LTE无线网络优化项目5 LTE接入问题优化
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• PBCH每10 ms无线帧出现一次，位于Slot#1前4个 OFDM符号中央6个RB • UE首先需要读取PBCH来获取接收其它系统消息的 必要信息（SFN、下行系统带宽、PHICH配置）
– SIB（System Information Block）
• 包含SIB1~SIB11，均映射到PDSCH SIB1，重复周 期是80 ms（位于SFN mod 8 = 0边界），每重复周期 内传输4次（位于SFN mod 2 = 0无线帧） • SIB1携带了其它SIB的调度信息（SI序号、窗长、周 期），基于这些调度信息来读取其它SIB
UE随机接入过程
• Preamble分类
– Preamble ID个数：可配，最多64个（0~63）
– Preamble A: 0~59; – Preamble B: 4~59; – Dedicated Preamble（剩下的ID）。
– PRACH频域位置：
RA UL 0 nPRBoffset NRB 6
手机开机过程
• 小区搜索目的
– – – – – 检测小区的物理层小区ID（Physical Cell-ID） 完成下行时间/频率同步 下行CP模式检测：normal或extended模式 检测eNodeB所用的发射天线端口数 读取PBCH（即MIB）
• 获取SFN、下行系统带宽和PHICH配置信息
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)。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。 • 用于竞争的随机前导序列, 又被分为GroupA 和GroupB两组。
UE随机接入过程
• 基于非竞争的随机接入过程
UE eNB 0 RA Preamble assignment
Random Access Preamble Nhomakorabea1
2
Random Access Response
UE随机接入过程
• 基于非竞争的随机接入过 程
– 1) eNB 通过下行专用信令给 UE指派非冲突的随机接入 前缀（non-contention Random Access Preamble ） 这个前缀不在BCH上广播的 集合中。
手机开机过程
• 小区选择分为：初始小区选择和存储信息 小区选择
– Initial Cell Selection无需E-UTRAN载频对应射 频信道的先验知识，UE会根据能力扫描在EUTRAN的频带内扫描所有射频信道，在每个载 频上UE需要搜索一个最好小区，一旦找到一个 合适小区，就选择这个小区。 – Stored Information Cell Selection需要根据UE通 过以前的测量控制信元或者检测到小区储存起 来的载频信息,为指导进行小区选择。如果找到 合适小区，就选择这个小区；否则还是要发起
UE随机接入过程
• 基于非竞争的随机接入过程
– 2)UE在RACH上发送指派的随机接入前缀。
– 3) eNB的MAC层产生随机接入响应，并在DLSCH上发送，随机接入过程结束。
任务2 LTE初始接入流程
• 初始接入信令流程 • 随机接入信令IE查看
初始接入信令流程
• LTE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： • (1): 前导序列传输 • (2): 随机接入响应 • (3): MSG3发送(RRC Connection Request)。 • (4): 冲突解决消息
• 起始RB Number由高层（L3）后台配置。
UE随机接入过程
• 基于竞争的随机接入过程 UE
1 Random Access Preamble
eNB
Random Access Response
2
3
Scheduled Transmission
Contention Resolution
4
UE随机接入过程
UE随机接入过程
• MSG3发送
– 根据eNodeB指示的相关功控参数、路损估计、 PUSCH发送所占RB数等等，计算Msg 3的开环 发射功率。 – 根据随机接入响应授权，按指定的资源和格式 在PUSCH上进行Msg 3发送，Msg 3采用上行 HARQ。 – 消息内容：
• 初始接入： RRC Connection Request, 使用CCCH； 至少传输NAS UE ID，但是没有NAS消息。 • RRC连接重建立：RRC Connection Re-establishment
Cell Se lection and Reselection
Registration Area changes Service requests
NAS Control Radio measurements
Location Registration
手机开机过程
• PLMN选择
– UE会根据自身能力在E-UTRAN频段中扫描所 有的载频信道，以寻找可用的PLMN。UE将搜 索最强小区，读取其系统信息来确定这个小区 所归属的PLMN。如果在最强小区上读到了一 个或多个PLMN，UE将把所找到的满足一定质 量门限PLMN作为高质量PLMN报给NAS；能 获取到PLMN ID，但是不满足质量门限的 PLMN将和测量值一起上报给NAS层。 – PLMN的选择结果由NAS层给出。 – 一旦选定了PLMN，就可以进行小区选择过程
UE随机接入过程
• MSG2：随机接入响应（RAR）
