LTE的初始接入信令流程以及整個LTE信令流程是怎么樣的

UE選擇合適的小區(qū)進(jìn)行駐留以后, 就可以發(fā)起初始的隨機(jī)接入過程了.
LTE 中, 隨機(jī)接入是一個基本的功能, UE只有通過隨機(jī)接入過程, 與系統(tǒng)的上行同步以后, 才能夠被系統(tǒng)調(diào)度來進(jìn)行上行的傳輸.LTE中的隨機(jī)接入分為基于競爭的隨機(jī)接入和無競爭的隨機(jī)接入兩種形式.
初始的隨機(jī)接入過程, 是一種基于競爭的接入過程, 可以分為四個步驟, 如下圖所示:
(1): 前導(dǎo)序列傳輸
(2): 隨機(jī)接入響應(yīng)
(3): MSG3 發(fā)送 (RRC Connection Request).
(4): 沖突解決消息.
所謂MSG3, 其實(shí)就是第三條消息, 因?yàn)樵陔S機(jī)接入的過程中，這些消息的內(nèi)容不固定，有時候可能攜帶的是RRC連接請求，有時候可能會帶一些控制消息甚至業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包，因此簡稱為MSG3.


以下內(nèi)容為每一步的詳解，我覺得可以不用深究，以后有的查看就好。




第一步:隨機(jī)接入前導(dǎo)序列傳輸.
LTE中, 每個小區(qū)有64個隨機(jī)接入的前導(dǎo)序列, 分別被用于基于競爭的隨機(jī)接入 (如初始接入)和非競爭的隨機(jī)接入(如切換時的接入).其中, 用于競爭的隨機(jī)接入的前導(dǎo)序列的數(shù)目個數(shù)為numberofRA-Preambles,在SIB2系統(tǒng)消息中廣播.
用于競爭的隨機(jī)前導(dǎo)序列, 又被分為GroupA和GroupB兩組. 其中GroupA的數(shù)目由參數(shù)preamblesGroupA來決定, 如果GroupA的數(shù)目和用于競爭的隨機(jī)前導(dǎo)序列的總數(shù)的數(shù)目相等, 就意味著GroupB不存在.
GroupA 和GroupB的主要區(qū)別在于將要在MSG3中傳輸?shù)男畔⒌拇笮?/span>, 由參數(shù)messageSizeGroupA 表示。在GroupB存在的情況下, 如果所要傳輸?shù)男畔⒌拈L度(加上MAC頭部, MAC控制單元等)大于 messageSizeGroupA,并且UE能夠滿足發(fā)射功率的條件下, UE就會選擇GroupB中的前導(dǎo)序列.
所謂 UE滿足發(fā)射功率指的是:
UE的路損> PCMAX – preambleInitialReceivedTargetPower – deltaPreambleMsg3 – messagePowerOffsetGroupB (36.321)
UE通過選擇GroupA或者GroupB里面的前導(dǎo)序列, 可以隱式地通知eNodeB其將要傳輸?shù)?/span>MSG3 的大小. eNodeB可以據(jù)此分配相應(yīng)的上行資源, 從而避免了資源浪費(fèi).
eNodeB 通過preambleinitialReceivedTargetPower通知UE其所期待接收到的前導(dǎo)序列功率, UE 根據(jù)此目標(biāo)值和下行的路徑損耗, 通過開環(huán)功控來設(shè)置初始的前導(dǎo)序列發(fā)射功率. 下行的路徑損耗, 可以通過RSRP (Reference Signal Received Power)的平均來得到(尹鵬注:TD中的RSCP意思是Received signal code power). 這樣可以使得eNodeB 接收到的前導(dǎo)序列功率與路徑損耗基本無關(guān), 從而利于NodeB探測出在相同的時間-頻率資源上發(fā)送的接入前導(dǎo)序列.
發(fā)送了接入前導(dǎo)序列以后, UE需要監(jiān)聽PDCCH信道,是否存在ENODEB回復(fù)的RAR消息, (Random Access Response), RAR的時間窗是從UE發(fā)送了前導(dǎo)序列的子幀 + 3個子幀開始, 長度為Ra-ResponseWindowSize個子幀. 如果在此時間內(nèi)沒有接收到回復(fù)給自己的RAR, 就認(rèn)為此次接入失敗.
如果初始接入過程失敗，但是還沒有達(dá)到最大嘗試次數(shù)preambleTransMax，那么UE可以在上次發(fā)射功率的基礎(chǔ)上, 功率提升powerRampingStep, 來發(fā)送此次前導(dǎo), 從而提高發(fā)送成功的機(jī)率. 在LTE系統(tǒng)中, 由于隨機(jī)前導(dǎo)序列一般與其他的上行傳輸是正交的, 因此, 相對于WCDMA系統(tǒng), 初始前導(dǎo)序列的功率要求相對寬松一些, 初始前導(dǎo)序列成功的可能性也高一些.
