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LTE随机接入流程研究


L E 随 机 接 入 流 程 研 究  T
陈  昌  
( 重庆邮电大 移动通信童点实验室, 学 重庆406) 005  
摘 要 : L E随 机接 入 过 程 的 特 点 、 发 的 环 境 入 手 , 明 随机 接 入 是 保 证 通 信 建 立 的 决 定性 环 节 ; 细 分析 了 从 T 触 说 详  

基 于竞

争模 式的随机接入过程 的各 个流程 , 包括 流程 中的各种 定 时器的触发条 件、 参数的 配置 以及 5种触发条件 
在 过程 中的 不 同 。  

关键词 : 自动 重 传请 求 ; 行 物 理 共 享 信 道 ; 上 下行 物 理 共 享信 道 

Re e r h o   s a c   n LTE  RA CH  r c s   p o es
CHEN  Cha g n  ( yL bo  o i  o u iaosT cnlg , hnqn  nvri f ot adTlcm nct n ,C og ig O o 5 . Ke a fM bl C mm nctn eh o y C ogigU iesyo  s  n  eeo muiai s h nqn  o 6 ,P R.C ia  e i o t P s o 4 hn )
Absr c : F rt hs p p rprpo e  h tt e r n m  c e si he k y p i tt  n ur h   sa ls me to  o t a t is ,t i  a e   o s st a h  a do a c s  st   e   o n o e s e te e tb ih n  fc mmun c to   ia in fo t   h r ce sis a d e vio me to  h   r m he c a a t r tc   n   n r n n   fte LTE a do a c s  o e s Se o l i r n m  c e sprc s . c ndy,te pa e   ic s e  he rnd m  e  h   p rds u s st   a o a — c s  r c s  a e   n he c mp tto   o e sp o e s b s d o t   o e i n m de, icud n  h  rg e   o di o   nd p r mee   o fg ain o   ifr n  i r i n l i g t e tig rc n t n a   a a tr c n iurto   fdfe e ttme   i a  h   ifr nc s o   v  rg e   o diin . nd t e d fee e  ff e t g rc n to s  i i

K yw r sH R P S H; D C   e  od : A Q; U C P S H

0 引  言   
随机 接人 是 终 端 在 开 始 和 网络 通 信之 前 的 接  入过 程 , 保证 通 信建 立 的决 定性 环 节 。随机 接 人  是
过程 直接影 响 到系统 的性 能 , 因此必 须 对 L E系 统  T 的随机接 人 过 程 进 行 详 细 分 析 。本 文 将 从 随机 接 

化 一个 基于 竞争 的随 机 接人 过 程 。在 这 个 过程 中 ,   随机接 人 前 导 序 列 由 U E随机 选 择 , 样 就 会 导致  这 有 可 能多 于 一 个 U 同时 传输 同一 个 前 导序 列 , E 所 

以需要一 个解 决竞 争 的过程 。   e oe 以通过给 U N dB可 E分配一个 专用 的前导序列 
来避免竞 争 的发 生 , 这就是 非竞争 模式 。由于省去 了  选择前 导这个过程 , 非竞争模式快于竞争模式。  
1 2 L E中 随机接入 过 程的类 型  .  T

人 目的人手 , 析 L E系 统 的随 机 接 入 过 程, 细  分 T 详
说明整 个流 程 的设计 。  

1 随机 接 入 过 程 
j j

在 L E中 , 5种 情 况 将 会 触 发 随 机 接 入 过  T 有
程 : R C IL 从 R — D E状 态 开 始 初 始 接 入 ; R R C连接 重 


11 概述  .

i 建 过程 ;   切换 ; E处 于 R C C N E T D状态 , E U R —O N CE U 

随机接入过程 的 目的是为数据传输分 配资 源  或 者取得 上行 同步 。随机 接 入过 程分 为两 种 类 型 :  
同步 随机接 人过 程 和非 同步接 人 。 当 U E已经 和 系 

