAR(MSG2)监听窗口UE第n帧发完RA后，在n+3到n+3+ra-ResponseWindowSize监听基站的RAR响应。ra-ResponseWindowSize最大为10，如果更大会引起其他传输的误解。RA-RNTIRAR对应的PDCCH中CRC用RA-RNTI加扰，RA-RNTI=1+t_id+10*f_id。t_id为子帧索引，f_id为子帧内的第几个时频资源。可见，UE只能解出自己发送preamble的时频资源的RAR。RAR（MSG2）RAR消息头针对同一个RA-RNTI（时频资源），可能基站能解出多个码的preamble，也可能一个也解不出来。基站应当针对所有解出的preamble回一个大RAR消息，该消息包含若干子RAR消息体（每个消息体对应1个RAPID子头，RAPID是preamble的码索引），每个消息体针对不同的preamble码回的。但backoff参数只有一个在MAC子头中。基站必须在一个MAC包中回所有同一RA-RNTI的RAR。RAR（MSG2）RAR消息体Timingadvancecommand：时频调整，绝对值调整，实际调整量为该IE*16个TsTemporaryC-RNTI：临时分配的RNTI，传MSG3时用在传输信道加扰用。

ULGrant如下：-Hoppingflag–1bit是否跳频-Fixedsizeresourceblockassignment–10bits转换后可以得到RIV-Truncatedmodulationandcodingscheme–4bits调制编码率，213中表Table8.6.1-1的前16行-TPCcommandforscheduledPUSCH–3bits相对功率(实际发送MSG3时功控公式中参数

为该值加上(PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER–1)*powerRampingStep)。见213表Table6.2-1；-ULdelay–1bit为0表示是n+k个子帧传输MSG3，为1是表示n+k个子帧后再等下次机会传输MSG3。其中n是收到MSG2的当前帧，k查321表Table5.1.1.1-1得到。-CSIrequest–1bit对于竞争的随机接入没有意义，否则表示CQI

RAR（MSG2）MAC处理查表321表Table7.2-1，设置backoff参数，如果preamble的码索引就是终端发出的preamble，则认为接收RAR成功给PHY调整timing设置功率到PHYpreambleInitialReceivedTargetPower，(PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER–1)*powerRampingStep)，用于msg3的功控。设置msg3的带宽分配到PHY（需要解析一下，看是在mac解析还是在phy解析，见前面“消息体”描述）如果基站指定了码索引ra-PreambleIndex，则认为随机接入完成了，否则:<1>保存TemporaryC-RNTI，msg3要加扰用

<2>如果是第一次收到rar，且msg3不是RRC消息（RRC消息在CCCH上传），则生成msg3时在MAC的控制元素中带上C-RNTI(此时只能是SR资源不可用或者时频太久没有调整，触发随机接入)如果RAR消息头中没有UE自己的preamble索引RAPID，或者在监听窗口没有收到RAR消息，处理一样（213里面说处理是不一样的，和MAC矛盾），MAC的处理见下。发送此时加1.PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER+1如果达到最大preamble发送次数，通知高层如果MAC自己发起的随机接入（SR触发或时偏调整触发），则在0和backoff值中随机选取一个，等到时间结束在发preamble重新选择资源发送preamble。

MSG3MSG3传输方式用HARQ，最大重传次数是RRC配置的maxHARQ-Msg3Tx。用的资源在RAR中的ULGrant中描述，描述了时频位置，跳频，功控参数。传输时机收到RAR后第6帧（36213中描述），如果第6帧不是上行帧，则等到第一个上行帧传输。时频位置收到RAR后第6帧（36213中描述），如果第6帧不是上行帧，则等到第一个上行帧传输。发送功率参考因素：

如果是在组B发送码，对应于组A的功率偏移messagePowerOffsetGroupB，体现在

中，因为分的RB数目多了。在初始发码的时候只是粗略估计一下组B的msg3多需要多少功率，而在RAR之后，就可以精确计算而不需要那个粗略的参数了。

UE最大发送冲率如果基站sib中配置了就用基站的，否则用36101中规定的23dbm（不像wimax每个终端的能力可以不一样，lte是基站告诉UE而不像wimax相反）。为RRC配置，分别是preamble期望接收功率与“MSG3相对preamble的偏移功率”。路损最后preamlbe相对第一次preamble传输抬升的功率。RAR消息中的TPC字段，相当于闭环功控基站调整参数。MSG3内容1、传输信道用TemporaryC-RNTI加扰；Msg3的最大bits数目，在RRC配置中的messageSizeGroupA规定。2、如果是RRC层触发的随机接入，则逻辑信道为CCCH，传输RRC信令,TM方式，携带一个UE标识。MAC还必须保存该CCCH的消息（RRCConnectionRequest消息），用作msg4时的比对判断是否msg4是给自己的。3、如果是MAC层自己触发的随机接入，至少携带一个C-RNTI（此时已经有C-RNTI，在MAC控制元素中携带该C-RNTI而不是TemporaryC-RNTI）。4、每发送完msg3（包括重传），应该起定时器mac-ContentionResolutionTimer监听msg4。

可见，eNodeB不能通过传输信道的TemporaryC-RNTI识别UE，而应该通过解出MAC信息元素或者RRC消息后才知道是哪个UE。MSG4MSG4(ContentionResolution)Msg4意义不同UE可能选择了相同的时频资源，相同的码资源（Preambleindex），