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1、 .RA过程引言RA是无线通信一个很重要的过程，是UE接入网络的重要步骤。RA重要是要进行网络接入同步，获得网络中唯一ID，以供eNodeB进行调度。RA接入过程通常有几种情况，(a) 当UE开机进行了小区同步之后，UE开始进行RA上行接入，进行与网络进行同步接入过程；或者无线链路错误重新接入的过程。(b) 当进行切换时，UE需要进入新的小区，此时UE与邻接小区进行RA过程 （c） 上行处于失步的状态，此时包括两种情况，一种是需要发送上行的数据包括测量；另外一种是下行有数据需要回应 A/N；(d) UE为了发送SR消息，使用RA过程(e)定位UE进行timing 过程。也可以从触发方面来考虑，
2、一种是RRC信令出发的，这个可以包括 初始接入，重建和切换接入过程，这种情况没有网络的C-RNTI；一种是UE触发的，包括上行Timing过程和特殊情况下使用RA来发送SR；另外是网络PDCCH DCI触发的，包括eNodeB需要进行上行Timing。RA过程，主要分为非竞争RA过程和竞争RA过程。是否为竞争RA过程，通常由网络来决定，eNodeB在Premble index中指示是否为竞争RA 。由网络发起的RA过程通常可以为非竞争RA过程。但是如果网络中没有dedicated preamble ，网络也只能发起竞争RA过程。切换过程发起的RA，下行有数据发送但是上行失步此时网络发起的RA，
3、由于定位UE进行的Timing发起的RA，这三种情况如果有专用的preamble，此时可以发起非竞争RA。其他的一些情况会发起竞争RA过程。在竞争RA过程中，由于网络无法知道接入的Prach的具体位置，网络需要对各种可能的位置度进行相应的解调和盲检，并且在同一时频资源可能出现多个UE同时发起，此时需要在MSG3中竞争解决，网络会在MSG4中通知那个UE竞争出。1 RA的时频码空资源(PRACH)1.1 时频结构其时域的结构可以用36211的图来表示：Figure 5.7.1-1: Random access preamble format从上图来看，包括CP部分和序列部分。RA的preambl
4、e序列有4种格式：Table 5.7.1-1: Random access preamble parameters.Preamble format01234*需要注意的是，格式4是专门用于TDD模式下的UpPTS中。对于不同的格式，小区具有不同的含义。在实际的无线网络系统中，小区的半径大小是不一样的。这样也就引入了不同的无线衰减和多径。小区范围越大，其中时延也越长，所需要的CP要求也要更长。值得注意的是，这里隐含了Prach的另外一个参数GT(保护时隙)。这是因为在LTE的TTI中，每个TTI是1ms，prach的信号也占用1ms的整数倍，所以GT的时间是 n*ms-Tcp-Tseq。GT用来
5、保证UE信号到来的延时在GT内，不造成对其他TTI的信号进行干扰。对于不同小区的多径传播和延时，可以使用如下图来表示：对于小区的半径，主要取决于GT的长度，要保证Preamble格式和小区覆盖范围的关系约束原则为：小区内边缘用户的传输时延需要在GT内部，才能保证PRACH能正常接收，且不干扰其他的子帧。各种不同的格式的小区的长度为如下表格：前导格式CP长度(Ts/)GT长度()03168/103.132976/96.886.2514.53121024/684.3815840/515.6316.6777.3426240/203.136048/196.886.2529.53321024/684.3
6、821984/715.6316.67100.164448/14.583288/9.37551.406显然，从上面表格来看，格式0-3的小区半径相对是很大的，特别是格式3，支持最大的小区半径达100km。各种格式的使用，实际与网络配置有很大的关系。 Prach的时域配置，可以根据36211的表格Table 5.7.1-2(FDD) 和Table 5.7.1-3(TDD)和Table 5.7.1-4来确定。Table 5.7.1-2(FDD)表格主要由4个参数来表示 PRACH Configuration Index PreambleFormatSystem frame number Subfra
7、me number PRACH Configuration Index 是用来指示Prach有64种的时域配置，这个值是由高层配置下来的。Preamble Format 是指前面的4种格式，使用那个Prach格式；System frame number 是指无线子帧序号，这里指明是接入是使用无线帧的偶数帧接入还是奇数帧或者是所有的帧都可以接入；子帧序号指在那个子帧中可以开始发起接入。FDD的配置来看，有的无线帧中有很多子帧都可以进行Prach的接入过程。这就是就要求系统测的eNodeB对这些子帧都需要进行检测。FDD格式的频域指示是由参数来定义，是Prach的起始的RB块号且，所以参数(PRA
8、CH Configuration Index, ) 确定了Prach的时频资源。 TDD格式的参数与FDD有不同，主要由下面的参数表示 PRACH configurationIndexPreambleFormatDensityPer 10 msVersion前面两个参数都是一致的，主要是后面的两个参数。Density，见如下解释：For TDD PRACH is the actual maximum density is 6, which is in a time range radio frame, appears at most 6 PRACH channels。这个是中兴的专利Rando
