随机接入基本原理最终
LTE物理层介绍_随机接入
随机接入——竞争接入
• 步骤三: RRC连接请求
1、UE接收到RAR消息, 获得上行的时间同步和上 行资源. 但此时并不能确定RAR消息是发送给UE自 己而不是发送给其他的UE的. 由于UE的前导序列是 从公共资源中随机选取的, 因此, 存在着不同的UE 在相同的时间-频率资源上发送相同的接入前导序 列的可能性, 这样, 他们就会通过相同的RA-RNTI接 收到同样的RAR. 而且, UE也无从知道是否有其他 的UE在使用相同的资源进行随机接入. 为此UE需要 通过随后的MSG3 和MSG4消息, 来解决这样的随机 接入冲突.
随机接入——竞争接入
2、MSG3是第一条基于上行调度,通过HARQ (Hybrid Automatic Repeat request), 在PUSCH上传输的消息. 其最 大重传次数由maxHARQ-Msg3TX定义. 在初始的随机接入 中, MSG3中传输的是RRCConnectionRequest. 如果不同的 UE接收到相同的RAR消息, 那么他们就会获得相同的上行资 源, 同时发送Msg3消息, 为了区分不同的UE, 在MSG3中会携 带一个UE特定的ID, 用于区分不同的UE. 在初始接入的情况 下, 这个ID可以是UE的S-TMSI(如果存在的话)或者随机生成 的一个40 位的值(可以认为, 不同UE随机生成相同的40 位值 的可能性非常小). 3、UE在发完MSg3消息后就要立刻启动竞争消除定时器 mac-ContentionResolutionTimer（而随后每一次重传消息3 都要重启这个定时器）, UE需要在此时间内监听eNodeB返回 给自己的冲突解决消息。
随机接入——竞争接入
• 步骤二: 随机接入响应
1、当eNB检测到UE发送的前导序列，就会在DLSCH上发送一个响应，包含：检测到的前导序列的 索引号、用于上行同步的时间调整信息、初始的上 行资源分配(用于发送随后的MSG3), 以及一个临时 C-RNTI, 此临时的C-RNTI将在步骤四(冲突解决)中 决定是否转换为永久的C-RNTI.
LTE随机接入过程概述
LTE随机接入过程概述一、随机接入的作用LTE随机接入的作用是实现UE和网络的同步，解决冲突，分配资源（RNTI）和上行通信资源的分配。
二、随机接入触发条件1、在RRC_IDLE初始接入；2、在无线链路断开时初始接入；3、切换时需要随机接入；4、RRC_CONNECTED状态下需要随机接入过程时，收到下行数据，如上行同步状态为“非同步”时；5、RRC_CONNECTED状态下需要随机接入过程时，收到上行数据，如上行同步状态为“非同步”或者没有PUCCH资源可用于调度时。
三、随机接入过程随机接入过程分为竞争模式随机接入和非竞争模式随机接入两种。
竞争模式随机接入是使用所有UE都可在任何时间可以使用的随机接入序列接入，它每种触发条件都可以触发接入；非竞争模式随机接入是使用在一段时间内仅有一个UE使用的序列接入，它只发生在切换和收到下行数据的触发条件下。
随机接入过程之后，开始正常的上下行传输。
四、竞争模式随机接入过程在随机接入过程开始之前需要对接入参数进行初始化，它是由UE MAC层发起或者由PDCCH触发。
初始化的参数包括：⏹PRACH的资源和相应的RA-RNTI⏹随机接入前导的分组和每组可用的前导⏹选择两组随机接入前导中的那一组的门限⏹RACH响应的接收窗⏹功率攀升步长POWER_RAMP_STEP⏹前导重传最大次数⏹前导初始功率PREAMBLE_INITIAL_POWER初始化的时候置PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER为1。
竞争模式随机接入过程如下图所示：UE eNB1、随机接入前导发送a)前导资源选择块，选择RRC前导，b)设置发射功率[-设置PREAMBLE_TRANSMISSION_POWER 为PREAMBLE_INITIAL_POWER + (PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER-1) * POWER_RAMP_STEP]；[-如果PREAMBLE_TRANSMISSION_POWER 小于最小功率水平，则设置PREAMBLE_TRANSMISSION_POWER为最小功率水平]；[-如果PREAMBLE_TRANSMISSION_POWER 大于最大功率水平，则设置PREAMBLE_TRANSMISSION_POWER为最大功率水平]；如果PREAMBLE TRANMISSION COUNTER = 1, 则决定下一个有效的随机接入机会。