要接 收新 的下 行 数 据 , 是 上 行 非 同步 , 要 随 机  但 需
接 入过程 建立 同步 ; E处 于 R C C N E T D状  U R — O N CE

态 ,E要接 收新 的上 行数 据 , U 但是 上 行 非 同 步或 者  是没 有 P C H资 源可 以传输 S U C R信息 , 时需 要 随  此 机接 人过 程 。正 常 的 下 行 链 路 或 者 上 行链 路 的 数  据传输 出现 在 随机接 入过 程之后 。  
L E的 R C 的设 计 必须 能够 满足 L E需 求¨ T AH T  

统取 得上行 同 步 时 , E的 随 机 接 入 过 程 称 为非 同  u 步 随机 接人 ; u 当 E没有 和 系统取 得 上行 同步 , 者  或 在丢失上 行同 步 的情况下 称 为非 同步 随机接入 。  
L E随机接人 过 程包 含 F D和 T D模 式 的一  T D D

般 过程 或者 是 与小 区 半 径 无 关 的过 程 。其 接 人 过  程 有两种 模 式 : 争 接 入 和 非 竞 争 接 人 。U 竞 E初 始 

中的低延时( LE需 求 中规定从空 闲状态 向连接状  在 T 态转换必须在10m 内完成 )同时要保证在低 信噪 比  0 s , 环境 ( 在小 区边缘 U E的切换 ) 下有 良好 的检 出率。   其 中基 于 竞争 的模 式适 用 于 以上 5种情 况 , 具 


收 稿 日期 :0 90 -6 20 - 2  6

9 一  

有普遍 适用性 , 基 于非 竞 争 的模 式 只适 用 于 切换  而 和下行 链路 数 据 到 达 的情 况 , 于 这 种 情 况 , 文  鉴 本
主要研 究竞 争模式 下 的随机接 入过程 。  
1 3 随机 接入过 程的大 致流 程  . 

随机接入 尝 试 , 基 站 能 够估 计 e oe 使 N dB和终 端 之  间 的传输 延 迟 。随机 接 人 前 导传 输 所 在 的 时频 资 
源 是通过 P A H传输 的。 网络 向所有 终 端 的广播  RC

信 息 中, 前 导传 输 的 P A H 信道 上 的时 频 资 源  供 R C
是 允许 的 。作 为第 一 步 的一 部 分 , 端 确 定一 个 前  终
导在选 择 的 P A H上 发送 。 RC  

竞争模 式下 的随机 接人 过程如 图 1 所示 。  
<工) 

每个小 区有 6 4个 可用 前 导 , 为两 个组 ( A 分 组  
?



 

 ̄ CH 、 US —



 



 

和组 B , ) 分别作 为 系 统信 息 的 一部 分 来发 送 , 中  其
有一 小部分 是为基 站直接 指 示 U E预 留的 。随机 接 
入前 导选择 及发送 如 图 3所示 。  



 

,  

’ CH ) — DS



 



 

在 同一 个时 间 间隔 , 当终端 发 起一 个 基 于竞 争 
图 1 基 于竞 争 的随 机 接 入 过 程 

的随机接 入 尝试 , 机 地 从 子 集 中选 择 一 个 序 列 。 随  
只要 同一 时 间 没 有其 他 终 端 使 用 同一 个 前 导 序 列  发 起接入 , 那么 冲 突就 不会 发 生 。这 次连 接 尝试 在  很 大程度 上能被 e o e N d B发现 。   用 于选 择 前 导 序 列 的 子集 是 由一 定 数量 的数  据 给 出的 , 即终端 在 U —C L S H上 发送 的数 据 。 因此 ,   e oe N d B可 以从 给终 端 发送 的上行 资 源 中 了解 终端  使 用 的前 导序列 。   如 果终端 已被 要 求进 行 一非 竞 争 的 随机 接入 ,   比如需要 切换 到一 个新 的小 区 , 时使 用 的 的前 导  此 序 列 明确 地 由 e o e N d B指 示 。为 了避 免 冲 突 ,N — eo   d B选择 两个 用 于 竞 争 的组 之 外 的序 列 , 设 定 非  e 来 竞 争 的前 导序 列 。  

