随机接入学习.docx
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随机接入学习
随机接入过程
UE通过随机接入过程(RandomAccessProcedure)与cell建立连接并取得上行同步。
只有取得上行同步,UE才能进行上行传输。
随机接入的主要目的:
1)获得上行同步;2)为UE分配一个唯一的标识C-RNTI。
随机接入的使用场景
随机接入过程通常由以下6类事件之一触发:
(见36.300的10.1.5节)
1)初始接入时建立无线连接(UE从RRC_IDLE态到RRC_CONNECTED态);
2)RRC连接重建过程(RRCConnectionRe-establishmentprocedure);
3)切换(handover);
4)RRC_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;
5)RRC_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(此时允许上行同步的UE使用RACH来替代SR);
6)RRC_CONNECTED态下,为了定位UE,需要timingadvance。
随机接入过程还有一个特殊的用途:
如果PUCCH上没有配置专用的SR资源时,随机接入还可作为一个SR来使用。
随机接入过程有两种不同的方式:
(1)基于竞争(Contentionbased):
应用于之前介绍的前5种事件;
(2)基于非竞争(Non-Contentionbased):
只应用于切换,下行数据接收,定位。
基于竞争的随机接入:
•UE随机选择preamble码发起
•Msg1:
发送Preamble码
–eNB可以选择64个Preamble码中的部分或全部用于竞争接入
–Msg1承载于PRACH上
•Msg2:
随机接入响应
–Msg2由eNB的MAC层组织,并由DL_SCH承载
–一条Msg2可同时响应多个UE的随机接入请求
–eNB使用PDCCH调度Msg2,并通过RA-RNTI进行寻址,RA-RNTI由承载Msg1的PRACH时频资源位置确定
–Msg2包含上行传输定时提前量、为Msg3分配的上行资源、临时C-RNTI等
•Msg3:
第一次调度传输
–UE在接收Msg2后,在其分配的上行资源上传输Msg3
•针对不同的场景,Msg3包含不同的内容
–初始接入:
携带RRC层生成的RRC连接请求,包含UE的S-TMSI或随机数
–连接重建:
携带RRC层生成的RRC连接重建请求,C-RNTI和PCI
–切换:
传输RRC层生成的RRC切换完成消息以及UE的C-RNTI
–上/下行数据到达:
传输UE的C-RNTI
•Msg4:
竞争解决
Example:
初始随机接入:
Msg1:
RandomAccessPreamble
包含preambleindex和发送preamble的时频域位置。
Msg2:
RandomAccessResponse
包含:
根据占用的时频资源计算获得RA_RNTI,并下发一个T_C_RNTI.
Msg3:
RRCConnectionRequest
Msg4:
ContentionResolutiononDL
Msg4携带成功解调的Msg3消息的拷贝,UE将其与自身在Msg3中发送的高层标识进行比较,两者相同则判定为竞争成功,Msg2中下发的临时C-RNTI在竞争成功后升级为UE的C-RNTI.
Msg5:
RRCConnectionsetup
C_RNTI用于标识RRCConnect状态的UE
Handover(非竞争随机接入)
基于非竞争的随机接入
•UE根据eNB的指示,在指定的PRACH上使用指定的Preamble码发起随机接入
•Msg0:
随机接入指示
–对于切换场景,eNB通过RRC信令通知UE
–对于下行数据到达和辅助定位场景,eNB通过PDCCH通知UE
Msg1:
发送Preamble码
UE在eNB指定的PRACH信道资源上用指定的Preamble码发起随机接入
Msg2:
随机接入响应
Msg2与竞争机制的格式与内容完全一样,可以响应多个UE发送的Msg1
标识类型
应用场景
获得方式
有效范围
是否与终端/卡设备相关
RA-RNTI
随机接入中用于指示接收随机接入响应消息
根据占用的时频资源计算获得(0001~003C)
小区内
否
T-CRNTI
随机接入中,没有进行竞争裁决前的CRNTI
eNB在随机接入响应消息中下发给终端(003D~FFF3)
小区内
否
C-RNTI
用于标识RRCConnect状态的UE
初始接入时获得(T-CRNTI升级为C-RNTI)(003D~FFF3)
小区内
否
SPS-CRNTI
半静态调度标识
eNB在调度UE进入SPS时分配(003D~FFF3)
小区内
否
P-RNTI
寻呼
FFFE(固定标识)
全网相同
否
SI-RNTI
系统广播
FFFF(固定标识)
全网相同
否
初始接入和连接重建场景
切换,上/下行数据到达场景
竞争
判定
Msg4携带成功解调的Msg3消息的拷贝,UE将其与自身在Msg3中发送的高层标识进行比较,两者相同则判定为竞争成功
UE如果在PDCCH上接收到调度Msg4的命令,则竞争成功
调度
Msg4使用由临时C-RNTI加扰的PDCCH调度
eNB使用C-RNTI加扰的PDCCH调度Msg4
C-RNTI
Msg2中下发的临时C-RNTI在竞争成功后升级为UE的C-RNTI
UE之前已分配C-RNTI,在Msg3中也将其传给eNB。
竞争解决后,临时C-RNTI被收回,继续使用UE原C-RNTI
//36.211
TheRA-RNTIassociatedwiththePRACHinwhichtheRandomAccessPreambleistransmitted,iscomputedas:
RA-RNTI=1+t_id+10*f_id
Wheret_idistheindexofthefirstsubframeofthespecifiedPRACH(0≤t_id<10),andf_idistheindexofthespecifiedPRACHwithinthatsubframe,inascendingorderoffrequencydomain(0≤f_id<6).