LTE随机接入过程总结完美
LTE随机接入过程总结完美LTE（Long Term Evolution）是第四代移动通信技术，它具有更高的速度、更低的延迟和更大的容量。
LTE随机接入过程是指移动设备与LTE 网络建立连接的过程。
接下来，我将总结LTE随机接入过程的详细步骤，并分析其中涉及的关键技术。
1.预备过程首先，移动设备将在频域上选择一个随机接入前导（Random Access Preamble），以准备发送随机接入请求。
这个过程叫做预备过程。
移动设备选择的随机接入前导数目通常是固定的。
2.随机接入过程一旦移动设备选择了随机接入前导，它将开始发送随机接入请求。
请求包括随机接入前导、时间戳和一些身份信息。
随机接入请求会通过物理层协议发送到LTE基站（eNodeB）。
基站接收请求后，会通过控制信道来进行解调。
3.随机接入响应当基站接收到随机接入请求后，它会给移动设备一个随机接入响应。
响应包括一个随机接入响应码、接入时隙和一些其他的参数。
移动设备接收到响应后，会根据接入时隙将其发送回基站。
4.随机接入确认基站接收到移动设备的随机接入响应后，会对其进行解调。
如果解调成功，则确认移动设备的接入请求有效。
确认会通过控制信道发送给移动设备。
移动设备接收到确认后，就可以和LTE网络进行通信了。
1.随机性和多用户接入：由于移动设备选择随机接入前导的过程是随机的，所以每个移动设备之间的接入过程是相互独立的。
这样就能够支持大量用户同时接入LTE网络，提高了网络容量。
2.高效和快速的接入：LTE随机接入过程采用了预备过程，使移动设备提前准备好发送接入请求。
这样可以大大减少接入时延，提高了接入效率。
3. 解决多径效应：LTE随机接入过程中使用了CDMA（Code Division Multiple Access）技术，它可以通过对不同路径上的信号加权来抵消多径效应。
这样可以提高信号质量，降低误码率。
4.增强系统安全性：在随机接入过程中，移动设备需要发送身份信息给基站。
随机接入详述(华为)
随机接入过程详解作者彭涛/00294921部门GTAC WL LTE eNodeB维护三组版本Version 2.0创建时间2014/10/30修改记录2014/11/051.随机接入概述1.1随机接入目的随机接入（Random Access，简称RA）过程是UE向系统请求接入，收到系统的响应并分配接入信道的过程，一般的数据传输必须在随机接入成功之后进行。
除PRACH信道外，UE发送任何数据都需要网络预先分配上行传输资源，通过随机接入来获取。
数据通过空口传输需要一段时间。
UE发送上行数据时必须提前一段时间发送，使数据在预定的时间点到达网络，即要保持上行同步。
通过随机接入，UE获得上行发送时间提前量Time Alignment（简称TA）。
1.2随机接入分类随机接入（Random Access）分为基于竞争的随机接入过程和基于非竞争的随机接入过程，相应的流程如图2.1和2.2所示。
图1. 1基于竞争的随机接入图1. 2基于非竞争的随机接入与基于竞争的随机接入过程相比，基于非竞争的接入过程最大差别在于接入前导的分配是由网络侧分配的，而不是由UE侧产生的，这样也就减少了竞争和冲突解决过程。
1.3随机接入场景1)初始接入场景，是基于竞争的随机入过程，由UE MAC Layer发起，多为终端初始入网的时候。
2)RRC连接重建场景，是基于竞争的随机接入过程，由UE MAC Layer发起，多为信号掉线重新进行建立连接。
3)切换场景，通常是非竞争的随机接入过程，但在eNodeB侧没有的专用前导可以分配时，发起基于竞争的随机接入过程，由PDCCH order发起。
4)连接态时UE失去上行同步同时有上行数据到达的场景，是基于竞争的随机接入过程，由UE MAC Layer发起。
5)连接态时UE失去上行同步同时有下行数据需要发送的场景，通常是非竞争的随机接入过程，但在eNodeB侧没有的专用前导可以分配时，发起基于竞争的随机接入过程，由PDCCH order发起。
随机接入技术：ALOHA
5.3.1 附录B 随机接入技术：ALOHA在20世纪70年代初期夏威夷大学首次试验成功随机接入。
这是为了使地理上分散的用户通过无线电来使用中心计算机。
