PRACH原理和规划方法.docx

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1、PRACH原理及其规划方法Physical Random Access Channel 物理随机接入信道PRACH的规划概述作用：PRACH信道用作随机接入，是用户进行初始连接、切换、连接重建立， 重新恢复上行同步的唯一途径。UE通过上行RACH来达到与LTE系统之间的上行 接入和同步。原理：用户使用PRACH信道上的Preamble码接入，每个小区的Preamble码为 64个。Preamble由ZC根序列（长度839）循环移位产生，PRACH信道的规划主要 规划Ncs的大小（循环移位长度）、起始/终止根序列逻辑编号。Preamble的sequence序列的产生过程Preamble序列承载在

2、接入信道中，preamle序列是有ZC序列推出来的，推导公 式如下：.vH (zj )=宕, 。三三 Arc 1其中Nzc = 839，该序列实际是一个虚数数列，简单理解用序列的每个单元是 32bit的一个数，该数表示的虚数，高16为实部，低16位为虚部，整个理解成 一个数也行。每个小区使用64个preamble，使用时在其中选取一个进行接入，64个preamble 的产生是首先使用一个ZC根产生一个839的序列，然后通过Ncs参数对这个序 列进行循环移位，如果移位步长较大而不够64个preamble，则再拿一个根序列 的ZC序列进行循环移位，直到满足个数要求。这么做的原因是不同的循环位移 步

3、长和小区接入半径有关，所以有不同的Ncs参数，Ncs是通过系统消息广播下 来的。最初选择的根也是通过配置下来的。简单理解：例如 表示0号preamble，往右循环移位1位表示1号，往右循环移位1位表示 2号PRACH规划步骤：（华为）Step1:根据小区半径决定Ncs取值；按小区接入半径10km来考虑，Ncs取值为 93；其中Ncs与小区半径的约束关系为：瓦性 L0487567f + 7；皿+2）联值单仁大 km Tg*毒大时里,翌眠值始伫六目前|产品棋值为Step2: 839/93结果向下取整结果为9,这意味着每个索引可产生9个前导序列， 64个前导序列就需要8个根序列索引；Step3:这意

4、味着可供的根序列索引为0,8,16-832共104个可用根序列索引； Step4:根据可用的根序列索引，在所有小区之间进行分配，原理类似于PCI分 配方法LTE 中的 PRACH在FDD模式下（以下若未特别指出，均是对FDD模式而言）PRACH的大小为6 个RB，每个子帧中，至多有一个PRACH（36.211,Section 5.7.1）。TDD模式下， 允许一个子帧中存在多个频分的PRACH。PRACH中的前导序列，包含长度为的循环前缀（CP）和长度为的序列。如下图 所示：为了适应不同的小区大小，LTE FDD中的PRACH定义了四种类型，Formal 0 CP Prearjible 1.0

5、8 MHr ( 6 PRB)* i&3 捋 eoo psIPJ4 酗耍 .Fwmai CPPreamble41A朋4 K顿Ms.1QD3 US*F*fmdr 2 CPPlea mb I? stqtienceI Pfeapnbte wquencexk203 psSOOpsaoo-1SI 2洲4 &,Fcrmal 3 |Pre amble sequenceamble sequsrwert. tjining advance temporary C-RNTI)tempo CRNTI)PRAcH preamblePDCCH sEheduling command怡 RA-RNTIPHICH acknowl

6、edgemenLPDCCH scheduling command前导序列产生每个基站下有64个preamble序列，怎么产生呢？由逻辑根序列号RACH_ROOT_SEQUENCE 查表Table 5.7.2-4得到物理根序列号。用zeroCorrelationZoneConfig以及highSpeedFlag （如果为高速，则是限制级）查211表格Table 5.7.2-2得到循环位移NCS;用循环位移NCS与根序列，得到64个preamble序列。1个根序列可能无法生产64个preamle序列，则取下一个根序列继续生成，直到得到64个preamble(RA-RNTI, preamble in

