《移动通信无线网络优化》5.1随机接入过程

随机接入的主要目的在小区搜索过程之后，UE已经与小区取得了下行同步，因此UE能够接收下行数据。但UE只有与小区取得上行同步，才能进行上行传输。UE通过随机接入过程（RandomAccessProcedure）与小区建立连接并取得上行同步随机接入的主要目的：获得上行时频同步用户上行带宽资源的申请从RRC-IDLE状态到RRC-CONNECT的状态转换，即RRC连接过程，如初始接入和TAU更新无线链路失败后的初始接入，即RRC连接重建过程在RRC-CONNECTED状态，未获得上行同步但需发送上行数据和控制信息或虽未上行失步但需要通过随机接入申请上行资源在RRC-CONNECTED状态，从服务小区切换到目标小区在RRC-CONNECTED状态，未获得上行同步但需接收下行数据在RRC-CONNECTED状态，UE位置辅助定位需要，网络利用随机接入获取时间提前量（TA:TimingAdvance）竞争接入过程非竞争接入过程随机接入的使用场景随机接入过程的分类基于竞争的接入:手机在广播的前导集合中随机选取一个前导码使用PreambleGroupA/B当两个手机选取同一个前导码时，竞争发生适用于所有的随机接入场合

基于非竞争的接入:手机所用的前导码是由基站分配的随机接入过程通过三步完成第四步用来解决冲突无须解决冲突1.什么是前导码Preamble前导码Preamble是UE在物理随机接入信道中发送的实际内容，由长度为Tcp的循环前缀CP和长度为Tseq的序列Sequence组成。LTE-TDD的前导码有5种格式，分别是PreambleFormat0/1/2/3/4，如下图所示。（1）每种前导码格式占用的子帧个数。因为TDD-LTE的每个子帧时长是30720Ts，从表中可以得出，前导码格式0的Preamble时间=3168Ts+24576Ts=27744Ts<30720Ts，只需要占用1个上行子帧，同样可以计算得到，前导码格式1、2需要占用2个上行子帧，前导码格式3则需要占用3个上行子帧才能发完。特殊地，前导码格式4只能在UpPTS中使用，即LTE-FDD没有格式4。示意图如下。（2）每种前导码支持的最大小区半径。因为每个子帧的长度是30720Ts，去掉前导码占用的时间，那么前导码格式0还剩下的保护时间GT=（30720-3168-24576）Ts=2976Ts=2976*[1/(15000*2048)]s=96.875us。之所以空出一部分的保护间隔，在于随机接入之前，UE还没有和eNB完成上行同步，UE在小区中的位置还不确定，因此需要预留一段时间，以避免和其他子帧发生干扰。考虑eNB和UE之间的往返传输，因此最大小区半径=(3.0*10^8)m/s*96.875us/2=

14.53km。同理，可以计算得到其他前导码格式的最大小区覆盖半径。因此，不同的小区覆盖半径，可以选择不同的前导码格式。这也是为什么前导码要分不同格式的原因。初始接入消息流程TemporaryC-RNTI就作为该UE以后C-RNTIRA-RNTI：即收到Msg1的子帧号+1取值范围：1~10NASUEID：来自EPC的S-TMSI

或者randomvalueintherange0..2exp（40）-1前导码序列集合包括根序列和由该根序列生成的循环移位序列，计算过程分为两个大的步骤：（1）生成一个ZC（Zadoff-Chu）根序列Xu(n)，作为一个基准序列

（2）将基准序列Xu(n)进行循环移位，生成63个不同的循环序列Xuv(n)Preamble：用于竞争的随机接入的preamble中groupA和groupB区别于ENB在后续RAR中给Msg3分配的上行资源大小。若UE接入时估计后续Msg3可能比较大（大于MessageSizeGroupA，在sib2中定义），并且路径损耗pathloss小于PCMAX,c–preambleInitialReceivedTargetPower–deltaPreambleMsg3–messagePowerOffsetGroupB，则使用groupB中的preamble；否则使用groupA中的preamble。这样eNodeB就能够根据收到的preamble知道该preamble所属的group，从而了解Msg3的大致资源需求。如果不分组，就必须统一采用较高的grant配置，可能损失一些上行效率。GroupA/B中的preamble序列本身并没有太大区别，只有它们的划分才是有意义的，用于告诉eNodeB后续的资源需求。若是基于非竞争的随机接入，例如handover，使用的preamble是由eNodeB直接指定的。为了避免冲突，此时使用的preamble是除groupA和groupB外的预留preamble。

