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第1章 L3层信令架构
1.1 RAN协议栈
1.2 信令流与数据流
1.3 信道映射
1.4 连接管理
1.5 手机附着的整体流程
第2章 随机接入流程概述
2.1 概述
2.2 分类
2.3 终端的L3信令标识
第3章 竞争性随机接入流程
3.1 概述
3.2 SIB2消息的读取
3.3 MSG1#xff1a;U…目录
第1章 L3层信令架构
1.1 RAN协议栈
1.2 信令流与数据流
1.3 信道映射
1.4 连接管理
1.5 手机附着的整体流程
第2章 随机接入流程概述
2.1 概述
2.2 分类
2.3 终端的L3信令标识
第3章 竞争性随机接入流程
3.1 概述
3.2 SIB2消息的读取
3.3 MSG1UE发送preamble
3.4 MSG2eNodeB发送Random Access Response
3.5 MSG3
3.6 MSG4
3.7 MSG5
3.8降低多个终端同时随机接入的冲突的手段
第4章 非竞争性随机接入流程 第1章 L3层信令架构
1.1 RAN协议栈 1.2 信令流与数据流 1.3 信道映射 1.4 连接管理 1.5 手机附着的整体流程 第2章 随机接入流程概述
2.1 概述
手机通过基站的大喇叭广播信道频率同步FCCH、时隙同步SCH、广播控制信道BCCH广播的信息找到了基站。 但这并不代表手机就可以使用基站的无线资源访问无线网络。
蜂窝无线通信与WIFI通信不同WIFI访问无线资源是不需要申请的先访问再看有没有冲突采用的是公平竞争策略。
然后蜂窝无线通信是彻底的中央集权制策略手机必须先申请无线资源由基站统一分配载波与时隙后才能使用无线资源。
这里其实有一个悖论没有无线资源就无法访问基站要访问基站需要预先申请无线资源这是一个死循环。
蜂窝无线通信是如何解决这个问题呢
蜂窝无线通信借用了医院在解决类似的紧张的专家资源分配的方法
在固定的窗口、固定的时间段预约挂号超过挂号时间、或者资源全部用完挂号失败。 挂号成功后给病人分配医生载波资源以及对应时隙病人才能享受到看病服务
这个过程在蜂窝无线通信中称为“随机接入过程”
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。
随机接入过程是在手机通过小区搜索完成小区选择和驻留之后是手机在完成与基站的下行同步之后发起的一个新的流程。
该流程达到两个目的
上行同步 不同的手机离基站的距离是不同的。
所谓上行同步就是手机通过已知的随机接入信道在基站侧进行“挂号”的过程通过随机接入过程基站能够算出手机与基站的距离并通过TA的形式告诉手机要发送上行数据需要提前TA的时间发送上行数据不同手机的TA值不同这样可以确保不同手机发送相同时隙的数据在相同时间得到基站。
通过这个过程手机就知道如果需要发送上行数据需要”提前“多长时间出发。比较基站就像医院他不会等人的。
这个过程是通过物理随机接入信道完成的。 上行调度资源的分配
基站预先为手机分配上行PUSCH信道的资源以便手机有上行资源向基站发起RRC request连接请求。 竞争冲突的解决
PRACH物理信道的资源是已知的当多个终端同时发起随机接入时有可能会发送冲突这时候就需要有一种机制能够解决这种冲突。 更多可以参考
《星星之火-19在基站没有给手机终端分配资源前手机是如何先基站申请资源随机接入过程》
星星之火-19在基站没有给手机终端分配资源前手机是如何先基站申请资源随机接入过程_文火冰糖的硅基工坊的博客-CSDN博客_gsm随机接入
2.2 分类
1竞争性随机接入流程
这种情形是手机在没有接入到无线网络需要接入到无线接入网中的情形。 2非竞争性随机接入流程
这种情形是手机已经接入到无线接入网中并已经在提供服务。但由于手机的移动性需要有一个小区切换到信号更好的相邻小区中这种有服务小区切换到另一个小区中的随机接入过程称为非竞争性随机接入流程。 2.3 终端的L3信令标识
RNTI: RadioNetworkTemporaryIdentifier网络临时标识符用于区分网络中不同的用户。
RNTI的基本工作原理如下即使用RNTI去加扰无线信道信息的CRC部分也就是如果UE侧的RNTI值不同即使UE接收到信息也无法正确解码。以此用来区分不同的用户。
RA-RNTI Random Access-RNTI: 有随机前导码直接映射而来。
T-CRNTItemporary Cell-RNTI临时性分配的C-RNTI。
C-RNTICell-RNTIRRC连接状态下的终端的网络标识。 第3章 竞争性随机接入流程
3.1 概述 1UE通过 SIB2获取物理随机接入信道的配置信息
2UE通过随机接入信道向基站发起随机接入请求
3基站在下行共享信道DL-SCH对UE的随机接入请求做出响应
告诉UE的TA值为UE分配的上行共享信道UL-SCH的资源信息
4UE通过上行共享信道UL-SCH发起上行信息
5基站通过下行共享信道DL-SCH应答为UE分配后续通信所需要C-RNTI. 这一步同时解决竞争冲突问题。 3.2 SIB2消息的读取
SIB2中包含公共的无线资源配置信息 上行RACH、PUCCH、PUSCH、SRS的资源分配与调度上行信道功率控制信息下行BCCH、PDSCH、PCCH信道资源配置等.