7、d&xiRandom access目spDns* (preamble index.PUGCH acknowle d ge m e ntMAC层处理触发条件RRC信令触发。包括切换，初始入网，idle醒来需要做随机接入。一此时没有 C-RNTI,msg3在CCCH中发送，在msg4中会携带msg3的容作为UE标识让UE知 道是否该msg4是针对自己的。UE MAC层触发：此时已经有了 C-RNTI，不是为了入网而是为了 2种情况：a、UE自己发现好久没有调整ul timing 了需要重新调整；b、没有SR资源但需要BSRPDCCH DCI formart 1A触发：基站发现UE的ul timin

8、g老不对了，可能是Timing Advance Command MAC Control Element 老调整不好了（该方式时相对值调整）， 基站复位一下UE的timing调整参数（随机接入的timing调整时绝对值调整，做 完后应当复位一下相对值参数，以后用MAC控制元素相对值调整）。基站通 过1个特殊的DCI format 1a告知UE开始随机接入，该DCI并不分配下行带宽， 只是指示随机接入。RNTI 用 C-RNTI 加扰；字段Localized/Distributed VRB assignment flag设置为 0Resource block assignment- bits 设置

9、为全 1Preamble Index- 6 bitsPRACH Mask Index - 4 bits剩下的bits全填0。按照是否竞争，又分Contention based和Non-contention based。非竞争的消息如 果Preamble Index （码索引）填为全0则表示使用竞争的。如果Preamble Index 不为0,但PRACH Mask Index（时频资源索引）为0也是可以的，说明码资源基 站单独分配UE 了，但时频资源UE还是要自己竞争（感觉这样做很无聊，一般 实现应该是都一起分配了吧）。发送 preamble（MSG1）发送 Preamble先必须得到一些PR

10、ACH和RACH的配置参数，才能发起随机接入。确定时频资源。prach-ConfigIndex确定码资源。先从RACH_ROOT_SEQUENCE查表确定根序列， zeroCorrelationZoneConfig以及highSpeedFlag确定了循环位移，则可以从根序列 确定64个preamble序列。把这64个序列取一部分（RRC配置 numberOfRA-Preambles），取的这部分又分为2组（组A和组B）， RRC配置了 numberOfRA-Preambles ， 则。组 B 大小为 numberOfRA-Preambles - numberOfRA-Preambles。确定功

11、率资源。组B用来传大数据的msg3，但由于RB多了多功率有要求。计算 组B传输的功率不能大于最大功率，用到参数deltaPreambleMsg3。确定 RAR 响应窗口 ra-ResponseWindowSize；每次preamble不成功后重发增加的功率。powerRampingStepPreamble 最大重传此时。preambleTransMax初始功率。preambleInitialReceivedTargetPowerPreamble 功率偏移。DELTA_PREAMBLEMSG3 的 HARQ重传次数。maxHARQ-Msg3Tx发送组B的preamble需要用到的功率参数mess

12、agePowerOffsetGroupB 等待 msg4 成功完成的定时器 mac-ContentionResolutionTimer。参数得到后，清空 msg3 buff，设置preamble传输次数为1 （PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER=1），设置 backoff 参数为 0，选择随机接 入资源。注明：如果已经开始了随机接入，基站又指示开始新的一个，UE选哪个由UE 厂家自己决定。RRC配置参数PRACHConfig field descriptionshighSpeedFlagParameter: High-speed-flag, see TS 36.211,

13、 21, 5.7.2.TRUE corresponds to Restricted set and FALSE to Unrestricted set.产生序列时用，如果为高速，则用限制级的序列偏移。prachConfigIndexParameter: prach-ConfigurationIndex, see TS 36.211 21, 5.7.1.确定时频位置时用，确定帧号、子帧号、时隙号，即确定时域位置。prachFreqOffsetParameter: prach-FrequencyOffset, see TS 36.211, 21, 5.7.1. For TDD the value

14、range is dependent on the value of prach-ConfigIndex.确定时频位置时用，确定频域位置，相对顶部（或底部）多少个RB。rootSequencelndexParameter: RACH_ROOT_SEQUENCE, see TS 36.211 21, 5.7.1. 根序列逻辑索引，产生序列时用，zeroCorrelationZoneConfigParameter: NCs configuration, see TS 36.211, 21, 5.7.2: table 5.7.2-2 for preamble format 0.3 and TS 36

