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一：舉例——一個(gè)完整的隨機(jī)接入過(guò)程 先簡(jiǎn)要分析一個(gè)隨機(jī)接入的例子，本例是用高通工具QCAT來(lái)說(shuō)明，一次隨機(jī)接入過(guò)程如下圖所示： 從協(xié)議棧的工作機(jī)制來(lái)做一個(gè)簡(jiǎn)要解釋： UE的NAS層的MM子層，需要發(fā)起一次業(yè)務(wù)請(qǐng)求serviceRequest。因?yàn)?/span>NAS的MM層需要干活了，所以調(diào)用其下層的功能。于是，AS層的RRC層，開(kāi)始工作并為NAS的MM提供服務(wù)。注意，規(guī)范中經(jīng)常的一種描述是“上層調(diào)用下層的功能、下層給上一層提供服務(wù)”。 第二條信令，我們看到，RRC層封裝了RRC CONNECTION REQUEST的包，并傳遞給其下層PDCP/RLC/MAC去進(jìn)一步處理。PDCP/RLC層因與隨機(jī)過(guò)程接入基本無(wú)關(guān)，故在QCAT的filter中已將其過(guò)濾。 于是，MAC層，開(kāi)始組織并觸發(fā)隨機(jī)接入過(guò)程，于是我們順次看到了MSG1/MSG2/MSG3，并在MSG4中競(jìng)爭(zhēng)成功并解決沖突（contention resolution）。 后面其他的信令這里不解釋。 很明顯，，這是從UE角度來(lái)看的、一次完整的隨機(jī)接入過(guò)程。 通過(guò)調(diào)用隨機(jī)接入過(guò)程，RRC層也完成了從一次從idle到connected的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，并最終為MM層傳遞NAS信令Servicerequest至MME。 再看下時(shí)間： 如果從139到210定義這次時(shí)間，大概是71ms。 即可以認(rèn)為，UE花了大約70ms，完成了一次從空閑態(tài)到連接態(tài)的RRC狀態(tài)轉(zhuǎn)換。 大家應(yīng)該還記得LTE在25.913規(guī)范中的約定，LTE UE連接態(tài)到空閑態(tài)的遷徙時(shí)長(zhǎng)不得超過(guò)100ms。 為了讓大家看清楚里面的碼流，順次截圖如下 1. LTE NAS EMM Plain OTAOutgoing Message -- Service Request Msg （MM層的消息） 2. LTE RRC OTA Packet -- UL_CCCH （RRC層的消息，RRC CONREQ，注意里面有ue-identity這個(gè)IE） 3. LTE Random Access Request (MSG1) Report (注意里面的RA-RNTI) 4. LTE Random AccessResponse (MSG2) Report （注意里面的Temp-C-RNTI） 5. LTE UE Identification Message (MSG3)Report 6. LTE Contention Resolution Message (MSG4) Report (注意 contentionresult=Pass) 7. LTE RRC OTA Packet -- DL_CCCH （rrcConnectionSetup） 8. LTE RRC OTA Packet -- UL_DCCH（rrcConnectionSetupComplete） 這些截圖具體里面涉及到的參數(shù)太多，限于篇幅，此處不能一一詳述。 二：隨機(jī)接入過(guò)程的流程解析 在LTE中，有五種情況，需要觸發(fā)隨機(jī)接入過(guò)程，描述如下：
每個(gè)小區(qū)中的UE可通過(guò)公共信令（比如SIB2中的RACH-ConfigCommon）或?qū)Ｓ眯帕睿ū热?/span>RRC重配置中的RACH-ConfigDedicated）等這些方式，獲得的RACH配置及隨機(jī)接入相關(guān)參數(shù)。UE生成最多64個(gè)Preamble，而這64個(gè)Preamble又被分為2組，因此隨機(jī)接入過(guò)程也被分為2種，即大家熟知的，基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入和非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入。 1． 基于競(jìng)爭(zhēng)（contention based）的隨機(jī)接入：由UE自行選擇前導(dǎo)（preamble）序列，存在沖突的可能，需進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)解決（contention resolutioon）。 2. 基于非競(jìng)爭(zhēng)（contention free）的隨機(jī)接入：由網(wǎng)絡(luò)側(cè)eNodeB指定前導(dǎo)preamble，因?yàn)榛驹谀硞€(gè)時(shí)刻唯一指定前導(dǎo)序列所以不存在沖突，無(wú)需進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)解決。比如上面列舉的第3/5兩種情況，可以采用無(wú)競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入。 