这个例子中:
RA_RNTI=2(RA_RNTI=1+1+10*0=2)
eNodeB通过广播SIB-2发送prach-ConfigIndex和prach-FrequencyOffset,从而确定该小区可用于传输preamble的时频资源集合。
在这个脚本中SIB2:
prach-ConfigIndex:
51,DL/ULconfiguration:
1,对于与36.211表
Preambleformat:
4,PRACHdensityvalue,
:
1,
:
(0,0,0,*)
则UE在子帧1上发送Preamble,
频域:
=0,起始RB=0//根据下面的公式
Nsp=2,选1号公式
Forpreambleformat4,thefrequencymultiplexingshallbedoneaccordingto
where
isthesystemframenumberandwhere
isthenumberofDLtoULswitchpointswithintheradioframe.
Eachrandomaccesspreambleoccupiesabandwidthcorrespondingto6consecutiveresourceblocksforbothframestructures.
小结:
时域上占的连续的subframe数:
1、2、3、UpPTS;占据子帧内的所有slot和所有symbol。
配置时需要考虑小区的覆盖范围以及资源的使用(preamble越大,可用于传输上行数据的资源就越少)。
对于TDD而言,通过prach-ConfigIndex查表Table5.7.1-3和Table5.7.1-4得到preambleformat以及可以用于四元组
,其中
、
、
确定时域上可用于传输preamble的系统帧和子帧号,从而确定可选的时域资源。
通过prach-FrequencyOffset得到
,并与
共同确定了可选的频域资源(TDD在某个子帧上可能存在多个频域资源,所以是可选择的)。
小结:
频域上占6个连续的RB。
对TDD而言,每个子帧可以有多个PRACH资源,这是因为TDD中每个系统帧的上行子帧数更少,从而要求每个子帧发送更多的RA请求。
在TDD中,每个10ms的系统帧内至多可发送6个RA请求。
(见36.211的5.7.1-3的
)
对TDD而言,preamble在时域上的配置也是通过prach-ConfigIndex来指定的,且对应的表为36.211的Table5.7.1-3和Table5.7.1-4。
其中
表示UE在一个10ms的系统帧内有多少次随机接入的机会。
//36.300
10.1.5RandomAccessProcedure
Therandomaccessprocedureischaracterizedby:
-CommonprocedureforFDDandTDD;
-Oneprocedureirrespectiveofcellsize;
Therandomaccessprocedureisperformedforthefollowingsixevents:
-InitialaccessfromRRC_IDLE;
-RRCConnectionRe-establishmentprocedure;
-Handover;
-DLdataarrivalduringRRC_CONNECTEDrequiringrandomaccessprocedure;
-E.g.whenULsynchronisationstatusis“non-synchronised”;
-ULdataarrivalduringRRC_CONNECTEDrequiringrandomaccessprocedure;
-E.g.whenULsynchronisationstatusis"non-synchronised"ortherearenoPUCCHresourcesforSRavailable.
-ForpositioningpurposeduringRRC_CONNECTEDrequiringrandomaccessprocedure;
-E.g.whentimingadvanceisneededforUEpositioning;
Furthermore,therandomaccessproceduretakestwodistinctforms:
-Contentionbased(applicabletofirstfiveevents);
-Non-contentionbased(applicabletoonlyhandover,DLdataarrivalandpositioning).
NormalDL/ULtransmissioncantakeplaceaftertherandomaccessprocedure.
10.1.5.1Contentionbasedrandomaccessprocedure
ThecontentionbasedrandomaccessprocedureisoutlinedonFigure10.1.5.1-1below:
Figure10.1.5.1-1:
ContentionbasedRandomAccessProcedure
Thefourstepsofthecontentionbasedrandomaccessproceduresare:
1)RandomAccessPreambleonRACHinuplink:
-Therearetwopossiblegroupsdefinedandoneisoptional.Ifbothgroupsareconfiguredthesizeofmessage3andthepathlossareusedtodeterminewhichgroupapreambleisselectedfrom.Thegrouptowhichapreamblebelongsprovidesanindicationofthesizeofthemessage3andtheradioconditionsattheUE.Thepreamblegroupinformationalongwiththenecessarythresholdsarebroadcastonsysteminformation.