这些信息对理解当前系统上下行的资源使用及分析网络资源问题有很大帮助。
SIB2主要有三大部分
radioResourceConfigCommon公共无线资源配置信息ue-TimersAndConstants定时器与常量freqInfo频率信息。除此之外还包含小区接入禁止相关信息。 SIB2中关于PRACH的配置信息有
numberOfRA-Preambles: n52 (12) 保留给竞争模式使用的随机接入探针个数,PRACH探针共有64。当前参数设置52表示52个探针用于竞争模式随机接入preambleInitialReceivedTargetPower:dBm-104 (8) 探针初始接收功率目标. 当PRACH前导格式为0时在满足前导检测性能时eNodeB所期望的目标功率水平。当前参数设置-104 dBm即期望的功率值用于计算探针的初始发射功率。prach-ConfigIndex:0x6 (6) 该值与探针格式一同确定探针频域/时域资源。当前参数设置为6对应探针格式0可占用任意系统帧的第1或6子帧资源prach-FreqOffset:0x6 (6) FDD小区的每个PRACH所占用的频域资源起始位置的偏置值。取值范围0 prach-FreqOffset ul-rb-6当前参数设置为6即在第6个PRB位置。 关于物理层随机接入信道PRCH的时频资源, 请参考《[4G5G专题-41]物理层-物理随机接入信道PRACH与随机接入过程》
[4G5G专题-41]物理层-物理随机接入信道PRACH与随机接入过程_文火冰糖的硅基工坊的博客-CSDN博客_物理随机接入信道 3.3 MSG1UE发送preamble
UE发送random access preamble给eNodeB以告诉eNodeB有一个随机接入请求同时使得eNodeB能估计其与UE之间的传输时延并以此校准uplink timing。
UE要成功发送preamble需要
1选择preamble index
在这个阶段是通过随机接入前导码来区分终端的随机接入请求的因此多个终端同时发起随机接入过程有可能使用相同的随机接入前导码。
因此随机接入前导码有一定的使用规律就在有限的随机接入前导码的情况下尽量避免冲突。 在LTE里每个小区都有64个前导码集合那么这些前导码序列Preamble Sequences是怎么生成的呢
前导码序列集合包括根序列和由该根序列生成的循环移位序列CP
计算过程分为两个大的步骤
步骤1生成一个ZCZadoff-Chu根序列Xu(n)作为一个基准序列基准序列Xu(n)也就是物理根序列号为u的ZC序列按照以下公式计算得到。 其中Nzc表示ZC序列的长度
前导码格式0-3时Nzc固定等于839//适用与大多数小区半径
前导码格式为4时Nzc固定等于139。//适用与超短的小区半径 u是物理根序列号Physical root sequence number由逻辑根序列号Logical root sequence number查协议表Table 5.7.2-4前导码格式0-3时查该表和Table 5.7.2-5前导码格式4时查该表得到。 逻辑根序列号Logical root sequence number由SIB2消息中的PRACH-Config信元的rootSequenceIndex字段配置 步骤2将基准序列Xu(n)进行循环移位生成64个不同的循环序列Xuv(n) 终端选择前导码的规则从64个中随机选择一个降低不同终端同时接入的冲突。
当然64个随机前导码有分为两大部分一部分用于竞争性随机接入另一部分是用于非竞争性随机接入。 2确定目标接收功率PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER。 由于手机离基站的距离是不确定的当UE收不到基站的PRACH响应时需逐渐抬高PRACH信道的发送功率。 获取上述参数后UE就可以通过PRACH信道发送PRACH请求了。 3.4 MSG2eNodeB发送Random Access Response
基站在预先知道的物理随机接入信道中接收终端的随机接入后
1计算该UE的上行同步的时间提前量TA
关于TA值的计算方法可参考
《星星之火-19在基站没有给手机终端分配资源前手机是如何先基站申请资源随机接入过程》
