随机接入优化

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本词条以LTE为例介绍LTE技术中的随机接入优化。

中文名随机接入优化外文名Random access optimization应用学科通信目录1. 1概述2. 2技术方案3. ▪ RACH性能评估1. ▪ PRACH优化参数2. ▪ UE信息的上报3. ▪ PRACH配置信息的交互1. ▪对协议和接口的修改2. 3OAM需求概述随机接入信道的参数配置对RACH碰撞概率有很大影响。

RACH碰撞概率是影响呼叫建立时延、上行非同步状态下的数据恢复时延和切换时延的重要因素，也会影响到呼叫建立成功率和切换成功率。

由于需要专门为RACH保留上行资源单元，预留资源的数量会影响到LTE的网络容量。

随机接入信道参数配置不合理也会导致前导检测概率的下降和覆盖范围的缩小。

因此，对于已经部署的网络，RACH参数优化能够带来比较明显的增益。

并且，随机信道参数的配置在很大程度上影响着终端用户的用户体验。

因此，随机信道的优化是尤为重要的。

随机接入信道自优化功能的主要目的如下。

（1）减少系统中所有终端的接入时延。

减少接入时延可减少呼叫建立时延，减少上行非同步状态造成的数据再续时延，减少切换时延，提高呼叫建立成功率，提高切换成功率。

（2）减少由RACH产生的上行干扰。

（3）减少RACH尝试之间的干扰。

SON中的随机接入信道自优化功能，能够周期性地或持续不断地对所有小区的随机接入信道参数进行优化。

对RACH性能和使用情况的测量工作由SON实体执行。

随机接入信道自优化功能监视主要的条件，如RACH负荷的改变、上行干扰等，并且作出决定，并更新一些适合的参数。

根据邻小区的RACH配置情况和UE上报的参数，eNB判断是否需要优化RACH配置参数及如何进行优化。

RACH参数的设置需考虑多种因素，例如PUSCH 造成的上行小区间干扰、RACH负荷（与呼叫到达率、切换率、跟踪区更新、小区覆盖范围的业务类型和人口数量有关）、PUSCH负荷（PRACH的时频资源分布在PUSCH范围之内，且周期重复）、分给小区的前导的容量、上下行覆盖失衡。

由于以上因素均受到网络配置（如天线下倾角、发射功率设置和切换门限等）影响，网络配置中的参数发生任何改变都会影响到最优的RACH配置。

例如，如果一个小区的天线下倾角改变了，那么附近小区的覆盖范围都会改变，相应地会影响到每个小区的呼叫到达率和切换率。

这会影响每个小区的RACH总量，包括每个前导的适用范围。

那么，运营商就必须检查每个小区的RACH性能和使用情况，并且检测由配置参数的改变带来的RACH 问题。

如有必要，还需对RACH配置参数进行优化。

技术方案RACH性能评估当UE需要与LTE网络建立连接时，UE要选择合适的小区并读取该小区的系统信息。

通过SIB2，UE可获得前导序列格式和初始接入功率。

UE随机选取一个前导序列，并发起随机接入过程。

随机接入过程的成功与否依赖于eNB是否能够检测到该前导序列。

如果由于前导序列未被检测到或存在随机接入竞争而造成随机接入失败，那么UE会执行功率爬升过程，并再次发起随机接入过程，直至随机接入成功，如图8-27所示。

图8-27 随机接入过程接入成功率AP（m）可定义为UE在经过一定次数（m=1，2，3….）的随机接入尝试后成功接入的概率，可用来衡量RACH性能。

另外，接入时延也是评价RACH性能的要素，可定义为从发起随机接入尝试到接入成功的时延。

与接入成功率相似，RACH性能可用ADP（δ）来衡量，ADP（δ）可定义为接入时延小于δ的概率。

应使用AP或ADP，或同时使用这两个指标来衡量RACH性能的优劣。

AP或ADP的目标值应由运营商选取与设置。

PRACH优化参数随机接入信道自优化功能会自动配置与RACH性能相关的一些参数。

但3GPP不对需要配置的参数范围进行强制要求。

在具体实现中，厂家的实现方式不同，需要配置的参数也会有所不同。

随机接入信道自优化功能可能会用到的配置参数如下。

PRACH配置索引（prach-ConfigIndex）PRACH配置索引可用于估算AP（m）、ADP（δ）和PUSCH负载。

在RACH资源选择的过程中，由PRACH的配置参数prach-ConfigIndex、PRACHMaskIndex和物理层的时间要求来确定下一个可用于发送前导的上行子帧。

PRACH传输功率控制参数（PRACHTransmissionPowerControlParameters）PRACH传输功率控制参数可用于估算AP（m）和/或ADP（δ）及小区间上行干扰。

