LTE随机接入过程的总结(完美)

随机接入过程一. PRACH1. PRACH 的类型从表1可以看出，Preamble 的类型一共有4种，而对于FDD 系统之支持0、1、2、3这4类Preamble 。

对于Preamble format 0，在时间上占用一个完整的子帧；对于Preamble format 1和2，在时间上占用两个完整的子帧；对于Preamble format 3，在时间上占用三个完整的子帧。

在频域上，Preamble format 0~3均占用一个PRB ，即180KHZ 的频带，区别是Preamble format 0~3的子载波间隔是1.25KHZ ，并占用864个子载波，由于ZC 序列的长度是839，因此Preamble format 0~3真正占用中间的839个子载波传输Preamble ，而剩余的25个子载波作为两边的保护带宽。

不同类型的Preamble 有长度不一样的CP 和保护间隔，小区的覆盖范围和保护间隔GT 有关，具体可参考如下公式：R = GT * C / 2其中，R 为小区半径、GT 为保护间隔、C 表示光速。

至于不同类型的Preamble 对应的小区半径可参考如下：Preamble 格式0：持续时间1ms ，可支持半径约14km ； Preamble 格式1：持续时间2ms ，可支持半径约77km ； Preamble 格式2：持续时间2ms ，可支持半径约29km ； Preamble 格式3：持续时间3ms ，可支持半径约107km ；2. PRACH 的时频位置首先给出PRACH 的时域位置，协议中由参数prach-ConfigIndex 给出，每个prach-ConfigIndex 给出了Preamble 的类型、System frame number(Even/Any)、Subframe number 。

具体如表2所示：而对于PRACH 的频域位置，协议中由参数RAPRBoffset n 确定，它的取值范围是60UL RB RA PRBoffset -≤≤N n 。

表2：random access configuration for preamble formats 0~33.Prach在协议中的配置（331协议）4.PRACH baseband signal generationPRACH 的时域波形通过下面的公式生成：()()()()∑∑-=-∆+++-=-⋅⋅=10212,PRACHZC CP RA 210ZC ZC)(N k T t f k K k j N n N nk jv u e en x t s ϕππβ其中)(,n x v u 是Preamble 序列。

而The th u root Zadoff-Chu sequence 被定义为如下式：()10,ZC )1(ZC-≤≤=+-N n en x N n un ju π如上所述，对于Preamble format 0~3的序列长度ZC N 为839，而对于u 的取值请参看协议36.211的Table 5.7.2-4。

)(,n x v u 实际上是通过()n x u 做循环移位生成的，如下式：)mod )(()(ZC ,N C n x n x v u v u +=而v C 的计算方式如下式：CS ZC CS CS CS RA RA RA RA RAstart shift shift CS shift group shift 0,1,...,1,0for unrestricted sets0for unrestricted sets(mod )for restricted sets 0,1,...,1v vN v N N N N C d v n v n N v n n n ⎧=-≠⎢⎥⎣⎦⎪⎪==⎨⎪⎢⎥+=+-⎪⎣⎦⎩从中可以看出，涉及到unrestricted sets 和restricted sets ，这是由协议中的High-Speed-flag 确定的，而参数CS N 是由协议参数zeroCorrelationZoneConfig 和High-Speed-flag 共同确定的，具体可参考协议36.211 Table5.7.2-2。

还有一些其它参数，按照下述的一些公式计算：⎩⎨⎧-<≤=otherwise 20ZCZC p N N p pd u当3ZC CS N d N u <≤，则：⎣⎦⎣⎦⎣⎦(),)2(max 2CS start RA group ZC RA shift start ZC RA group CS RA shift start CS RAshift N d n d N n d N n N n d d N d n u u u --==+==当2)(CS ZC ZC N N d N u -≤≤，则：⎣⎦⎣⎦⎣⎦()()RA shiftCS start RA group RA shift start RA group CS RA shift ZC start CS ZC RA shift ,0,)(max min 2)2(n N d n d n d d n N n d N d N d N n u u u u -==+-=-=5. Preamble resource group每个小区有64个可用的Preamble 序列，UE 会选择其中一个在PRACH 上传输。