競(jìng)爭(zhēng)的和無(wú)競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入過(guò)程如下圖所示： 隨機(jī)接入的具體步驟解釋 第一步：隨機(jī)接入前導(dǎo)發(fā)送 確定前導(dǎo)序列 若eNodeB指定隨機(jī)接入前導(dǎo)，則采用該分配的前導(dǎo)；否則由UE進(jìn)行前導(dǎo)選擇：根據(jù)Msg 3消息長(zhǎng)度進(jìn)行隨機(jī)接入序列組（A組或B組）選擇，然后在所選擇的序列組中，按等概率原則隨機(jī)選擇一個(gè)前導(dǎo)序列號(hào)。 根據(jù)eNodeB指示的根ZC序列號(hào)、循環(huán)移位配置、是否采用restricted set（僅FDD）、以及前導(dǎo)序列號(hào)，進(jìn)行ZC序列的選擇和循環(huán)移位的計(jì)算。 PRACH資源選擇和發(fā)射功率計(jì)算 根據(jù)PRACH配置、PRACH Mask索引、以及PRACH的相關(guān)定時(shí)約束，按等概率隨機(jī)原則，選擇一個(gè)PRACH資源進(jìn)行前導(dǎo)發(fā)送。 根據(jù)eNodeB指示的PRACH期望接收功率、前導(dǎo)格式和前導(dǎo)發(fā)送計(jì)數(shù)，進(jìn)行PRACH開(kāi)環(huán)發(fā)射功率計(jì)算和power ramping過(guò)程?？蓞⒖?/span>36.213. 第二步：隨機(jī)接入響應(yīng)接收 在由eNodeB指示長(zhǎng)度的搜索時(shí)間窗口內(nèi)，進(jìn)行PDCCH監(jiān)測(cè)及盲檢，注意此時(shí)PDCCH的DCI的CRC部分，是用RA-RNTI來(lái)加擾的。 根據(jù)前導(dǎo)發(fā)送的子幀號(hào)和頻率索引來(lái)計(jì)算RA-RNTI（取值范圍1~60） eNodeB采用DCI Format 1A或1C發(fā)送該PDCCH DCI的格式大家可參考其他文檔，后面再專文解釋 若UE盲檢到一個(gè)由RA-RNTI加擾的PDCCH，則根據(jù)該PDCCH所含的下行調(diào)度信息，接收同一TTI（1ms）內(nèi)的PDSCH信道。 此時(shí)，PDSCH攜帶了隨機(jī)接入響應(yīng)RAR的MAC PDU。 提取MAC PDU包含BI MAC子頭（若存在的話），用于更新Backoff值。 在RAR中讀取與發(fā)送前導(dǎo)相匹配的RAPIDMAC子頭和對(duì)應(yīng)的MAC RAR。 對(duì)該MAC RAR進(jìn)行解碼，提取TA命令、20-bit的上行授權(quán)（UL grant，也稱為隨機(jī)接入響應(yīng)授權(quán)）和Temporary C-RNTI。 若是非競(jìng)爭(zhēng)的，則隨機(jī)接入過(guò)程成功結(jié)束；若是競(jìng)爭(zhēng)的則設(shè)定Temporary C-RNTI，并進(jìn)行UL grant解碼，準(zhǔn)備進(jìn)行Msg 3發(fā)送。 倘若UE未檢測(cè)到任何一個(gè)由RA-RNTI加擾的PDCCH，或者對(duì)應(yīng)隨機(jī)接入響應(yīng)中并沒(méi)有與發(fā)送前導(dǎo)相匹配的RAPID MAC子頭，則退回第一步，進(jìn)行一次新的前導(dǎo)發(fā)送嘗試。 若是基于競(jìng)爭(zhēng)的，基于Backoff值加入一個(gè)隨機(jī)延遲后，再進(jìn)行一次新的前導(dǎo)發(fā)送嘗試 將前導(dǎo)發(fā)送計(jì)數(shù)器加1，并相應(yīng)的調(diào)整前導(dǎo)發(fā)送功率（power ramping的過(guò)程也可參考36.213） 若前導(dǎo)發(fā)送次數(shù)達(dá)到最大限定次數(shù)，則認(rèn)為該次隨機(jī)接入過(guò)程失敗，并向高層（RRC層）指示隨機(jī)接入失敗。 MAC PDU及MAC RAR結(jié)構(gòu)如下圖所示。 第三步：Msg 3發(fā)送 根據(jù)eNodeB指示的相關(guān)功控參數(shù)、路損估計(jì)、PUSCH發(fā)送所占RB數(shù)等等，計(jì)算Msg 3的開(kāi)環(huán)發(fā)射功率； 根據(jù)隨機(jī)接入響應(yīng)授權(quán)，按指定的資源和格式在PUSCH上進(jìn)行Msg 3發(fā)送； 采用Temporary C-RNTI（第二步中收到的）進(jìn)行加擾； Msg 3中包含了用于競(jìng)爭(zhēng)解決的信息； 在由RRC連接建立/重建觸發(fā)的隨機(jī)接入中，在CCCHSDU中包含了UE Identity 其它情況（切換、上/下行數(shù)據(jù)待傳輸）觸發(fā)的隨機(jī)接入中，在C-RNTI MAC控制信元中包含了UE的C-RNTI Msg 3會(huì)采用上行HARQ來(lái)提高接收可靠性 采用上行HARQ來(lái)提高Msg 3的接收質(zhì)量?？刹捎梅亲赃m應(yīng)重傳、或自適應(yīng)重傳，直到競(jìng)爭(zhēng)解決成功、或達(dá)到Msg 3最大重傳次數(shù)為止。 eNodeB通過(guò)TemporaryC-RNTI的上行授權(quán)，來(lái)指示Msg 3的自適應(yīng)重傳，無(wú)論UE是否已經(jīng)被分配了一個(gè)C-RNTI，且無(wú)論NDI（新數(shù)指示）值是什么。 第四步：競(jìng)爭(zhēng)解決（MSG4） 每次Msg 3新傳輸/重傳后，啟動(dòng)或重新啟動(dòng)競(jìng)爭(zhēng)解決定時(shí)器mac-ContentionResolutionTimer。 