另外，上行干扰的变化速度较快，随机信道自优化功能能够快速响应并根据干扰变化调整PRACH传输功率参数。

RACH回退参数（RACHBackoffParameter）RACH回退参数可用于估算AP（m）和RACH瞬时负荷。

UE发起随机接入过程，当竞争解决失败时，UE在0与RACH回退参数之间按照平均分布随机选择一个回退值。

之后，UE按照选择的回退值延迟下一次随机接入的发送。

RACH前导拆分（RACHPreambleSplit）LTE的随机接入过程分为基于竞争的随机接入和非竞争的随机接入。

每个LTE小区可使用的前导序列数为64，其中Ncf个前导序列用于非竞争的随机接入，64-Ncf个前导序列用于基于竞争的随机接入。

当UE向目标小区切换时，小区会设置“切换失败定时器T304”，该定时器决定了UE切换使用的专用前导序列的锁定时限。

如果Ncf的数量过少或过多都会影响到随机接入的性能。

这就需要一种合理的RACH前导拆分方式。

根序列索引（RootSequenceIndex）RACH_ROOT_SEQUENCE由SIB2下发。

RACH_ROOT_SEQUENCE是根Zadoff-Chu序列中的u值。

根据u值求出根序列，再根据SIB2中的PRACHConfigurationIndex、zeroCorrelationZoneConfig、High-speed-flag等信息来计算出循环移位序列。

也就是说，根序列决定了前导序列的选择。

当相邻小区选择了相同的时频资源发送前导序列时，这种机制可在一定程度上避免随机接入冲突，并且有助于计算RACH 引起的上行干扰。

UE信息的上报为了配置RACH参数（如传输功率控制参数等），随机接入信道自优化功能需要对AP （m）或ADP（δ）进行估算。

由于可能存在未被检测到的前导序列（该前导序列会成为一个典型的噪声），仅仅使用接收到的前导序列数量和成功接入的UE数量，不足以对AP（m）或ADP（δ）进行估算。

因此，需要UE上报必要的信息来辅助估算AP和ADP。

当UE成功接入后，网络侧可发起UEinformationprocedure，从而获得RACH优化所需的参数。

eUTRAN向UE发送UEInformationRequest消息。

UE回复UEInformationResponse消息，上报两个主要参数。

numberOfPreamblesSent：整个随机接入过程中发送前导序列的数量，即UE尝试接入的次数。

contentionDetected：指示UE随机接入过程中是否检测到竞争。

随机接入信道自优化功能可以根据这两个参数，调整PRACH传输功率控制参数或前导序列格式，从而达到目标接入时延。

增大PRACH传输功率，能够提高eNB检测到前导序列的概率，但是有可能增大对相邻小区的上行干扰。

UEInformationprocedure如图8-28所示。

图8-28 UE信息传送过程PRACH配置信息的交互随机信道自优化功能通过X2接口的eNB配置更新过程，在eNB之间交换PRACH配置更新信息。

随机接入信道自优化功能根据邻小区的RACH参数配置情况及UE上报的信息进行RACH优化。

在图8-29中，eNB1发起eNB配置更新过程：eNB1向eNB2发送ENBCONFIGURATIONUPDATE消息（携带PRACHConfiguration信元），其中包含eNB1最近更新的PRACH配置参数。

eNB2收到ENBCONFIGURATIONUPDATE消息后，更新其存储的eNB1的PRACH 配置信息。

配置信息成功更新之后，eNB2向eNB1发送ENBCONFIGURATIONUPDATEACKNOWLEDGE消息，通知eNB1已按照所请求的配置更新信息成功地进行了更新。

图8-29 eNB配置更新：成功操作在图8-30中，如果eNB2不接受更新的配置参数，则回复ENBCONFIGURATIONUPDATEFAILURE消息，并携带失败原因。

如果ENBCONFIGURATIONUPDATEFAILURE消息包含TimeToWait信元，那么eNB1会等待所指示的时间后再次向该eNB2发起eNBConfigurationUpdate过程。

如果eNB1发起eNBConfigurationUpdate过程之后，既没有收到ENBCONFIGURATIONUPDATEACKNOWLEDGE消息，也没有收到ENBCONFIGURATIONUPDATEFAILURE消息，那么eNB1会重新向该eNB2发起eNBConfigurationUpdate过程，并且再次发送的ENBCONFIGURATIONUPDATE消息与上次发送的消息完全一致。

图8-30 eNB配置更新：失败操作对协议和接口的修改SON实体位于eNB中，UE的测量结果需上报给SON实体。

TS36.331中增加了UE 上报测量结果的过程。

X2接口协议中的eNBConfigurationUpdateprocedures中增加了PRACHConfigurationIE，用来在eNB之间交换PRACH配置信息。

OAM需求通过OAM系统，运营商可以配置初始的RACH参数，并可设置哪些参数需在网络运行过程中进行调整，也可设置RACH性能目标值。

由于随机接入信道自优化功能的算法位于eNB，为了执行随机接入信道自优化功能，需要以下支持。

eNB可自动配置相应的RACH参数。

通过OAM系统，应能够配置这些参数的取值范围，并确保取值范围是恰当的、不会限制优化性能。

eNB可使用专有的优化算法、在规定的取值范围内对RACH参数进行调整。