LTE移动通信系统第9章LTE随机接入过程

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1、第9章LTE随机接入过程随机接入概况基于竞争的随机接入流程随机接入时频结构随机接入基带信号生成第9章LTE随机接入过程第9章LTE随机接入过程随机接入概况基于竞争的随机接入流程随机接入时频结构随机接入基带信号生成随机接入(RandomAccess)是用户开始与网络通信之前的接入过程。随机接入的主要作用是对数据传输过程进行资源分配，或者取得通信的上行同步。只有在随机接入过程完成后，基站和用户才可能进行常规的数据传输和接收。随机接入概况一、应用场景随机接入概况在LTE中，以下场景会触发随机接入过程：初始接入时建立无线连接：当用户设备从空闲

2、模式转到连接模式时，会发起随机接入过程；无线链路重建：当无线链路失败后，用户设备需要重新建立无线连接时，会发起随机接入过程；当用户进行小区切换时，要与新的小区建立上行同步，会发起随机接入过程；下行数据到达且终端空口处于上行失步状态；上行数据到达且终端空口处于上行失步，或者虽未失步但需要通过随机接入申请上行资源；辅助定位，网络利用随机接入获取时间提前量(TA，TimingAdvance)。随机接入概况随机接入过程涉及物理层、MAC层(媒体接入控制层)、RRC层(无线资源控制层)等多个协议层。物理层定义随机接入过程所需的前导码(Pream

3、ble)、PRACH(物理随机接入信道)信道资源、随机接入过程各消息之间的时序关系等；MAC层负责控制随机接入过程的触发与实施；对于一些特定的随机接入场景，例如切换过程中的随机接入，则需要RRC层的参与。LTE随机接入过程可以分为同步随机接入过程和非同步随机接入过程。当终端已经和系统取得上行同步时，终端的随机接入过程称为同步随机接入。当LTE尚未和系统取得或丢失了上行同步时，终端的随机接入过程称为非同步随机接入。由于在进行非同步随机接入时，终端尚未取得精确的上行同步，因此非同步接入区别于同步接入的一个主要特点就是要估计、调整终端上行发

4、送时钟，将同步误差控制在循环前缀长度以内。随机接入概况二、随机接入过程分类LTE随机接入过程的接入模式可分为基于竞争的随机接入和非竞争的随机接入。如果前导码由终端的MAC层选择，则为基于竞争的随机接入；如果前导码由控制信令分配，则为非竞争的随机接入。一般情况下，非竞争接入建立通信过程更快。随机接入概况随机接入概况基于竞争的随机接入流程随机接入时频结构随机接入基带信号生成第9章LTE随机接入过程随机接入的基础是基于竞争的过程。基于竞争的随机接入流程除初始接入外，用户的小区切换也有可能采用非竞争的随机接入方式。非竞争方式不需要采用竞争决策

5、，只用到整个过程的前两个步骤。基于竞争的随机接入流程基于竞争的随机接入流程一、随机接入前导随机接入过程的第一步是用户先基站发送随机接入前导信号。发送前导信号的主要目的是为基站指示随机接入尝试的出现，并允许基站估计基站与用户设备之间的时延。该时延估计将用在随机接入响应中用来调节上行链路定时。用于传输随机接入前导信号的时频资源称为物理随机接入信道(PRACH)。网络在允许随机接入前导信号传输(即PRACH资源，在SIB-2中)的时频资源内对所有移动终端进行信息广播。作为随机接入过程中的第一步，移动终端选择一个前导信号在PRACH(物理随机

6、接入信道)上进行发送。基于竞争的随机接入流程每个小区中有64个可用的前导信号序列，基站可将其中部分或全部序列用于竞争随机接入，并且可以选择性地将所有基于竞争随机接入的前导信号序列分为两组，称为集合A(GroupA)和集合B(GroupB)。触发随机接入时，终端首先要根据待发送的Msg3大小和路损大小确定前导信号序列集合，其中集合B应用于Msg3较大且路损较小的场景，集合A应用于Msg3较小或路损较大的场景，Msg3大小门限和路损门限在系统消息中通知终端。终端确定前导信号序列集合后，从中随机选择一个前导信号序列发送。如果基站将小区内所有

7、前导信号序列都划归集合A，即不存在集合B，则终端直接从集合A中随机选择一个前导码发送。只要没有其他终端同时采用相同的序列执行随机接入尝试，该尝试就不会发生冲突，并且在很大概率上可以被基站检测到。基于竞争的随机接入流程基于竞争的随机接入流程如果移动终端已请求执行非竞争的随机接入，例如，为了切换到新小区，将采用的前导信号会被基站直接指示。为避免冲突，基站倾向于从序列中选择非竞争的前导信号，而这需要排除两个被用于基于竞争的随机接入集合。基于竞争的随机接入流程(1)PRACH时频资源在频域内，PRACH资源带对应6个资源块的小区带宽(1.08

8、MHz)，很好地匹配LTE中可以操作的带有6个资源块的最小上行链路小区带宽。因此，对于不同的小区传输带宽，可采用相同随机接入前导信号结构。在时域内，前导信号区域的长度取决于配置的前导信号。通常，随机接入前导信号是以1ms