这些序列可以分成两部分，一部分用于基于竞争的随机接入，另一部分用于基于非竞争的随机接入。

用于基于竞争的随机接入的Preamble又分为GroupA和GroupB，这些都是由SIB2中的Rach-ConfigCommon中下发的。

具体可参考图1：图1：Preamble分类分组GroupA和GroupB的原因是为了增加一定的先验知识，从而方便ENB在RAR 中给MSG3分配适当的上行资源。

如果UE认为自己的MSG3 size比较大（bigger than the messageSizeGroupA），并且路损小于一门限，则UE选择GroupB的Preamble，否则选择GroupA的Preamble。

二.随机接入触发的原因触发随机接入的事件主要有如下6类：1．初始建立无线连接。

（即从RRC_IDLE态到RRC_CONNECTED，或进行attach）2．RRC链接重建过程。

（RRC CONNECTED Re-establishment procedure）3．切换。

（hand over）注意：切换有可能是非竞争或者竞争随机接入，要看RRC_Reconfiguration消息里是否携带了Preamble index和Prach MaskIndex。

4．RRC_CONNECTED态时，上行不同步，此时下行数据到来。

5．RRC_CONNECTED态时，上行数据到达，但上行不同步或者在PUCCH上没有可用的SR 资源。

6．RRC_CONNECTED态时，需要time advance。

随机接入又分为基于竞争的和基于非竞争的，基于竞争的应用于上述的前5类事件，而基于非竞争的用于第3、4、6类事件。

三.随机接入过程首先给出基于竞争的随机接入和非竞争随机接入的基本流程，如下图2图3：图2：基于竞争随机接入图3：基于非竞争的随机接入下面详述随机接入的过程：1．UE发送Preamble，即MSG1UE要发送Preamble，需要：1）选择Preamble Index；2）选择用于发送Preamble 的Prach资源；3）确定RA-RNTI；4）确定目标接收功率。

1）确定Preamble IndexUE会根据Msg3 size和路损综合选择用GroupA还是GroupB的Preambleindex，如果之前发生过接入失败，则再次接入时应选择和第一次发送的Preamble相同的Group。

对于非竞争接入，ENB通过RACH-ConfigDedicated中的ra-PreambleIndex字段或者DCI format 1A的PDCCH的Preamble Index字段来设置UE所使用的Preamble。

需要说明的是，在某些基于非竞争的随机接入中，如果ENB将Preamble Index配置为0，则UE按照基于竞争的随机接入，自我选择Preamble Index。

2）PRACH资源选择首先，prach-ConfigIndex确定了在一个无线帧内，哪些个子帧可以用于send Prach。

而prach Mask Index指定了此UE具体用哪个资源，对于prach Mask Index 可以参考表3：表3：Prach Mask Index对于非竞争的随机接入，ENB会通过RACH-ConfigDedicated中的ra-Prach-MaskIndex字段或者DCI format 1A的PDCCH的Prach Mask Index 字段来设置UE的MaskIndex，从而指名了UE使用哪些Prach资源。

而对于非竞争随机接入如何选择Prach的资源，协议中没有明确指出。

另外，还需要注意，如果非竞争的随机接入配置MaskIndex为0，则UE可以任意选择Prach的时域资源。

物理层的Prach timing的机制对于Prach时域资源的选择也会有影响，主要注意如下几类：第一：如果UE在子帧n接收到RAR，但是没有一个响应与其发送的preamble对应，则UE应该在不迟于子帧n+5的时间内重新发送Preamble。

第二：如果UE在时间窗内没有检测到属于自己的RAR，则UE应该在不迟于子帧n+4的时间内重新发送Preamble。

第三：如果随机接入是由PDCCH触发的，则UE将在子帧n+k算起的第一个可用的PRACH子帧发送Preamble，其中k>=2。

而在Mac层协议中，如果UE没有收到RAR，则会选择一定的子帧延迟发送新的Preamble，这个是否和物力层协议中相矛盾呢？此问题和朋朋交流后，认为由高层触发时，采用物理层的机制，而由MAC层触发的时候采用MAC的机制。

3）确定RA-RNTIRA-RNTI的计算方式如下式：RA-RNTI= 1 + t_id+10*f_id其中，t_id表示preamble发送的第一个子帧(0<=t_id<10)，而f_id表示频域位置(f_id<6)。

对于FDD，每个子帧只有一个频域资源用来发送Preamble，因此f_id固定为0。

4）Prach发射功率的确定上面的公式取定了Prach的发射功率，为UE在子帧i上允许的最大发射功率，而则是UE通过小区参考信号测量出的路损，而PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER（具体请参看36.321协议）表示ENB接收Preamble时的期望到达功率。