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LTE随机接入过程概述


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LTE 随机接入过程概述
一、 随机接入的作用
LTE 随机接入的作用是实现 UE 和网络的同步,解决冲突,分配资源(RNTI)和上行 通信资源的分配。

二、 随机接入触发条件
1、 在 RRC_IDLE 初始接入; 2、 在无线链路断开时初始接入; 3、 切换时需要随机接入; 4、

RRC_CONNECTED 状态下需要随机接入过程时, 收到下行数据, 如上行同步状态为 “非 同步”时; 5、 RRC_CONNECTED 状态下需要随机接入过程时, 收到上行数据, 如上行同步状态为 “非 同步”或者没有 PUCCH 资源可用于调度时。

三、 随机接入过程
随机接入过程分为竞争模式随机接入和非竞争模式随机接入两种。 竞争模式随机接入是 使用所有 UE 都可在任何时间可以使用的随机接入序列接入, 它每种触发条件都可以触发接 入;非竞争模式随机接入是使用在一段时间内仅有一个 UE 使用的序列接入,它只发生在切 换和收到下行数据的触发条件下。 随机接入过程之后,开始正常的上下行传输。

四、 竞争模式随机接入过程
在随机接入过程开始之前需要对接入参数进行初始化,它是由 UE MAC 层发起或者由 PDCCH 触发。 初始化的参数包括: PRACH 的资源和相应的 RA-RNTI 随机接入前导的分组和每组可用的前导 选择两组随机接入前导中的那一组的门限 RACH 响应的接收窗 功率攀升步长 POWER_RAMP_STEP

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前导重传最大次数 前导初始功率 PREAMBLE_INITIAL_POWER 初始化的时候置 PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER 为 1。 竞争模式随机接入过程如下图所示:
UE eNB

1

Random Access Preamble

Random Access Response

2

3

Scheduled Transmission

Contention Resolution

4

1、 随机接入前导发送 、 a) 前导资源选择

前导的范围是以广播方式告诉 UE 的,UE 依赖于 UL 发送的消息尺寸或被请求的资源 块,选择 RRC 配置的两组随机接入前导中的一组,在被选择的组中随机选择一个随机接入 前导, 使得每个前导都具有相同的可能性。 当多个 UE 同时选择一个前导接入, 就发生冲突。 竞争模式随机接入过程有解决冲突的能力。 b) 设置发射功率

[-设 置 PREAMBLE_TRANSMISSION_POWER 为 PREAMBLE_INITIAL_POWER + (PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER-1) * POWER_RAMP_STEP]; [- 如 果 PREAMBLE_TRANSMISSION_POWER 小 于 最 小 功 率 水 平 , 则 设 置 PREAMBLE_TRANSMISSION_POWER 为最小功率水平]; [- 如 果 PREAMBLE_TRANSMISSION_POWER 大 于 最 大 功 率 水 平 , 则 设 置 PREAMBLE_TRANSMISSION_POWER 为最大功率水平]; 如果 PREAMBLE TRANMISSION COUNTER = 1, 则决定下一个有效的随机接入机 会。如果 PREAMBLE TRANSMISSION COUNTER > 1, 则随机接入机会通过 back-off 进程 决定。

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c) 发送前导 PRACH 资 源 、 相 关 的 RA-RNTI 、 前 缀 索 引 和

使 用 被 选 择 的

PREAMBLE_TRANSMISSION_POWER 通知物理层发送前导。 在上行链路 RACH 传输的前导携带了 6 bits 的信息,其中包括一个 5 bit 的随机 ID 和 1 bit 资源块请求信息。对于 TDD 帧结构 2 来说,携带的信息为 5 bits。 2、 随机接入响应 、 由 MAC 层发起,在 DL-SCH 传输的随机接入响应包括的信息有: TA(Timing Advance) ,时间调整信息,用来调整上行传输定时达到时间同步, 长度为 11 bits; UL Grant,指示上行链路所用的资源,长度为 21 bits; Temporary C-RNTI,是 UE 在随机接入的时候使用的临时身份标识,长度为 16 bits。 UE 在接入响应接收窗内监测 PDCCH ,收到响应后停止监测。 a) 收到接入响应: 如果包括过载指示(OI) ,更新 backoff 参数,否则 backoff 参数置为[0]; 如果随机接入响应中包括该 UE 发送的前导 ? ? ? ? ? 则随机接入响应接收成功 对 TA(Timing Alignment)进行处理 如果包含 UL grant,则处理 UL grant 保存 Temporary C-RNTI 如果 UE 处于 RRC_CONNECTED 状态(不包括 RLF)并且前导是 MAC 选择的,则在 Message 3 中需要包含 C-RNTI 的控制 PDU ? b) 如果 UE 处于 RRC_IDLE,则过程成功消息给高层

如果在接收窗内没有随机接入响应, 或者响应中没有对应的前导, 则按照失败处理: 如果前导传输没有达到最大传输次数: ? 传输次数+1,如果随机接入前导是 MAC 选择的或显示信令指示的 并且在下一个可用的随机接入时机之前过期,根据 backoff 计算下 一次重传时间 ? 选择随机接入资源(根据情况确定哪些资源需要重新选择)