9、m access method between terminal and base station in LTE system中的解释。网上很多对于Density解释为发送次数等，都不是很正确，具体还可以参见大唐的专利Method and base station for adjusting density of PRACH (Physical Random Access Channels)，是个版本号，具体意思以后在进行查找。Table 5.7.1-4给出了TDD的时频格式的具体映射，其中的表示值为四元组。这四元组决定了Prach的具体时频位置。 对于TDD格式，总共有7种配置，每种配置有不
10、同的上行的无线子帧。PRACH的时频资源的常用格式0-3，占用了1ms，2ms和3ms这几种时域结构。也就是最多需要3个无线子帧。所以对于某一个格式，某一些配置是不可以使用的。而FDD格式能够配置所有的格式，并且其中的无线子帧的位置也会很多，对于TDD格式，其中的接入性能要差于FDD格式。以下来看这四元组的含义。 类似FDD，频域的索引。，表示是否为所有的无线帧接入，奇数帧接入和偶数帧接入； 表示无线帧的前半帧和后半帧接入；表示 上行prach接入无线子帧序号，这里的序号是两个上下行转换点之间的子帧开始计入的。后面的3个参数用来确定时域上的接入资源；频域的接入还需要如下在此描述。 是高层提供给
11、物理层的， 为分配的首个RB块，两个参数如下关系：如果是格式4，其中的映射关系有一些变化：其中 为系统帧号， 为无线帧中下行到上行的转换序号。1.2 preamble生成这里看看Preamble的生成过程。每个小区总共有64个preamble序列。Preamble 序列也是通过Zadoff-Chu 来生成的，由RACH_ROOT_SEQUENCE 来确定u的值，u根的preamble序列由如下公式生成：RACH_ROOT_SEQUENCE 通过系统广播消息获得。Tables 5.7.2-4 and 5.7.2-5 分别是root序号对应的u根值(36211中)， 与preamble的格式相关，
12、0-3取值839。长度为的零相关的的preamble序列通过如下公式进行移位获得 循环移位由如下公式给出 是与 和相关的循环移位参数。参数 High-speed-flag 决定是否为非限制集或者限制集取值。如果是高速行驶的情况(限制集)，则需要计算另外几个参数。 是一个与的多普勒幅度相关的循环移位变量：p 值需要满足的最小非负整数。限制集的循环移位参数计算由 给出： 如果 如果 如下来看，64个preamble 是怎么生成的。在协议36211有描述“Additional preamble sequences, in case 64 preambles cannot be generated f
13、rom a single root Zadoff-Chu sequence, are obtained from the root sequences with the consecutive logical indexes until all the 64 sequences are found “ 也就是如果某个root序列不能得到64个preamble序列，则需要使用下一个root序列直到完全生成了小区的preamble序列为止。这里假设是非限制级，zeroCorrelationZoneConfig =11，则 的值为93。如果配置了格式3，则移位的次数 839/93 =9。也就是对于某
14、个配置的root根序列，只能够获得9个preamble序列。根据协议要求，此时需要使用下一个根序号产生另外的preamble。小区总计64个，则需要8个根序列来生成。这里有一个地方需要在此说明一下，有个参数High-speed-flag ，这个是用于是否高速行驶的应用场景。如果高速行驶多普勒频域现象非常明显，此时频率偏差可能很大，所以采用了限制集的preamble。这个是为了保证各个preamble之间的搜索窗没有相互交互的现象。Prach的基带信号的生成，由如下公式来产生：， 幅度因子，。如果从时频码的角度来理解PRACH的基带信号，是与 时域，频域和u根三者关联的一个基带信号。NOTE：在
15、基带信号发送和接收过程中，基带信号的产生是分两个过程的，一个是Preamble的DFT变化，另外是多载波的IDFT的变换。在之后的过程还需要进一步理解。此外，RA过程的性能怎么表示，与一些什么因素相关，这些公式来源，是否有一些缺点等，这个是深入理解的一个方面。2 RA 物理过程(36213)物理层的随即接入过程大致需要如下几个步骤： (1) Prach过程需要由MAC层/RRC进行触发 (2) 高层指定相关的接入所需要的参数，以便物理层能够选取相关的preabmle资源和时频资源 (3) PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER 也需要由高层来指定 (4) preamble的发射功率的确定 (5) preamble的资源选择 (6) 检测携带RA-CRNTI的PDCCH，确定是否preamble已经正确接收2.1 RA过程的时序关系这个时序关系是36211中规定的RA过程中相关的时序关系。如果第n个子帧检测到PDCCH并且携带RA请求，UE考虑
