TD-LTE随机接入过程概述

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
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：
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。

c)发送前导
使用被选择的PRACH资源、相关的RA-RNTI、前缀索引和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
♦如果UE处于RRC_IDLE，则过程成功消息给高层
b)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：
♦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）
在UL-SCH上开始第一次调度传输：
a)使用HARQ；
b)传输块大小由UL Grant决定，至少80 bits；
c)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；
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
1、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；
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：
PRACH configuration
Index Preamble
Format
Density
Per 10
ms
()
RA
D
Version
()
RA
r
PRACH
configuration
Index
Preamble
Format
Density
Per 10
ms
()
RA
D
Version
()
RA
r
0 0 0.5 0 32 2 0.5 2
1 0 0.5 1 33
2 1 0
2 0 0.5 2 34 2 1 1
3 0 1 0 35 2 2 0
4 0 1 1 36 2 3 0
5 0 1 2 37 2 4 0
6 0 2 0 38 2 5 0
7 0 2 1 39 2 6 0
8 0 2 2 40 3 0.5 0
9 0 3 0 41 3 0.5 1
10 0 3
1 4
2 3
0.5
2 11 0 3
2 4
3 3 1
0 12 0 4
0 44 3 1
1 13 0 4
1 45 3 2
0 14 0 4
2 46
3 3
0 15 0 5
0 47 3 4
0 16 0 5
1 48 4
0.5
0 17 0 5
2 49 4
0.5
1 18 0 6
0 50 4
0.5
2 19 0 6
1 51 4 1
0 20 1
0.5
0 52 4 1
1 21 1
0.5
1 53 4 2
0 22 1
0.5
2 54 4 3
23 1 1 0 55 4 4 0 24 1 1 1 56 4 5 0 25 1 2 0 57 4 6 0 26 1 3 0 58 N/A N/A N/A 27 1 4 0 59 N/A N/A N/A 28 1 5 0 60 N/A N/A N/A 29 1 6 0 61 N/A N/A N/A 30 2 0.5 0 62 N/A N/A N/A 31 2 0.5 1 63 N/A N/A N/A。