如果前导传输达到最大传输次数: 本文所有信息为中兴通讯股份有限公司内部信息,未经允许,不得外传 第 3 页,共 8 页

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? 如果 UE 处于 RRC_IDLE 状态(或 RLF) ,把随机接入失败的消息 通知高层 3、 调度传输(FFS) 、 调度传输 传输( ) 在 UL-SCH 上开始第一次调度传输: a) b) c) 使用 HARQ; 传输块大小由 UL Grant 决定,至少 80 bits; 初始接入的时候: RRC 通过 CCCH 传输 RRC 连接请求; 至少传输 NAS UE 身份标识,但没有 NAS(Non-Access stratum)信息; RLC TM:no segmentation。 d) 当无线链路断开时: RRC 通过 CCCH 传输 RRC 重连请求; RLC TM:no segmentation; 不包含任何 NAS 信息。 e) 切换成功过后,目标小区: RRC 通过 DCCH 传输 RRC 切换配置; 传输由切换命令分配的 UE C-RNTI; 还可能包括上行缓冲器状态。 f) 在别的情况下,至少要传输 UE 的 C-RNTI。

4、 冲突检测 、 a) 基本原理:

冲突检测是基于 PDCCH 上的 C-RNTI 和 UE 在 DL-SCH 的冲突检测 ID 是否匹配来获 知是否冲突解决。 eNB 没有等 NAS 回复就开始冲突解决,MSG 3 并没有同步,支持 HARQ。 b) 具体过程:

当 UE 发送了包含 C-RNTI 控制 PDU 的 MSG 3 之后: 启动 Contention Resolution Timer; 在定时器超时之前监测 PDCCH: ? 如果收到了给该 C-RNTI 的 PDCCH,则认为 Contention Resolution 成 功,并通知高层,停止定时器; 本文所有信息为中兴通讯股份有限公司内部信息,未经允许,不得外传 第 4 页,共 8 页

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如果定时器超时之前没有收到对该 C-RNTI 的 PDCCH,则认为失败; ? 如果没有达到前导的最大传输次数,则重新进行发送前导的过程 (具体操作如前) 。 当随机接入成功,且 UE 没有 C-RNTI 的时候,用 Temporary C-RNTI 做为 C-RNTI。 5、 资源映射 、 a) 随机接入请求消息

通过 RACH 信道传输; b) 随机接入响应消息

在 PDCCH 的公共搜索空间(DCI format = 1c)指明消息内容所在的位置(DL-SCH) , 响应消息中包含 RRC 建立消息/重建信息使用资源的位置; c) RRC 建立/重建消息:

在随机接入响应中指明的资源上发送; d) RRC 拒绝:

UE 查询 UE 公共搜索空间(DCI format = 1a) ,到指定区域读取数据。

五、 非竞争模式随机接入过程
非竞争模式随机接入过程不会产生接入冲突,它是使用专用的 Preamble 进行随机接入 的,目的是为了加快恢复业务的平均速度,缩短业务恢复时间。 非竞争模式随机接入过程图如下:
UE eNB

0

RA Preamble assignment

Random Access Preamble

1

2

Random Access Response

1、 随机接入前导分配 、 随机接入前导分配 a) 用下行链路的特定信令分配随机接入前导:

eNB 给 UE 分配一个非竞争的随机接入前导,这个前导并不是在 BCH 通过广播的形式 下发的; 本文所有信息为中兴通讯股份有限公司内部信息,未经允许,不得外传 第 5 页,共 8 页

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b) 随机接入前导分配信令通过如下信令下发: eNB 发送的用于切换的切换命令; 如果收到下行数据的 MAC 层信令(L1/L2 控制信道或者 MAC 控制 PDU) 2、 随机接入前导发送 、 UE 使用非竞争随机接入前导在下行链路进行前导发送。 3、 随机接入响应 、 在 DL-SCH 传输的随机接入响应,包括的信息是: 在一个或多个 TTI 里面和 MSG 1 半同步; 没有 HARQ; Timing Alignment 信息和用于交换的初始 UL grant; 当下行数据收到时的 Timing Alignment 信息; 随机接入前导身份标识; 一个 DL-SCH 信息供一个或多个 UE 使用。 TDD MSG1 配置:

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PRACH configuration Index Preamble Format Per 10 ms Density Version PRACH configuration Index Preamble Format Per 10 ms Density Version

(rRA )

(rRA )

(DRA )
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0.5 0.5 0.5 1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4 5 5 5 6 6 0.5 0.5 0.5 0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 0 1 2 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4

(DRA )
0.5 1 1 2 3 4 5 6 0.5 0.5 0.5 1 1 2 3 4 0.5 0.5 0.5 1 1 2 3 2 0 1 0 0 0 0 0 0 1 2 0 1 0 0 0 0 1 2 0 1 0 0

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23 24 25 26 27 28 29 30 31 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 2 3 4 5 6 0.5 0.5 0 1 0 0 0 0 0 0 1 55 56 57 58 59 60 61 62 63 4 4 4 N/A N/A N/A N/A N/A N/A 4 5 6 N/A N/A N/A N/A N/A N/A 0 0 0 N/A N/A N/A N/A N/A N/A

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