– 在PDSCH上发送 – 位置由PDCCH指示，No HARQ – 内容
• • • • 被响应的前导标识； 定时调整量； Temporary C-RNTI； Msg3的资源分配；
– UE：发完前导后在一个时间窗内等待RA response，如果在时间窗内没有等到属于此UE 的响应，认为本次接入失败，则退回第一步进
第二步：随机接入响应（RAR） • 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<10)； • f_id，在这subframe里的PRACH索引，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可以分别计算出前导
任务1 UE开机流程与随机接入
• UE开机流程 • 随机接入流程
手机开机过程
Power on
Cell Search
Decoding P B C H
Decoding P C F I C H
Blind-Det P D C C H （format 1C）
Decoding P D S C H （D-BCH）
任务1 UE开机流程与随机接入
• UE开机流程 • 随机接入流程
UE随机接入过程
• 随机接入过程特点
– – – – TDD/FDD共有； 和小区大小无关的处理过程； 分为竞争接入和非竞争接入； UE和eNB请求/应答方式完成；
• 随机接入过程的目的
– – – – – 请求初始接入； 从空闲状态向连接状态转换； 支持eNodeB之间的切换过程； 取得/恢复上行同步； 向eNodeB请求UE ID；
UE随机接入过程
• MSG4：竞争解决
– 冲突检测，在PDCCH上发送C-RNTI， 或在 DL-SCH上发送UE 竞争解决ID 给UE； – HARQ； – 内容包括
• NAS层UE ID； • 分配资源情况等；
– UE：
• 检测到自己NAS层ID的UE发送ACK将temporary CRNTI升级成C-RNTI，上行同步过程结束，等待基 站调度，发送上行数据。
UE随机接入过程
• 随机接入过程触发
– 在RRC_IDLE 状态时，发起的初始接入； – 在RRC_CONNECTED 状态时，发起的连接重 建立处理； – 小区切换过程中的随机接入； – 在RRC_CONNECTED状态时，下行数据到达 发起的随机接入；如上行失步 – 在RRC_CONNECTED状态时，上行数据到达 发起的随机接入；如上行失步 或 无SR使用的 PUCCH资源（SR达到最大传输次数）
第二步：随机接入响应（RAR） • 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-RNT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。
• MSG1：随机接入前导发送
– 根据MSG3消息块大小和路损情况决定在 Preamble Group A/B中随机选择一个Preamble码 在PRACH信道上发送。 – 根据eNodeB指示的根ZC序列号、循环移位配 置、是否采用restricted set（仅FDD）、以及前 导序列号，进行ZC序列的选择和循环移位的计 算。 – 根据eNodeB在广播消息中指示的PRACH期望 接收功率、前导格式和前导发送计数，进行 PRACH开环发射功率计算和power ramping过程
第三步：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
1.4 MHz 3 MHz 5 MHz 10 MHz 15 MHz 20 MHz
手机开机过程
• PLMN选择和小区选择
Manual Mode Automatic mode
PLMN Selection
Indication to user Location Registration response PLMN selected PLMNs available
课程目标
模块1 LTE概述 模块2 LTE基本原理及关键技术
模块3 LTE基本信令流程
模块4 LTE覆盖问题优化
模块5 接入问题优化
模块6 小区选择和重选问题优化
模块7 切换问题优化
模块8 功率控制问题优化
内容提要
任务1 任务2 任务3 任务4 UE开机流程与随机接入 LTE初始接入流程 LTE接入问题分类 LTE接入问题案例分析
手机开机过程
• 小区搜索过程
PSS 5ms 时隙同步，CELL ID
SSS
10ms帧同步，CELL Group ID
DL-RS
时隙与频率精确同步
PBCH
系统带宽、PHICH资源、天线数，SFN
PDSCH
接收SIB消息
手机开机过程
• 广播消息读取
– MIB（Master Information Block），在PBCH中 承载
UL Sync
Link Setup
RACH
手机开机过程
• PLMN选择和小区选择
– P-SCH、S-SCH和PBCH所处位置和系统带宽无 P-SCH, S-SCH and PBCH has the same width 关，从而使 UE可在系统带宽未知情况下完成小 and position for all system bandwidth options 区搜索。
UE随机接入过程
• 随机接入过程分类
– 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 第四步用来解决冲突 使用Preamble Group A/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