競(jìng)爭(zhēng)解決情形一：在由RRC連接建立/重建觸發(fā)的隨機(jī)接入中，在CCCHSDU中包含了UE Identity。 檢測(cè)由TemporaryC-RNTI加擾的PDCCH，并根據(jù)該下行分配將對(duì)應(yīng)的PDSCH進(jìn)行解碼（MSG4）。 若該PDSCH解碼OK，檢查UEContention Resolution Identity MAC控制信元中所含內(nèi)容是否與Msg 3發(fā)送的CCCH SDU攜帶的UEIdentity相匹配，若匹配，競(jìng)爭(zhēng)通過(guò)。 若競(jìng)爭(zhēng)解決通過(guò)，UE將TemporaryC-RNTI升級(jí)為C-RNTI 。 競(jìng)爭(zhēng)解決情形二：其它情況（切換、上/下行數(shù)據(jù)待傳輸）觸發(fā)的隨機(jī)接入中，在C-RNTI MAC控制信元中包含了UE的C-RNTI 。 若隨機(jī)接入過(guò)程由UE發(fā)起，檢測(cè)由C-RNTI加擾的PDCCH上行授權(quán)。 若隨機(jī)接入過(guò)程由eNodeB發(fā)起（PDCCHorder），檢測(cè)由C-RNTI加擾的PDCCH。 若競(jìng)爭(zhēng)解決成功，丟棄TemporaryC-RNTI 。 競(jìng)爭(zhēng)解決中的下行HARQ過(guò)程 eNodeB發(fā)送用于競(jìng)爭(zhēng)解決的PDSCH時(shí)，也采用HARQ過(guò)程來(lái)提高該PDSCH接收可靠性。 僅競(jìng)爭(zhēng)解決成功的UE反饋ACK，否則（PDSCH未成功譯碼、或PDSCH成功譯碼但競(jìng)爭(zhēng)解決失?。┎环答伻魏?/span>ACK/NACK。這樣做，能防止由于PUCCH ACK/NACK信道上的沖突而導(dǎo)致ACK/NACK接收質(zhì)量惡化。 若競(jìng)爭(zhēng)解決失敗，或競(jìng)爭(zhēng)解決定時(shí)器超時(shí)，則認(rèn)為競(jìng)爭(zhēng)解決失敗，退回第一步進(jìn)行一次新的前導(dǎo)發(fā)送嘗試 若是基于競(jìng)爭(zhēng)的，基于Backoff值加入一個(gè)隨機(jī)延遲后，再進(jìn)行一次新的前導(dǎo)發(fā)送嘗試。功率ramping。 若前導(dǎo)發(fā)送次數(shù)達(dá)到最大限定次數(shù)，則認(rèn)為該次隨機(jī)接入過(guò)程失敗，并向高層RRC指示本次隨機(jī)接入失敗。 一次隨機(jī)接入過(guò)程示意圖如下（這是找到的最好的圖了）：
三：幾點(diǎn)解釋： 1. 關(guān)于UE-identity，只有兩種可能，S-TMSI或randomvalue。RandoVaule的空間、協(xié)議定義是2的40次方。即如果UE有S-TMSI就使用S-TMSI；若沒(méi)有S-TMSI，那么在MSG3中，會(huì)在0到2^40-1中選擇一個(gè)隨機(jī)數(shù)，作為MSG3中的UE-Identity IE。 UE-identity是用來(lái)解決沖突的唯一判據(jù)。 2. 關(guān)于前文提到的TimeAlignmentTime定時(shí)器的解釋，在TS36.331中的描述摘錄如下，此定時(shí)器通過(guò)公共信令或?qū)Ｓ眯帕顐鬟f到UE： – TimeAlignmentTimerThe IE TimeAlignmentTimer is used to control how long the UE is considereduplink time aligned. Corresponds to the Timer for time alignment inTS 36.321 [6]. Value in number of sub-frames. Value sf500 corresponds to500 sub-frames, sf750 corresponds to 750 sub-frames and so on. In this releaseof the specification, uplink time alignment is common for all serving cells. TimeAlignmentTimer informationelement -- ASN1START TimeAlignmentTimer ::= ENUMERATED { sf500, sf750, sf1280, sf1920, sf2560, sf5120, sf10240, infinity} -- ASN1STOP 關(guān)于TimeAlignmentTime的解釋，在TS 36.321中的描述摘錄如下： 5.2 Maintenance of Uplink Time AlignmentThe UE has aconfigurable timer timeAlignmentTimer which is used to control how long the UE is considered uplink timealigned [8]. The UE shall: - when a Timing Advance Command MAC control element is received: - apply the Timing Advance Command; - start or restart timeAlignmentTimer. - when a TimingAdvance Command