步驟二: 隨機(jī)接入響應(yīng) (RAR).
當(dāng)eNB檢測到UE發(fā)送的前導(dǎo)序列，就會在DL-SCH上發(fā)送一個響應(yīng)，包含：檢測到的前導(dǎo)序列的索引號、用于上行同步的時間調(diào)整信息、初始的上行資源分配(用于發(fā)送隨后的MSG3), 以及一個臨時C-RNTI, 此臨時的C-RNTI將在步驟四(沖突解決)中決定是否轉(zhuǎn)換為永久的C-RNTI.
UE需要在PDCCH上使用RA-RNTI(Random Access RNTI)來監(jiān)聽RAR消息.
RA-RNTI =1 + t_id + 10*f_id
其中，
t_id，
發(fā)送前導(dǎo)的PRACH的第一個subframe索引號 (0 <= t_id < 10)
f_id，在這個subframe里的PRACH索引，也就是頻域位置索引，(0 =< f-id <=6), 不過對于FDD系統(tǒng)來說，只有一個頻域位置，因此f_id永遠(yuǎn)為零.
RA-RNTI與UE發(fā)送前導(dǎo)序列的時頻位置一一對應(yīng). UE和eNodeB可以分別計(jì)算出前導(dǎo)序列對應(yīng)的RA-RNTI值. UE監(jiān)聽PDCCH信道以RA-RNTI表征的RAR消息, 并解碼相應(yīng)的PDSCH信道, 如果RAR中前導(dǎo)序列索引與UE自己發(fā)送的前導(dǎo)序列相同, 那么UE就采用RAR中的上行時間調(diào)整信息, 并啟動相應(yīng)的沖突調(diào)整過程.
在RAR消息中, 還可能存在一個backoff指示, 指示了UE重傳前導(dǎo)的等待時間范圍. 如果UE在規(guī)定的時間范圍以內(nèi), 沒有收到任何RAR消息, 或者RAR消息中的前導(dǎo)序列索引與自己的不符, 則認(rèn)為此次的前導(dǎo)接入失敗. UE 需要推遲一段時間, 才能進(jìn)行下一次的前導(dǎo)接入. 推遲的時間范圍, 就由backoff indictor來指示, UE可以在0 到BackoffIndicator之間隨機(jī)取值. 這樣的設(shè)計(jì)可以減少UE在相同時間再次發(fā)送前導(dǎo)序列的幾率.
步驟三: MSG3 發(fā)送 (RRC Connection Request).
UE接收到RAR消息, 獲得上行的時間同步和上行資源. 但此時并不能確定RAR消息是發(fā)送給UE自己而不是發(fā)送給其他的UE的.由于UE的前導(dǎo)序列是從公共資源中隨機(jī)選取的, 因此, 存在著不同的UE在相同的時間-頻率資源上發(fā)送相同的接入前導(dǎo)序列的可能性, 這樣, 他們就會通過相同的RA-RNTI接收到同樣的RAR. 而且, UE也無從知道是否有其他的UE在使用相同的資源進(jìn)行隨機(jī)接入. 為此UE需要通過隨后的MSG3 和MSG4消息, 來解決這樣的隨機(jī)接入沖突.
MSG3是第一條基于上行調(diào)度,通過HARQ (Hybrid Automatic Repeat request), 在PUSCH上傳輸?shù)南��?/span>. 其最大重傳次數(shù)由maxHARQ-Msg3TX定義. 在初始的隨機(jī)接入中, MSG3中傳輸?shù)氖?/span>RRCConnectionRequest. 如果不同的UE接收到相同的RAR消息, 那么他們就會獲得相同的上行資源, 同時發(fā)送Msg3消息, 為了區(qū)分不同的UE, 在MSG3中會攜帶一個UE特定的ID, 用于區(qū)分不同的UE. 在初始接入的情況下, 這個ID可以是UE的S-TMSI(如果存在的話)或者隨機(jī)生成的一個40 位的值(可以認(rèn)為, 不同UE隨機(jī)生成相同的40 位值的可能性非常小).
UE在發(fā)完MSg3消息后就要立刻啟動競爭消除定時器mac-ContentionResolutionTimer（而隨后每一次重傳消息3都要重啟這個定時器）, UE需要在此時間內(nèi)監(jiān)聽eNodeB返回給自己的沖突解決消息。
步驟四: 沖突解決消息.
如果在mac-ContentionResolutionTimer時間內(nèi), UE接收到eNodeB返回的ContentionResolution消息, 并且其中攜帶的UE ID與自己在Msg3中上報給eNodeB的相符,那么UE就認(rèn)為自己贏得了此次的隨機(jī)接入沖突, 隨機(jī)接入成功. 并將在RAR消息中得到的臨時C-RNTI置為自己的C-RNTI.
否則的話, UE認(rèn)為此次接入失敗, 并按照上面所述的規(guī)則進(jìn)行隨機(jī)接入的重傳過程.
值得注意的是, 沖突解決消息MSG4, 也是基于HARQ的. 只有贏得沖突的UE才發(fā)送ACK值, 失去沖突或無法解碼Msg4 的UE不發(fā)送任何反饋消息.