由于无线电信道是一个公用信道，一个站发送的信息可以同时被多个站收到，而每个站又是随机发送的，因此这种系统是一个随机接入系统。
夏威夷大学早期研制的系统称为ALOHA，是Additive Link On-line HAwaii system的缩写，而ALOHA恰好又是夏威夷方言的“你好”。
下面先介绍纯ALOHA。
B.1 纯ALOHA1. 工作原理样做就必然会继续产生碰撞。
ALOHA系统采用的重传策略是让各站等待一段随机的时间，然后再进行重传。
如再发生碰撞，则需再等待一段随机的时间，直到重传成功为止。
图中其余的一些帧的发送情况是帧4发送成功，而帧5和帧6发生碰撞。
2. 性能分析下面我们来分析纯ALOHA 的一些主要性能，这就是吞吐量和平均时延的计算。
为便于分析，我们在图B-2中用最下面的一个坐标将所有各站的发送情况都画在一起，用一个垂直向下的箭头表示某个帧的开始发送(可以和上面各站的发送情况对照来看)。
从图中可看出，一个帧如欲发送成功，必须在该帧发送时刻之前和之后各一段时间T 0内(一共有2T 0的时间间隔)，没有其他帧的发送。
否则就必产生碰撞而导致发送失败。
例如，帧3发送时刻之前T 0的时间内，出现帧2的发送，因此帧3和帧2的发送都要失败。
而帧4的发送时刻之前和之后的时间T 0内，没有其他帧的发送，因此帧4的发送必定成功。
我们可以把每发送一个帧看成是有一个帧到达ALOHA 网络。
这样，一个帧发送成功的条件，就是该帧与该帧前后的两个帧的到达时间间隔均大于T 0。
我们设帧的到达服从泊松分布。
但这并不完全符合实际情况。
这是因为，虽然大量的站同时随机地发送数据帧时，在每个站的通信量都很小的条件下，整个系统的帧到达可看成是泊松过程，但在出现重传过程时，这样的到达过程就不再是泊松过程，而是一个与重传策略有关的较为复杂的过程。
LTE随机接入过程总结(完美)
精心整理随机接入过程一. PRACH1. PRACH 的类型3这425有关，2. 2所而对于PRACH 的频域位置，协议中由参数RA PRBoffset n 确定，它的取值范围是60ULRB RA PRBoffset -≤≤N n 。
表2：randomaccessconfigurationforpreambleformats0~34. PRACHbasebandsignalgenerationPRACH 的时域波形通过下面的公式生成：其中)(,n x v u 是Preamble 序列。
而The th u rootZadoff-Chusequence 被定义为如下式： 如上所述，对于Preambleformat0~3的序列长度ZC N 为839，而对于u 的取值请参看协议36.211的Table)(,n x v u 实际上是通过()n x u 做循环移位生成的，如下式：而v C 的计算方式如下式：CS ZC CS CS CS RA RA RA RA start shift shift CS shift group shift 0,1,...,1,0for unrestricted sets0for unrestricted sets (mod )for restricted sets 0,1,...,1v vN v N N N N C d v n v n N v n n n ⎧=-≠⎢⎥⎣⎦⎪⎪==⎨⎪⎢⎥+=+-⎪⎣⎦⎩从中可以看出，涉及到unrestrictedsets 和restrictedsets ，这是由协议中的High-Speed-flag 确定的，而参数CS N 是由协议参数zeroCorrelationZoneConfig 和High-Speed-flag 共同确定的，具体可参考协议36.211当3ZC CS N d N u <≤，则：5. MSG3，二. 1． 2． 3． 4． 5． 资源。
LTE随机接入过程技术总结
LTE随机接入过程概述一、随机接入的作用LTE随机接入的作用是实现UE和网络的同步，解决冲突，分配资源（RNTI）和上行通信资源的分配。
二、随机接入触发条件1、在RRC_IDLE初始接入；2、在无线链路断开时初始接入；3、切换时需要随机接入；4、RRC_CONNECTED状态下需要随机接入过程时，收到下行数据，如上行同步状态为“非同步”时；5、RRC_CONNECTED状态下需要随机接入过程时，收到上行数据，如上行同步状态为“非同步”或者没有PUCCH资源可用于调度时。
三、随机接入过程随机接入过程分为竞争模式随机接入和非竞争模式随机接入两种。