is received in a Random AccessResponse message: - if the Random Access Preamble was not selected by UE MAC: - apply the Timing Advance Command; - start or restart timeAlignmentTimer. - else, if the timeAlignmentTimer is not running: - apply the Timing Advance Command; - start timeAlignmentTimer; - when the contention resolution isconsidered not successful as described in subclause 5.1.5, stop timeAlignmentTimer. - else: - ignore the received Timing Advance Command. - when timeAlignmentTimerexpires: - flush all HARQ buffers; - notifyRRC torelease PUCCH/SRS; - clearany configured downlink assignments and uplink grants. The UE shall notperform any uplink transmission except the Random Access Preamble transmissionwhen timeAlignmentTimer is notrunning. 3. 信令中關(guān)于RACH及隨機(jī)接入?yún)?shù)的IE定義 – RACH-ConfigDedicatedThe IE RACH-ConfigDedicated is used to specify thededicated random access parameters. RACH-ConfigDedicated informationelement -- ASN1START RACH-ConfigDedicated::= SEQUENCE { ra-PreambleIndex INTEGER(0..63), ra-PRACH-MaskIndex INTEGER(0..15) } -- ASN1STOP – RACH-ConfigCommonThe IE RACH-ConfigCommon is used to specify thegeneric random access parameters. RACH-ConfigCommon information element -- ASN1START RACH-ConfigCommon ::= SEQUENCE { preambleInfo SEQUENCE{ numberOfRA-Preambles ENUMERATED{ n4, n8, n12, n16 ,n20,n24, n28, n32, n36, n40, n44, n48,n52, n56, n60, n64}, preamblesGroupAConfig SEQUENCE{ sizeOfRA-PreamblesGroupA ENUMERATED{ n4, n8, n12, n16,n20, n24, n28, n32, n36, n40, n44,n48, n52, n56, n60}, messageSizeGroupA ENUMERATED{b56, b144, b208, b256}, messagePowerOffsetGroupB ENUMERATED{ minusinfinity, dB0,dB5, dB8, dB10, dB12, dB15, dB18}, ... } OPTIONAL --Need OP }, powerRampingParameters SEQUENCE{ powerRampingStep ENUMERATED{dB0, dB2,dB4, dB6}, preambleInitialReceivedTargetPower ENUMERATED { dBm-120, dBm-118,dBm-116, dBm-114, dBm-112, dBm-110, dBm-108,dBm-106, dBm-104, dBm-102, dBm-100, dBm-98, dBm-96,dBm-94, dBm-92, dBm-90} }, ra-SupervisionInfo SEQUENCE{ preambleTransMax ENUMERATED{ n3, n4, n5, n6, n7, n8, n10, n20, n50, n100, n200}, ra-ResponseWindowSize ENUMERATED{ sf2, sf3, sf4, sf5, sf6,sf7, sf8, sf10}, mac-ContentionResolutionTimer ENUMERATED { sf8,sf16, sf24, sf32, sf40, sf48, sf56,sf64} }, maxHARQ-Msg3Tx INTEGER(1..8), ... } -- ASN1STOP 最后，SIB2中下發(fā)的關(guān)于RACH的相關(guān)參數(shù)見(jiàn)下圖：
而切換的時(shí)候，基站傳遞到UE的專用的RACH參數(shù)見(jiàn)下圖： 限于篇幅和時(shí)間關(guān)系，春天工作室 關(guān)于隨機(jī)接入過(guò)程的討論和分享，今天就到此為止，歡迎指正、勘誤和探討。 |
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