2)RandomAccessResponsegeneratedbyMAConDL-SCH:
-Semi-synchronous(withinaflexiblewindowofwhichthesizeisoneormoreTTI)withmessage1;
-NoHARQ;
-AddressedtoRA-RNTIonPDCCH;
-ConveysatleastRA-preambleidentifier,TimingAlignmentinformation,initialULgrantandassignmentofTemporaryC-RNTI(whichmayormaynotbemadepermanentuponContentionResolution);
-IntendedforavariablenumberofUEsinoneDL-SCHmessage.
3)FirstscheduledULtransmissiononUL-SCH:
-UsesHARQ;
-SizeofthetransportblocksdependsontheULgrantconveyedinstep2andisatleast80bits.
-Forinitialaccess:
-ConveystheRRCConnectionRequestgeneratedbytheRRClayerandtransmittedviaCCCH;
-ConveysatleastNASUEidentifierbutnoNASmessage;
-RLCTM:
nosegmentation;
-ForRRCConnectionRe-establishmentprocedure:
-ConveystheRRCConnectionRe-establishmentRequestgeneratedbytheRRClayerandtransmittedviaCCCH;
-RLCTM:
nosegmentation;
-DoesnotcontainanyNASmessage.
-Afterhandover,inthetargetcell:
-ConveysthecipheredandintegrityprotectedRRCHandoverConfirmgeneratedbytheRRClayerandtransmittedviaDCCH;
-ConveystheC-RNTIoftheUE(whichwasallocatedviatheHandoverCommand);
-IncludesanuplinkBufferStatusReportwhenpossible.
-Forotherevents:
-ConveysatleasttheC-RNTIoftheUE.
4)ContentionResolutiononDL:
-Earlycontentionresolutionshallbeusedi.e.eNBdoesnotwaitforNASreplybeforeresolvingcontention
-Notsynchronisedwithmessage3;
-HARQissupported;
-Addressedto:
-TheTemporaryC-RNTIonPDCCHforinitialaccessandafterradiolinkfailure;
-TheC-RNTIonPDCCHforUEinRRC_CONNECTED;
-HARQfeedbackistransmittedonlybytheUEwhichdetectsitsownUEidentity,asprovidedinmessage3,echoedintheContentionResolutionmessage;
-ForinitialaccessandRRCConnectionRe-establishmentprocedure,nosegmentationisused(RLC-TM).
TheTemporaryC-RNTIispromotedtoC-RNTIforaUEwhichdetectsRAsuccessanddoesnotalreadyhaveaC-RNTI;itisdroppedbyothers.AUEwhichdetectsRAsuccessandalreadyhasaC-RNTI,resumesusingitsC-RNTI.
10.1.5.2Non-contentionbasedrandomaccessprocedure
Thenon-contentionbasedrandomaccessprocedureisoutlinedonFigure10.1.5.2-1below:
Figure10.1.5.2-1:
Non-contentionbasedRandomAccessProcedure
Thethreestepsofthenon-contentionbasedrandomaccessproceduresare:
0)RandomAccessPreambleassignmentviadedicatedsignallinginDL:
-eNBassignstoUEanon-contentionRandomAccessPreamble(aRandomAccessPreamblenotwithinthesetsentinbroadcastsignalling).
-Signalledvia:
-HOcommandgeneratedbytargeteNBandsentviasourceeNBforhandover;
-PDCCHincaseofDLdataarrivalorpositioning.
1)RandomAccessPreambleonRACHinuplink:
-UEtransmitstheassignednon-contentionRandomAccessPreamble.
2)RandomAccessResponseonDL-SCH:
-Semi-synchronous(withinaflexiblewindowofwhichthesizeistwoormoreTTIs)withmessage1;
-NoHARQ;
-AddressedtoRA-RNTIonPDCCH;
-Conveysatleast:
-TimingAlignmentinformationandinitialULgrantforhandover;
-TimingAlignmentinformationforDLdataarrival;
-RA-preambleidentifier.
-IntendedforoneormultipleUEsinoneDL-SCHmessage.
10.1.5.3InteractionmodelbetweenL1andL2/3forRandomAccessProcedure
RandomaccessproceduredescribedaboveismodelledinFigure10.1.5.3-1belowfromL1andL2/3interactionpointofview.L2/L3receivesindicationfromL1whetherACKisreceivedorDTXisdetectedafterindicationofRandomAccessPreambletransmissiontoL1.L2/3indicatesL1totransmitfirstscheduledULtransmission(RRCConnectionRequestincaseofinitialaccess)ifnecessaryorRandomAccessPreamblebasedontheindicationfromL1.
Figure10.1.5.3-1:
InteractionmodelbetweenL1andL2/3forRandomAccessProcedure
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