星星之火-19在基站没有给手机终端分配资源前手机是如何先基站申请资源随机接入过程_文火冰糖的硅基工坊的博客-CSDN博客_gsm随机接入
TA值的大小与小区半径以及UE离基站的距离相关。 2映射RA-RNTI
为UE映射RA-RNTIRA-RNTI是由前导码按照既定的规则映射而来而不是有基站分配的因此UE不需要基站告知也能够知道自己的RA-RNTI。 3分配T-CRNTI: Temporary-CRNTI
为终端分配随机接入过程中的临时无线网络标识用于后续在UL-SCH信道中UE身份标识。 4为UE分配上行资源
在上行UL-SCH信道上为终端的MSG3消息分配无线资源。 5基站在下行共享信道DL-SCH对UE的随机接入请求做出响应。
该响应包含的主要内容为
RA-RNTI该UE的时间提前量TA值T-CRNTI: Temporary-CRNTI 3.5 MSG3
1UE对收到的MSG2进行判断判断该MSG2是否属于自己的RAR消息
如果MS2中RA-RNTI与自己发送的RA-RNTI不一致则丢弃。RA-RNTI是通过随机接入前导码直接映射而来的无需基站分配如果MS2中RA-RNTI与自己发送的RA-RNTI一致则表明是自己的RAR消息。
由于RA-RNTI是根据随机接入前导码直接映射而来因此当有多个手机使用相同的前导码接入时这些手机的RA-RNTI可能是相同的不唯一。
这就需要MSG4来进行仲裁。 2修正自己的上行时间提前量与基站完成上行同步。 3发起MSG3 RRC连接请求,包含的内容有
T-CRNTITMSI: Temporary Mobile Subscriber Identity不同的终端其TMSI是不相同的。
UE的RRC层产生RRC Connection Request 并映射到UL –SCH上的CCCH逻辑信道上发送
CCCH(Common Control Channel)公共控制信道处于逻辑信道。
3.6 MSG4
这里会出现一种情况
就是两个UE使用了相同的随机接入序列因此他们可能都会认为MSG3是自己的这就是竞争。
竞争的解除是基站的责任并是通过RRC层的MSG4来完成的。
基站通过TMSI区分不同的终端选择一个终端作为MSG4的应答标识。
MSG4的内容有
TMSICRNTI 终端根据MSG4中的TMSI确认基站对随机接入的最终授权
1MSG4中的TMSI与自己不一致该该终端重新发起随机接入过程。
2MSG4中的TMSI与自己一致该该终端回应MSG5, 作为多基站决策的最终确认。 3.7 MSG5
终端通过CRNTI作为对随机接入过程的最终确认整个随机接入过程就完成了。
该终端就使用CRNTI作为后续流程的身份标识。 3.8降低多个终端同时随机接入的冲突的手段
1使用多个正交的前导码作为备选
使用64个不同的前导码区分不同的接入请求。
当然前导码区分不用用户不同的用户有可能在某一次随机接入中随机选择了相同的前导码。
2使用码分复用支持多终端同时发起随机接入
ZC序列的前导码是正交的可是现实码分复用的功能。
因此不同用户如果随机选择的前导码不同则可以同时发起随机接入请求不会发生冲突。
3通过MSG4的TMSI来区分不同的用户
对于不同用户在某一时刻同时选择了相同的随机接入前导码下的冲突情形可以通过MSG4来解除竞争冲突。 第4章 非竞争性随机接入流程 非竞争性随机接入的情形是
手机已经接入到无线接入网中并已经在提供服务。但由于手机的移动性需要有一个小区切换到信号更好的相邻小区中这种有服务小区切换到另一个小区中的随机接入过程。
由于不存在竞争因此流程比竞争性随机接入流程简单。 1MSG0基站通过下行信令给UE指派非冲突的随机接入前导码non-contention Random Access Preamble 。
该非冲突的随机接入前导码是服务小区的机制通过X2接口从目标小区的基站那里获取的。
由于该前导码属于
非冲突的随机接入前导码是由目标基站预分配的
因此当该终端在目标小区发起随机接入请求时不会出现多个终端使用相同的随机接入前导码导致的冲突问题。
与竞争性随机接入流程相比该过程的前提是小区切换流程需要通过源小区和目标小区之间有一个消息的预交互。 2 MSG1UE在RACH上发送由基站指派的随机接入前缀。 3MSG2基站的MAC层产生随机接入响应并在DL-SCH上发送。对于非竞争随机接入过程preamble码由基站分配的。
整个流程到MS2 正确接受后就结束, 不需要MSG3和MSG4.