基 于竞争 的随机 接人 过程分 为 4个 步骤 :   1 通 过上行 链路 P A H, 载随机 接入前 导 ; ) RC 承   2 在下 行链 路 P S H 中 , 载 随机 接 入 响应 , ) DC 承   U E通过 P C H 中 的 R — N I找 出承 载 该 响 应 的  DC AR T , P S H, D C 响应 中的信 息 至少 要有 随机 前导 标识 符 、 时  间校准信息 、 初始 的 U L授权和临时 C R T 信息 ; —N I   3U ) E传 输消 息 3 该消息 在 P S H 上承 载 , , UC 传  输块 的大小 取 决 于 步骤 2中 的 U L授 权 , 少需 要  至 8  i s这个 过程 中要使 用 H R 0bt , / A Q进程 ;   4 根据 C R T 或者 临时 C R T , ) .N I . N I 把竞 争 解决  消息 发送 到 U 其 中也 包 含 消息 3中的 U E, E标 示 ,  
并且 支持 H R   A Q。

U E检测 到随机 接入成 功 , 但是 此 时没有 C R — -N  T , 么将 T — N I 为 C R T , 而 对 于该 竞 争  I那 CR T 作 . N I然 过程 的其 他 U 该竞 争过 程 不成 功 。一 个 U E, E检 测 

到随机接人成功而且已经具有 CR T , -N I 则继续使用 
这 个 C R T  .N I  n

2 随机 接 入 流 程详 细 分 析   
2 1 随机接入 初始化  .

在 这个 过程被 初 始化 之 前 , 理层 要 接 受来 自 物   高层 的参数 : 随机 接入 信 道 的参 数 以及 产 生 前 导序 
列 的参 数 。  

随机接入过程 的初 始化包 括清空消 息 3缓 冲器 ,   前导传输计数 器置 1U ,E中设 置退避 值为 0I ,  S然后  n 进入到随机接人资源 的选择过程 。如图 2所示 。  

田  涸
2 2 随机 接入前 导 的传 输  .

圆  
图 3 随 机 接 入前 导 选 择 及 发 送   

图 2 随机 接 入 初 始 化 

2 3 随机接 入响应  .


传输 前导 的 目的在 于 向 基 站 指示 当 前 终 端 的 


旦 发 送 了 随 机 接 人 前 导 , 管 是 否 有 测 量  不

l 一 0

DGIA   OMMUNCA ON 2 0 .  I T LC I TI / 0 9 8

G PU A , E都应该在 P C H 中的随机接入 响应窗 中监  DC

它传输 的是 随机 接人 过程 的消息 , 例如 R C连接 请  R 求 , 踪 区域 的数据 更 新 或 者 调度 请 求 。消 息 里 面  追 包 含 临时 CR T 分 配 以及 CR T 或 4 i的 U   -N 1 —N I 8bt E 标 示二 者 之 一 。假 设 第 一 步 的 时 候 发 生 了前 导 的 
冲突 , 冲突 的 U E将会 在 随机 接 人 响应 里 面 接 收 到 

视 由 R R T( A—N I公式 1 标识的 随机接 人 响应 , ) 这个 随 
机接入响应窗 的起始 位置如图 4所示 , 窗长 由基站在 

广播信 息 中发送 。  
P AH RC  lr  i i s 1s     m ll   l i s
窗 的  起始位置 

同样 的 T . N I也会 在传输 消息 3的时候 , 同样  CR T , 在
的上行 时 频 资 源 上 冲突 , 会 导 致 冲 突 的 U 这 E不 能  够解 码 , E也 会 在 H R U A Q计 数 达 到最 大后 重 新 开  始 随机接 入 过 程 。然 而 , 果 一 个 U 如 E成 功 地 解 码 

图4

随机 接 入 响 应 团 

R   N I P A H( A R T 与 R C 随机 接 入 前 导 在 其 中 传  输) 有关 , A R T 按照 如下 公式计 算  R -N I
RA— RNTI = 1 + f
—  

了 , 么对 于 其 他 的 U 那 E来 说 竞 争 问 题仍 然 没 有 解 
() 1 

d+1 f   0, jd

决 。接下来 , 使用竞 争解 决信 息来处 理这 个 问题 。 将  
2 5 竞争解 决  .

