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MATLAB代做|FPGA代做|python代做-LTE随机接入流程

时间:2019-11-1 20:18:48 点击:

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LTE信令之接入流程
今天我主要带大家了解一下LTE主要信令之随机接入流程,首先我们了解一下随机接入的概述:只有上行传输时间严格同步的情况下,才会被安排传送上行数据包,为了达成这条,LTE RACH(Random Access Channel)随机接入信道扮演了非常关键的角色,它是不同步的UE和正交同步的上行无线接入的接口。

在WCDMA网络,RACH(随机接入信道)的主要作用是初始网络接入和短消息传送。在LTE网络,RACH(随机接入信道)仍然用初始网络接入,但是不再承载任何用户数据,用户数据全部由PUSCH(物理上行共享信道)负责承载。LTE RACH(随机接入信道)负责帮助UE实现上行链路的时间同步,它面对的UE要么还没有获得上行时间同步,或者丢失了这种时间同步。一旦UE获得上行链路同步,eNodeB就可以给它分配上行链路的正交传输资源。RACH的相关场景包括:

(1)UE处于RRC_CONNECTED状态(从UE接收/发送单播数据),但没有实现上行链路同步。此时UE打算发送新的上行数据包或者控制信息(比如事件触发的测量报告);

(2)UE处于RRC_CONNECTED状态,但没有实现上行链路同步。此时UE打算接收新的下行数据包,并且需要在上行链路回复相应的ACK/NACK信息;

(3)UE处于RRC_CONNECTED状态,正从服务小区切换到目标小区;

(4)UE正从RRCIDLE(空闲态)状态转换到RRCCONNECTED状态,比如正在进行初始接入或者位置区更新;

(5)UE正从无线链路失败的状态中恢复;

上述场景要求LTE RACH的时延比较小,同时在低信噪比(SINR)的情况下(比如小区边缘,切换状态等)确保良好的探测概率,从而使得RACH的覆盖范围与PUSCH(Physical Uplink Shared Channel物理上行共享信道)和PUCCH(Physical Uplink Control Channel物理上行链路控制信道)基本一致。

一次成功的RACH尝试意味着这个UE随后的上行数据包会被插入其它UE已经被分配好的同步数据包中,这决定了RACH必须能够达到所要求的时间估计精度,以及需要的RACH传输带宽。由于上行链路使用了循环前缀(CP),LTE RACH只需要估算双向时延,而需要的RACH带宽也比WCDMA网络少。

和WCDMA不同,LTE RACH必须要适应上行链路的同步时频结构,这样eNodeB就能够避免RACH和PUSCH/PUCCH之间的干扰。同样重要的是,应该尽可能小地减少RACH对相邻小区PUSCH/PUCCH信道的干扰。

随机接入的三点知识:随机接入过程、基于竞争的随机接入、基于非竞争的随机接入

随机接入过程是指从用户发送随机接入前导码,开始尝试接入网络到与网络间建立起基本的信令连接之前的过程。LTE随机接入过程有两种类型:有竞争的随机接入和没有竞争的随机接入。在上面提到的所有5种场景中,UE都会先初始化一个有竞争的随机过程。在这个过程中,UE随机选择一个随机接入前缀标志(preamble signature),为随后的竞争解决过程做准备。不同的UE有可能选择相同的前缀标志。

随机接入实现的基本功能是申请上行资源和与eNodeB间的上行时间同步。基于竞争接入过程的使用场景是:从RRC-IDLE状态到RRC-CONNECT的状态转换,即RRC连接过程,如初始接入和TAU更新无线链路失败后的初始接入,即RRC连接重建过程在RRC-CONNECTED状态,未获得上行同步但需发送上行数据和控制信息,或虽未上行失步但需要通过随机接入,申请上行资源在RRC-CONNECTED状态,从服务小区切换到目标小区,在RRC-CONNECTED状态,未获得上行同步但需接收下行数据。

基于非竞争接入过程的使用场景是:在RRC-CONNECTED状态,从服务小区切换到目标小区在RRC-CONNECTED状态,未获得上行同步但需接收下行数据,在RRC-CONNECTED状态,UE位置辅助定位需要,网络利用随机接入获取时间提前量(TA: Timing Advance),这里在RRC-CONNECTED状态,从服务小区切换到目标小区,在RRC-CONNECTED状态,未获得上行同步但需接收下行数据,既基于竞争接入过程的使用场景又基于非竞争接入过程的使用场景。

竞争的随机接入流程有四步,首先终端向eNodeB发送Random Access Preamble(随机接入前导)然后eNodeB向终端回复Random Access Response(随机接入响应,eNB检测到有UE发送接入前导之后向用户发送随机接入响应,以告知UE可以使用的上行资源信息),终端向基站发送First scheduled UL transmission(UE收到随机接入响应后,在随机接入响应消息所指定的上行资源中发送调度消息,该消息主要包括UE的唯一标示信息),基站发送Contention Resolution(eNB发送冲突解决消息到终端)。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(Physical Downlink Control Channel物理下行控制信道)调度Msg2,并通过RA-RNTI(标示用户发随机接入前导所使用的资源块)进行寻址,RA-RNTI由承载Msg1的PRACH(Physical Random Access Channel物理随机接入信道)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(是临时UE识别号)或随机数;连接重建:携带RRC层生成的RRC连接重建请求,C-RNTI(Radio Network Temporary Identifier小区无线网络临时标识适用范围)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。最后一步Msg4:竞争解决,分为两种情况,初始接入和连接重建场景,切换,上下行数据到达场景,竞争判定在初始接入和连接重建场景下: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;在切换,上下行数据到达场景下:UE如果在PDCCH(Physical Downlink Control Channel物理下行控制信道)上接收到调度Msg4的命令,则竞争成功。调度在初始接入和连接重建场景下:Msg4使用由临时C-RNT加扰的PDCCH调度;在切换,上下行数据到达场景下:eNB使用C-RNT加扰的PDCCH调度Msg4。C-RNTI在初始接入和连接重建场景下:Msg2中下发的临时C-RNTI在竞争成功后升级为UE的C-RNTI;C-RNTI在切换,上下行数据到达场景下:UE之前分配C-RNTI,在Msg3中也将它传给eNB。竞争解决后,临时C-RNTI被收回,继续使用UE原C-RNTI。

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(Random Access Preamble assignment):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(Random Access Preamble):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(Random Access Response):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。



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作者:LTE随机接入 来源:LTE随机接入
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