无须解决冲突
– 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 • 仅适用于场合3和4
– SIB（System Information Block）
• 包含SIB1~SIB11，均映射到PDSCH SIB1，重复周 期是80 ms（位于SFN mod 8 = 0边界），每重复周期 内传输4次（位于SFN mod 2 = 0无线帧） • SIB1携带了其它SIB的调度信息（SI序号、窗长、周 期），基于这些调度信息来读取其它SIB
UE随机接入过程
• Preamble分类
– Preamble ID个数：可配，最多64个（0~63）
– Preamble A: 0~59; – Preamble B: 4~59; – Dedicated Preamble（剩下的ID）。
– PRACH频域位置：
RA UL 0 nPRBoffset NRB 6
手机开机过程
• 小区搜索目的
– – – – – 检测小区的物理层小区ID（Physical Cell-ID） 完成下行时间/频率同步 下行CP模式检测：normal或extended模式 检测eNodeB所用的发射天线端口数 读取PBCH（即MIB）
• 获取SFN、下行系统带宽和PHICH配置信息
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)。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。 • 用于竞争的随机前导序列, 又被分为GroupA 和GroupB两组。
UE随机接入过程
• 基于非竞争的随机接入过程
UE eNB 0 RA Preamble assignment
Random Access Preamble Nhomakorabea1
2
Random Access Response
UE随机接入过程
• 基于非竞争的随机接入过 程
– 1) eNB 通过下行专用信令给 UE指派非冲突的随机接入 前缀（non-contention Random Access Preamble ） 这个前缀不在BCH上广播的 集合中。
手机开机过程
• 小区选择分为：初始小区选择和存储信息 小区选择
– Initial Cell Selection无需E-UTRAN载频对应射 频信道的先验知识，UE会根据能力扫描在EUTRAN的频带内扫描所有射频信道，在每个载 频上UE需要搜索一个最好小区，一旦找到一个 合适小区，就选择这个小区。 – Stored Information Cell Selection需要根据UE通 过以前的测量控制信元或者检测到小区储存起 来的载频信息,为指导进行小区选择。如果找到 合适小区，就选择这个小区；否则还是要发起
UE随机接入过程
• 基于非竞争的随机接入过程
– 2)UE在RACH上发送指派的随机接入前缀。
– 3) eNB的MAC层产生随机接入响应，并在DLSCH上发送，随机接入过程结束。
任务2 LTE初始接入流程
• 初始接入信令流程 • 随机接入信令IE查看
初始接入信令流程
• LTE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： • (1): 前导序列传输 • (2): 随机接入响应 • (3): MSG3发送(RRC Connection Request)。 • (4): 冲突解决消息
• 起始RB Number由高层（L3）后台配置。
UE随机接入过程
• 基于竞争的随机接入过程 UE
1 Random Access Preamble
eNB
Random Access Response
2
3
Scheduled Transmission
Contention Resolution
4
UE随机接入过程
UE随机接入过程
• MSG3发送
– 根据eNodeB指示的相关功控参数、路损估计、 PUSCH发送所占RB数等等，计算Msg 3的开环 发射功率。 – 根据随机接入响应授权，按指定的资源和格式 在PUSCH上进行Msg 3发送，Msg 3采用上行 HARQ。 – 消息内容：
• 初始接入： RRC Connection Request, 使用CCCH； 至少传输NAS UE ID，但是没有NAS消息。 • RRC连接重建立：RRC Connection Re-establishment
Cell Se lection and Reselection
Registration Area changes Service requests
NAS Control Radio measurements
Location Registration
手机开机过程
• PLMN选择
– UE会根据自身能力在E-UTRAN频段中扫描所 有的载频信道，以寻找可用的PLMN。UE将搜 索最强小区，读取其系统信息来确定这个小区 所归属的PLMN。如果在最强小区上读到了一 个或多个PLMN，UE将把所找到的满足一定质 量门限PLMN作为高质量PLMN报给NAS；能 获取到PLMN ID，但是不满足质量门限的 PLMN将和测量值一起上报给NAS层。 – PLMN的选择结果由NAS层给出。 – 一旦选定了PLMN，就可以进行小区选择过程
UE随机接入过程
• MSG2：随机接入响应（RAR）
– 在PDSCH上发送 – 位置由PDCCH指示，No HARQ – 内容
• • • • 被响应的前导标识； 定时调整量； Temporary C-RNTI； Msg3的资源分配；