这里 ti 0 . i < 0 是特定 的那个 P A H 的第一  _d( <t d 1 )   RC 个子 帧 的 标 志 ,- 是 在 那 个 子 帧 中 特 定 的 那 个  .  厂 P A H 的标志 - 是 按 频域 升 序 的 ( ≤厂 / RC 厂  0 . d<6 。 _ ) 

根 据 CR T 或 者 临 时 C R T , 竞 争解 决 消  -N I -N I把 息 通过 P S H发 送 到 U 其 中也 包含 消 息 3中 的  DC E, U E标示 , 持 H R 。假设 存在 冲突 , e oe 支 A Q 但 N dB成  功 地对 消息 3进 行解 码 ,E接 收 到 自己的竞争 解决  U 消息 后进行 H R A Q反馈 , 其他 的 U E知道 该 下 行 消  息不 属 于 自 己 , 白此 时 存 在 冲 突 , 不 会 传 输  明 就
H R A Q反 馈 , 快速 取消 当前 随机接 入过 程 , 始 新  并 开 的 随机接入 过程 , 图 6所示 。 如  

U E在成功接收到包含 随机接 入前导 标识 和之前传输 
的与随机接入 前导 相匹配 的随机接 人 响应 后 , 可能停  止监视随机接入响应。  

随机接人响应 的信 息包 含对应 的前导标 示 、 间  时
提前量命令 、 上行链路的授权 、C R T , T . N I还可能包含退 

避指示 。具体的随机接入响应 过程如 图 5所示 。  

图 5 随 机 接 入 响 应 

2 4 消息 3 .  

图6 随机接入竞争解决 

消息 3使用 P S H 传 输 , 且 使 用 了 H R   UC 而 A Q。

_ 【

_ l

— l

 

1  
1J  

2  
1J  

3  
1J  

2 6 随机接 入完成  .

wok;E oo e   ies   ers r lR do Ac es E— r v lv d Unvra T rei i   a i l ta   cs (  

随机 接 入 过 程 完 成 后 , E丢 弃 随 机接 入 初 始  U 化 时的参 数 , 除 HA Q缓 冲器 , 清 R 至此 , 随机接 人过 
程结 束 。  
[] 4 

U R ;Pyi lae poeue. S O ] ( 09 6  T A) hs a l r rcdrs [ / L . 20 - — c y  0

1 ) 2 0 -61 ] h p / w w 3p .o   8 [ 090 — .t : w .g pcm. 9 t /
3GPP. 36 3   . 6.    Ge e ain p rn rhi  r — TS . 21 V 8. 0 3 n r t   a te s p p o  o

jc;T c nc lS ei ct n G o p R do A c s N t e t eh i   p c ai   r   a i ces e. a i f o u       w r ;E o v d U i r l ers r   a i A cs ( — o k v l e   nv s   r i i R do c es E   o e a T e ta l   U R ; e i   c esC nr MA ) rt o se i T A) M du A c s o t l( C po c l p c— m   o o    

3 结  论   
本文 首先从 L E随机接 入 过程 的特点 、 发 的  T 触

i t n [ / L . 20 - —8 [0 90 — f a o. S O ] ( 0 9 61 ) 2 0 —61 . t :/ ei 0 9] ht /  p
www.  p c n . 3 p. o 1 g  

环境 人手 , 明 随机接入 过 程在 L E系 统 中 的重要  说 T 性 , 详细 分析基 于竞 争 模 式 的 随机 接 入过 程 的各  并 个 流程 , 括 流 程 中 的各 种 定 时 器 的触 发 条 件 、 包 参  数 的配置 以及 5种 触 发 条 件在 过 程 中 的不 同 , 这是 