PRACH时频资源：PRACH用于传输randomaccesspreamble。某小区可用的PRACH时频资源是由SIB2的prach-ConfigIndex和prach-FrequencyOffset字段决定的。一旦这两个字段决定了，对接入该小区的所有UE而言，preamble的格式（format）和可选的PRACH资源就固定了。（注明：在某个PRACH时频资源上，可能不止一个UE发送Preamble码进行随机接入，此时Preamble的正交性发挥作用。）每个PRACH资源在频域上占用6个连续RB的带宽，这正好等于LTE支持的最小上行带宽。因此，不管小区的传输带宽有多大，都可以使用相同的RApreamble结构。（规定了PRACH使用的频域资源，6RB）preamble在时域上的长度取决于配置，其中FDD可使用1~3个子帧数的时域资源，具体可见TS36.211Table5.7.1-1。（规定了PRACH使用的时域资源，1~3个子帧数，FDD）Q：不同的时域资源有什么区别？A：小区半径（上行）。但同时需注意的是，时域占越多的子帧数，相应可用于传输上行数据的资源也越少。

随机接入过程（基于竞争）：

整个过程包含4个步骤。步骤一：UE发送Preamble，以告诉eNodeB有1个随机接入请求，同时eNodeB能通过接收到的preamble估计与UE的传输时延从而校准上行timing。UE要成功发送preamble，需要：1）选择preambleindex；2）选择用于发送preamble的PRACH资源；3）确定对应的RA-RNTI；4）确定目标接收功率PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER步骤二：eNodeB发送RandomAccessResponse。UE发送了preamble之后，将在RAR时间窗（RAResponsewindow）内监听PDCCH，以接收对应RA-RNTI的RAR（此时不考虑可能出现的measurementgap）。如果在此RAR时间窗内没有接收到eNodeB回复的RAR，则认为此次随机接入过程失败。RAR时间窗起始于发送preamble的子帧+3个子帧，并持续ra-ResponseWindowSize个子帧。

Q：UE怎么知道哪个RAR消息里面有自己的信息？

A：通过RA_RNTI

RNTIUsageTransportChannelLogicalChannelP-RNTIPagingandSystemInformationchangenotificationPCHPCCHSI-RNTIBroadcastofSystemInformationDL-SCHBCCHRA-RNTIRandomAccessResponseDL-SCHN/ATemporaryC-RNTIContentionResolution

(whennovalidC-RNTIisavailable)DL-SCHCCCHTemporaryC-RNTIMsg3transmissionUL-SCHCCCH,DCCH,DTCHC-RNTIDynamicallyscheduledunicasttransmissionDL-SCH,UL-SCHDCCH,DTCHC-RNTITriggeringofPDCCHorderedrandomaccessN/AN/ASemi-PersistentSchedulingC-RNTISemi-Persistentlyscheduledunicasttransmission(activation,reactivationandretransmission)DL-SCH,UL-SCHDCCH,DTCHSemi-PersistentSchedulingC-RNTISemi-Persistentlyscheduledunicasttransmission(deactivation)N/AN/ATPC-PUCCH-RNTIPhysicallayerUplinkpowercontrolN/AN/ATPC-PUSCH-RNTIPhysicallayerUplinkpowercontrolN/AN/A基站

发送消息2:随机接入响应承载在PDSCH上由PDCCH指示（DCI-1CadrressedtoRA-RNTI）没有HARQ内容TA（定时提前命令）临时C-RNTI；UL-Grant（给手机发送消息3的上行调度许可）。手机在响应窗口里等待随机接入响应如果在窗口内没有收到，则认为失败;否则发起第三步。UEeNB12Mindelay2msMsg2:RAresponseonPDSCHMsg1:preamble随机接入过程(场合1,基于竞争)

－－－－第二步随机接入过程(场合1,基于竞争)

－－－－第三步手机发送消息3承载在PUSCH带HARQ；内容RRCConnectionRequestNASUEID；没有NAS消息……基站检测消息3,产生A/N；内容检验2UEeNBMsg1:preambleMsg2:RAresponseonPDSCHmindelay2ms1Msg3:connectionrequirement,ect3Delayabout5ms随机接入过程(场合1,基于竞争)

－－－－第四步基站发送消息4,竞争解决承载在PDSCH带HARQ内容NASID……手机发现自己的NASID的手机把临时C-RNTI变为C-RNTI;随机接入过程结束,等待后面的上下行调度许可没有发现自己的NASID的手机,知道发生了竞争,在一个回退时间之后发起另外一次随机接入。2UEeNBMsg1:preambleMsg2:RAresponseonPDSCHmindelay2ms1Msg3:connectionrequirement,ect3Delayabout5msMsg4:contentionresolution4DelayBasedoneNB非竞争随机接入是UE根据eNB的指示，在指定的PRACH信道资源上使用指定的Preamble码发起的随机接入，适用于切换、下行数据到达但失步、定位的场景。非竞争随机接入的主要过程0.eNB向UE发送RAP