– UE：发完前导后在一个时间窗内等待RA response，如果在时间窗内没有等到属于此UE 的响应，认为本次接入失败，则退回第一步进
第二步：随机接入响应（RAR） • 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<10)； • f_id，在这subframe里的PRACH索引，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可以分别计算出前导
任务1 UE开机流程与随机接入
• UE开机流程 • 随机接入流程
手机开机过程
Power on
Cell Search
Decoding P B C H
Decoding P C F I C H
Blind-Det P D C C H （format 1C）
Decoding P D S C H （D-BCH）
任务1 UE开机流程与随机接入
• UE开机流程 • 随机接入流程
UE随机接入过程
• 随机接入过程特点
– – – – TDD/FDD共有； 和小区大小无关的处理过程； 分为竞争接入和非竞争接入； UE和eNB请求/应答方式完成；
• 随机接入过程的目的
– – – – – 请求初始接入； 从空闲状态向连接状态转换； 支持eNodeB之间的切换过程； 取得/恢复上行同步； 向eNodeB请求UE ID；
UE随机接入过程
• MSG4：竞争解决
– 冲突检测，在PDCCH上发送C-RNTI， 或在 DL-SCH上发送UE 竞争解决ID 给UE； – HARQ； – 内容包括
• NAS层UE ID； • 分配资源情况等；
– UE：
• 检测到自己NAS层ID的UE发送ACK将temporary CRNTI升级成C-RNTI，上行同步过程结束，等待基 站调度，发送上行数据。
UE随机接入过程
• 随机接入过程触发
– 在RRC_IDLE 状态时，发起的初始接入； – 在RRC_CONNECTED 状态时，发起的连接重 建立处理； – 小区切换过程中的随机接入； – 在RRC_CONNECTED状态时，下行数据到达 发起的随机接入；如上行失步 – 在RRC_CONNECTED状态时，上行数据到达 发起的随机接入；如上行失步 或 无SR使用的 PUCCH资源（SR达到最大传输次数）
第二步：随机接入响应（RAR） • 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-RNT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。
• MSG1：随机接入前导发送
– 根据MSG3消息块大小和路损情况决定在 Preamble Group A/B中随机选择一个Preamble码 在PRACH信道上发送。 – 根据eNodeB指示的根ZC序列号、循环移位配 置、是否采用restricted set（仅FDD）、以及前 导序列号，进行ZC序列的选择和循环移位的计 算。 – 根据eNodeB在广播消息中指示的PRACH期望 接收功率、前导格式和前导发送计数，进行 PRACH开环发射功率计算和power ramping过程
第三步：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
1.4 MHz 3 MHz 5 MHz 10 MHz 15 MHz 20 MHz
手机开机过程
• PLMN选择和小区选择
Manual Mode Automatic mode
PLMN Selection
Indication to user Location Registration response PLMN selected PLMNs available
课程目标
模块1 LTE概述 模块2 LTE基本原理及关键技术
模块3 LTE基本信令流程
模块4 LTE覆盖问题优化
模块5 接入问题优化
模块6 小区选择和重选问题优化
模块7 切换问题优化
模块8 功率控制问题优化
内容提要
任务1 任务2 任务3 任务4 UE开机流程与随机接入 LTE初始接入流程 LTE接入问题分类 LTE接入问题案例分析
手机开机过程
• 小区搜索过程
PSS 5ms 时隙同步，CELL ID
SSS
10ms帧同步，CELL Group ID
DL-RS
时隙与频率精确同步
PBCH
系统带宽、PHICH资源、天线数，SFN
PDSCH
接收SIB消息
手机开机过程
• 广播消息读取
– MIB（Master Information Block），在PBCH中 承载
UL Sync
Link Setup
RACH
手机开机过程
• PLMN选择和小区选择
– P-SCH、S-SCH和PBCH所处位置和系统带宽无 P-SCH, S-SCH and PBCH has the same width 关，从而使 UE可在系统带宽未知情况下完成小 and position for all system bandwidth options 区搜索。
UE随机接入过程
• 随机接入过程分类
– 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 第四步用来解决冲突 使用Preamble Group A/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
无须解决冲突
– 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 • 仅适用于场合3和4