随机接入总结

zmin21

小基站学习笔记

1. 随机接入概述

1.1 随机接入目的

随机接入（Random Access，简称RA）过程是UE向系统请求接入，收到系统的响应并分配接入信道的过程，一般的数据传输必须在随机接入成功之后进行。

1)除PRACH信道外，UE发送任何数据都需要网络预先分配上行传输资源，通过随机接入来获取。

2)数据通过空口传输需要一段时间。UE发送上行数据时必须提前一段时间发送，使数据在预定的时间点到达网络，即要保持上行同步。通过随机接入，UE获得上行发送时间提前量TA。

1.2 随机接入的场景

随机接入应用于以下6个场景,适用于非竞争随机接入的有3种3),4)和6):

1) 初始接入,即RRC建立连接;(竞争)

2) RRC连接重建(竞争)

3) 切换; (通常非竞争)

4) 下行数据到达且UE上行失歩; (通常非竞争)

5) 上行数据到达且UE上行失歩,或者虽未失但需要通过随机接入申请上行资源; (竞争)

6) 辅助定位,网络利用随机接入获取时间提前量(TA). (非竞争)

失步分为上行失步和下行失步，在eNB侧检测到的失步称为上行失步；在UE可以同时检测到上行失步及下行失步

1.3 随机接入的分类

随机接入分为基于竞争的随机接入过程和基于非竞争的随机接入,基于非竞争的接入过程最大差别在于接入前导的分配是由网络侧分配的，而不是由UE侧产生的，这样也就减少了竞争和冲突解决过程。其流程图如下:

2 竞争随机接入

竞争随机接入eNB没有为UE分配专用的Preamble码(前导码),而是由UE随机选择Preamble码并发起的随机接入(可能两个UE发送的Preamble相同而出现碰撞).

Msg1:发送前导码

LTE中, 每个小区有64个随机接入的前导序列, 分别被用于基于竞争的随机接入 (如初始接入)和非竞争的随机接入(如切换时的接入).其中, 用于竞争的随机接入的前导序列的数目个数为numberofRA-Preambles,在SIB2系统消息中广播.

用于竞争的随机前导序列, 又被分为GroupA和GroupB两组.  其中GroupA的数目由参数preamblesGroupA来决定, 如果GroupA的数目和用于竞争的随机前导序列的总数的数目相等, 就意味着GroupB不存在.若GroupB不存在,则UE会直接在GroupA中选择一个前导码.

在GroupB存在的情况下, 如果所要传输的信息的长度(加上MAC头部, MAC控制单元等)大于 messageSizeGroupA,并且UE能够满足发射功率的条件下, UE就会选择GroupB中的前导序列.

2.Msg2:随机接入响应

发送了接入前导序列以后, UE需要监听PDCCH(物理下行控制信道),是否存在eNB回复的RAR消息(Random Access Response), RAR的时间窗是从UE发送了前导序列的子帧 + 3个子帧开始, 长度为Ra-ResponseWindowSize(由eNB指定通过系统消息传给UE)个子帧.  如果在此时间内没有接收到RAR回复, 就认为此次接入失败. 如果初始接入过程失败，但是还没有达到最大尝试次数preambleTransMax，那么UE可以在上次发射功率的基础上, 功率提升powerRampingStep, 来发送此次前导, 从而提高发送成功的机率.

Msg2的内容包括:backoff参数,与MsG1对应的Preamble码,上行传输定时提前量,为MsG3分配的上行资源,临时C-GNTI参数.其中, backoff为本次随机接入失败后的重传间隔.

3.Msg3:第一次调度传输

UE在发完MSg3消息后就要立刻启动竞争消除定时器mac-ContentionResolutionTimer（而随后每一次重传消息3都要重启这个定时器）, UE需要在此时间内监听eNodeB返回给自己的冲突解决消息。

Msg3支持混合自动重传请求HARQ.

4.Msg4:竞争解决

如果在mac-ContentionResolutionTimer时间内, UE接收到eNodeB返回的ContentionResolution消息, 并且其中携带的UE ID与自己在Msg3中上报给eNodeB的相符,那么UE就认为自己赢得了此次的随机接入冲突, 随机接入成功. 并将在RAR消息中得到的临时C-RNTI置为自己的C-RNTI.

否则的话, UE认为此次接入失败, 并按照上面所述的规则进行随机接入的重传过程.

值得注意的是, 冲突解决消息MSG4, 也是基于HARQ的. 只有赢得冲突的UE才发送ACK值, 失去冲突或无法解码Msg4 的UE不发送任何反馈消息.

3 非竞争随机接入

非竞争随机接入是UE根据eNB的指示,在指定的PRACH(物理随机接入信道)资源上使用指定的Preamble码进行的随机接入,适用于切换,下行数据到达和辅助定位3种场景.

非竞争随机接入分3歩:Msg0-Msg2

1.  Msg0:随机接入指示

Msg0的内容包括UE发起非竞争随机接入使用的PRACH信道资源和Preamble码;

2.  Msg1:发送Preamble码

UE在指定PRACH信道上用指定Preamble码发起随机接入;

3.  Msg2:随机接入响应

eNB再说收到Msg1后对UE进行响应(与竞争随机接入相同,一条Msg2可以响应多个UE发送的MSG1).

若UE在随机接入响应窗内没有正确收到自己的响应,则判断本次非竞争随机接入失败,就在下一个指定的PRACH信道上用指定Preamble码发起非竞争随机接入,失败重接的时间间隔不受backoff参数限制.达到最大随机接入次数后,UE MAC层向RRC层上报随机接入问题,指示接入失败.