LTE系统PRACH详解

【摘要】 prach（physical random access channel），物理随机接入信道，作为非同步用户和lte无线接入的正交传输方案的接口，主要用于网络接入的初始化，为未得到上行同步或已经失去上行同步的用户实现上行定时同步。

本文首先对lte系统prach进行了简单介绍，然后分别从prach的初始参数、触发事件、消息流程以及检测等
几个方面进行了详解。

【关键词】 prach 竞争模式非竞争模式 zc序列
lte系统中，在小区搜索过程之后，ue已经与小区取得了下行同步，因此ue能够接收下行数据。

ue通过随机接入过程（random access procedure）与小区建立连接并取得上行定时同步。

prach作为随机接入信息的承载信道，其主要作用是：获得上行定时同步；为ue分配一个唯一的标识c-rnti。

一、prach的初始参数
ue随机接入小区所需的初始参数都从rrc层和mac层获得。

rrc层提供的参数：根参数，prach configuration index（配置索引），high-speed flag（高速标志），frequency position（频率位置）和cyclic shift （ncs循环移位）。

在一般的随机接入过程中，rrc给phy提供的参数来自广播。

切换时目标enb把参数发给源enb，然后由源enb通过pdcch
格式1a转发给ue。

mac层提供的参数：preamble index，ra-rnti，前导发射功率和功率调整步长。

在发起非竞争模式的随机接入过程之前，物理层需要获得以下参数：prach configuration，frequency position，preamble format，index to root sequence table，cyclic shift（ncs），set type （unrestricted or restricted set）。

二、prach的触发事件
①初始接入时建立无线连接：ue会从rrc_idle态到rrc_connected 态。

②rrc连接重建过程：以便ue在无线链路失后重建无线连接。

③切换：此时ue需要与新的小区建立上行同步。

④rrc_connected态下，下行数据到达（此时需要回复ack/nack）时，上行处于“不同步”状态。

⑤rrc_connected态下，上行数据到达（例：需要上报测量报告或发送用户数据）时，上行处于“不同步”状态或没有可用的pucch资源用于sr 传输（此时允许已经处于上行同步状态的ue使用rach来替代sr的作用）。

⑥rrc_connected态下，为了定位ue，需要ta。

三、prach消息流程
prach消息流程可以分为两类：非竞争模式和竞争模式。

非竞争模式的随机接入过程如图1所示，有三个步骤：步骤1：enb通过dl提供的专用信令给ue分配一个非竞争随机接入前导（这个前导不会在广播消息中分配）。

步骤2：ue发送分配的非竞争随机接入前导。

步骤3：
ue接收ra-rnti加扰的随机接入响应，对于切换的情况，该响应至少包括定时信息和初始上行授权；而对于下行数据到达触发的非竞争随机接入，该响应至少包含定时信息，但是不一定需要上行授权，因为这种情况下的上行授权可能已经从触发随机接入过程的dl下行数据得到。

竞争模式的消息流程如图2所示，有四个步骤：步骤1：ue选择一个随机接入前导用于随机接入。

ue并不是随便选择一个前导，而是依据某种原则选择，选定前导的同时也选择了相应的发给enb的隐含信息。

步骤2：enb的mac生成随机接入响应消息，并且通过ra-rnti加扰的pdcch指示也用ra-rnti加扰的pdsch发送给ue；该响应至少包括ra-preamble identifier， timing alignment information， initial ul grant and assignment of temporary c-rnti。

步骤3：ul-sch首次上行调度传输，即message3的传输，该消息的传输使用harq；传输的tb块大小取决于上一步中的上行授权，最小为80比特。

步骤4：是由dl-sch携带竞争决议发送给ue；enb可以不等待nas回复就发送竞争决议；因为该竞争决议的消息是temporary c-rnti加扰的，所以只可能在当前拥有相同temporary c-rnti的若干个ue才能收到该消息，最终以竞争决议标识决定允许哪个ue接入成功。

四、prach的检测
prach的前导序列使用zc序列，检测prach信号则是利用zc序列理想的自相关特性和在此自相关特性下的最佳互相关特性（zc序列满足恒幅零自相关特性）。

五、结束语
通过本文可以对lte系统中的prach有一整体的认识和理解，为prach的设计与实现奠定基础。