[ ] 3 P . S 63 0V 88 03 G n r i   a nr i po c: 5  G P T 3 .0   . ..   e ea o pr e hp r et   tn t s   j  
Te hnc lS e i c to   o p Ra i  c s  t r c ia  p cf ain Gr u   do Ac e s Newo k;Ev — i o 

l e   nvr l e eii   a i A cs( —T A A dE   o dU i s   r s r l do ces E U R ) n   - v e a T r ta R  
v v d U ie s   er s a  a i A c s  e r  E— _ l a e   n v ra T re t l R do c e s N t kr Ur  l i r   wo  

随机 接入过 程具体 实现 的基础 。  
参 考文献 :  
[] 6 
3 GPP.TS 6.   3 21 V8. . 3 Ge e ai   rn rhi  o   1 6 0    n rt on pat e s p pr—

R N ;vr l ecpi ;t e .[/ L . 20 - 一8  A )O e   sr t nS g  S O ] (090 l) l a d i o a 2 6

[090— ]hp ∥w w 3p .o . 20 - 1 .t : w .gpcn  69 t
3GPP. 3 33  V. 5.    Ge e ain pa n rhi  r — TS 6. 1 8. 0 3r n rto   r e s p p o   d t

j t e h i lS e ic t n G o p R do A c s N t e ;T c nc   p c a o  ru   a i c es e   e a i f i     —
wok;E oo e  ieslT rei ilR do Ac es . r v lv d Unvra  ers r   a i ta   cs (E 

jc ;T c n a S e ic t n G o p R do A c s N t e t eh i l p c ia o   ru   a i c es e   c  f i     — w r ; vlvd U i r lT r s r   a i A c s ( — ok E ooe   n es   e e ii R do ce s E   v a r ta l  

U R ; ai R suc  ot l R C po clpc i T A) R d   eoreC n o ( R ) rt o sei— o r o   f 

U R ;P yi  hnesad Mouao .[ / L] T A) hs lC anl n  dl i a   tn SO .  
(0 90 —8 [0 90 — ]ht : w w 3p .o1 20 - 1 ) 20 - 1 .t 6 6 9 p w .gp cn.  
3GP TS 6. 2 V. 6 0 3rGe rto   rn rhi  o  P. 3 21   8. .     d ne ain pat e s p pr—

ct n [ / L] 20 -61 )[  ̄9 61 . t : a o . S O .( 090 —8 2 - . i 0 9] ht ∥  p
www. g . o . 3 pp c n  

[] 7 

MOTOROLA.R10 3 4  No S n hrnie  Ra d m  — -6 0 4 n— y c o z d n o Ac 

j t e h ia S e ic t n G o p R do A c s N t e ;T c ncl p c a o  ru   a i c es e   c   i f i     — w r ;E o vd U i r lT r sr lR do A cs ( — ok v l e  nv s   er ii   a i ce s E   o ea e ta  

cs P yi lLyrPoeue S O ] ( 061—   es hs a ae  r dr.[ / L . 20 — 1   c  c 0 0)

[0 9 21 ]h p ∥w w 3p .O   20 - — .t : w .gp CB. 0 9 t
作者简 介:  

U R ;M lpei   n  hne cdn.[ / L] T A) ut lx g ad canl oig S O . i n    

( ̄9 61 ) 2 - — ] h p ∥W W.gp cn. 2 - —8 [ ̄9 6 1 .t : * 3p .o   0 0 9 t W
3GP TS 6. 3 V. 6 0 3 Ge r to   rn rhi  o  P. 3 21   8. .     ne ain pat e s p pr—

陈  昌 (9 4一) 男 , 庆 人 , 读 硕 士 研 究 生 , 要 研  18 , 重 在 主
究 方 向 为 L E物 理 层 。 T  

j t e h ia S e ic t n G o p R do A c s N t e ;T c ncl p c a o   ru   a i c es e   c   i f i     一

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1 一   2

D GI A   OMMUN C TI / 0 9 8 I T LC I A ON 2 0 .  


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