竞争模式随机接入是使用所有UE都可在任何时间可以使用的随机接入序列接入，它每种触发条件都可以触发接入；非竞争模式随机接入是使用在一段时间内仅有一个UE使用的序列接入，它只发生在切换和收到下行数据的触发条件下。
随机接入过程之后，开始正常的上下行传输。
四、竞争模式随机接入过程在随机接入过程开始之前需要对接入参数进行初始化，它是由UE MAC层发起或者由PDCCH触发。
初始化的参数包括：⏹PRACH的资源和相应的RA-RNTI⏹随机接入前导的分组和每组可用的前导⏹选择两组随机接入前导中的那一组的门限⏹RACH响应的接收窗⏹功率攀升步长POWER_RAMP_STEP⏹前导重传最大次数⏹前导初始功率PREAMBLE_INITIAL_POWER初始化的时候置PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER为1。
竞争模式随机接入过程如下图所示：UE eNB1、随机接入前导发送a)前导资源选择块，选择RRC前导，b)设置发射功率[-设置PREAMBLE_TRANSMISSION_POWER 为PREAMBLE_INITIAL_POWER + (PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER-1) * POWER_RAMP_STEP]；[-如果PREAMBLE_TRANSMISSION_POWER 小于最小功率水平，则设置PREAMBLE_TRANSMISSION_POWER为最小功率水平]；[-如果PREAMBLE_TRANSMISSION_POWER 大于最大功率水平，则设置PREAMBLE_TRANSMISSION_POWER为最大功率水平]；如果PREAMBLE TRANMISSION COUNTER = 1, 则决定下一个有效的随机接入机会。
随机接入原理
随机接入原理
随机接入原理是一种在通信系统中用于分配资源的方法。
它主要用于无线通信系统中，例如移动通信网络。
随机接入原理允许多个用户同时通过共享的通信信道进行通信，而不会引起冲突。
在随机接入原理中，每个用户在发送数据之前，会先选择一个随机的时间或码字来发送。
这样可以使得多个用户的数据在同一时间使用相同的通信信道进行传输，而不会发生碰撞。
常见的随机接入原理包括时分多址（TDMA）、频分多址（FDMA）和码分多址（CDMA）。
- 时分多址（TDMA）：将时间分割成多个时隙，每个用户在各自的时隙内进行通信。
- 频分多址（FDMA）：将频谱分割成多个频段，每个用户占据一个频段进行通信。
- 码分多址（CDMA）：使用不同的扩频码，将用户的数据进行扩展后，在相同的频率上进行传输。
随机接入原理的优点是可以提高通信系统的容量和效率，同时也能够提供更好的系统灵活性和抗干扰能力。
但是，由于使用了随机的方式进行接入，可能会导致一定的冲突和干扰。
因此，在设计和实现随机接入原理时，需要合理地选择参数和算法，以使系统能够平衡各种需求和限制条件。
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功率抬升处理
图6 功率抬升
终端发射有个起始功率，通过SIB2可知powerRampingStep. 首次发射random access preamble没有RAR，等待n子帧，抬升功率发射， 直至发送成功，或抬升次数超过门限，或达到终端最大发射功率。
终端之间是否存在互干扰？如果存在，如何抑制？
谢谢！
40bits） ❖ Msg4：竞争解决
基站识别多个终端时，是否会存在终端标识冲突？
随机接入过程
随机接入触发方式1---PDCCH order触发
❖ 在RRC-CONNECTED状态，未获得上行同步但需接收下行数据，UE重新发起随 机接入过程以获取正确的时间调整量；
❖ 在RRC-CONNECTED状态，UE位置辅助定位；
基站如何区分不同的终端？
随机接入过程
基于竞争的随机接入
❖ 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调度Msg2，并通过RA-RNTI进行寻址，RA-RNTI由承载Msg1的
PRACH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（消息中包含UE唯一标识，占
Prach资源
TDD和FDD的Prach资源有差异，这里以TDD为例进行讲解
图4 PRACH的时域资源配置（preamble format 0~3、TDD Configuration 1）
四元组表示Prach时频位置:(fRA ,t(RA0),t(R1A),t(RA2))
t(0) RA
0,1,2
(0:所有帧;1:偶数帧;2:奇数帧)
t(1) RA
0,1
(0:前半帧;1:后半帧)
t(2) RA
(起始上行子帧号，位于两个连续的
downlink-to-uplink switch point之间，从0计数)
tR(0A) 0,1,2
Prach资源
TDD和FDD的Prach资源有差异，这里以TDD为例进行讲解
fRA
通过prach-ConfigIndex查下表可得 (频域的偏移，单位是6个RB），通过 SIB2中的prach-FrequencyOffset结合公 式一可得format 0~3的preamble在频域 上的起始RB。
1）初始同步和TAU更新
2）RRC重建立
3）切换
干扰处理
为什么不在random access preamble发送终端唯一标识？
干扰：Prach是公共信道，虽然 Preamble是码分复用，但是多个终端 接入仍然会产生同频干扰，因此为了 减少干扰，携带信息量越少越好。
干扰仍然存在？如何处理？
干扰处理
▪ 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 竞
息或虽未上行失步但需要通过随机接入申请上行资源
争
接
非 ▪ 在RRC-CONNECTED状态，从服务小区切换到目标小区
入
竞 争 ▪ 在RRC-CONNECTED状态，未获得上行同步但需接收下行数据 接
随机接入过程
随机接入触发方式2---MAC sublayer触发
▪ 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(即SR资源eNodeB没配置和 上行异常导致SR资源释放，但有上行数据要发送两种)
随机接入过程
随机接入触发方式3---上层触发
随机接入 基本原理
目录
随机接入功能 Preamble和Prach资源
✓ Preamble ✓ Prach资源
随机接入过程 干扰处理
随机接入功能
与eNodeB间的上行时间同步
申请上行资源，UE只有通过随机接入过程, 与 系统的上行同步以后, 才能够被系统调度来进行 上行的传输
终端获得C-RNTI，C-RNTI是PDCCH物理信道 区分不同用户DCI的标识。
图5 PRACH的频域资源配置（preamble format 0~3)
nPRRAB
nPRRAB offset
6
f RA 2
,
N
ffset
6
f RA 2
,
if fRA mod2 0 otherwise
公式一：频域计算方法
随机接入过程
随机接入的使用场景
▪ 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
Preamble
图1 随机接入流程
➢ 基站如何区分不同的终端？
Preamble初步解决终端标识问题
➢ 基站识别多个终端时，是否会存在终端标识冲突？
➢ 终端之间是否存在互干扰？如果存在，如何抑制？
Preamble
图2 random access preambles ➢ eNodeB通过广播SIB2发送RACH-ConfigCommon，告诉UE preamble的
❖ Msg1：发送Preamble码：
❖ Msg0：随机接入指示
▪ UE在eNB指定的PRACH信道资源上
▪ 对于切换场景，eNB通过RRC信令通知UE
用指定的Preamble码发起随机接入
▪ 对于下行数据到达和辅助定位场景，eNB通 ❖ Msg2：随机接入响应
过PDCCH通知UE
▪ 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
分组信息，如：numberOfRA-Preambles、sizeOfRA-PreamblesGroupA等。 ➢ 终端根据SIB2中的相关信息可得出Msg3大小、pathloss等信息，从而在
UE发起随机接入时选择合适的preamble。
Preamble
图3 不同的preamble格式
tR(0A) 0,1,2
过 程
入 ▪ 在RRC-CONNECTED状态，UE位置辅助定位需要，网络利用随机接入
过 程
获取时间提前量（TA: Timing Advance）
随机接入过程
基于非竞争的随机接入
UE进行的是基于非竞争的随机接 入使用的preamble是由eNodeB直 接指定的、除group A和group B外 的预留preamble。