15、.211, 21, 5.7.2: table 5.7.2-3 for preamble format 4.产生序列时用，觉得序列偏移。发送 preamble（MSG1）macContentionResolutionTimerTimer for contention resolution in TS 36.321 6. Value in subframes. Value sf8 corresponds to 8 subframes, sf16 corresponds to 16 subframes and so on.maxHARQMsg3TxMaximum number of Msg3 HAR

16、Q transmissions in TS 36.321 6, used for contention based random access. Value is an integer.MSG3的最大HARQ传输次数messagePowerOffsetGroupBThreshold for preamble selection in TS 36.321 6. Value in dB. Value minusinfinity corresponds to -infinity. Value dB0 corresponds to 0 dB, dB5 corresponds to 5 dB and s

17、o on.用组B时，UE发送时功率需要大几个DBmessageSizeGroupAThreshold for preamble selection in TS 36.321 6. Value in bits. Value b56 corresponds to 56 bits, b144 corresponds to 144 bits and so on.用组A时，MSG3的最大的消息大小。numberOfRAPreamblesNumber of non-dedicated random access preambles in TS 36.321 6. Value is an integer.

18、Value n4 corresponds to 4, n8 corresponds to 8 and so on.Preamble总共的个数powerRampingStepPower ramping factor in TS 36.321 6. Value in dB. Value dB0 corresponds to 0 dB, dB2 corresponds to 2 dB and so on.UE重发preamble时，每次功率增加的步长preambleInitialReceivedTargetPowerInitial preamble power in TS 36.321 6. Val

19、ue in dBm. Value dBm-120 corresponds to -120 dBm, dBm-118 corresponds to -118 dBm and so on.基站期望的目标功率preamblesGroupAConfigProvides the configuration for preamble grouping in TS 36.321 6. If the field is not signalled, the size of the random access preambles group A 6 is equal to numberOfRA-Preambles

20、.符合参数， 包含 sizeOfRA-PreamblesGroupA , messageSizeGroupA , messagePowerOffsetGroupB如果没有该参数数目只有组A没有组B,组A的大小和RA组大小一样。preambleTransMaxMaximum number of preamble transmission in TS 36.321 6. Value is an integer.Value n3 corresponds to 3, n4 corresponds to 4 and so on.Preamble最大发送次数ra-ResponseWindowSizeDur

21、ation of the RA response window in TS 36.321 6. Value in subframes. Value sf2 corresponds to 2 subframes, sf3 corresponds to 3 subframes and so on.UE发送完preamble后，等待响应的窗口，如果窗口没有收到响应，认为基站没 有收到。窗口为“发送完preamble的最后一个子帧+3到“发送完preamble的最后一个子 帧+3+ ra-ResponseWindowSizera-PRACH-MaskIndexExplicitly signalled

22、PRACH Mask Index for RA Resource selection in TS 36.321 6. 非竞争时用，表明时频位置。ra-PreambleIndexExplicitly signalled Random Access Preamble for RA Resource selection in TS 36.321 6.非竞争时用，表明UE发的码序列索引。-此外还要用到几个参数用来算功率与路损的，MAC和PHY用P-Max，终端最大发送功率，msg3发送功率的最大值。如果基站sib中配置了就 用基站的，否则用36101中规定的23dbm （不像wimax每个终端的能力可

23、以不 一样，lte是基站告诉UE而不像wimax相反）。referenceSignalPower基站RS发送功率，用来算路损，发送msg3 betaOffset-CQI-Index： CQI在PUSCH中传输时，占的总资源比例，在基站指定的 随机接入中如果上报CQI就会用到，既用来决定msg3的CQI占用的RE数，也 会用来做msg3的功控。deltaMCS-Enabled :msg3功控时，是否需要针对不同调制方式做修正。-资源选择-步骤1：选取码资源 RRC如果配置了指定的资源，则用RRC配置的，参数ra-PreambleIndex为 码索引，ra-PRACH-MaskIndex为时频位置

24、。当RRC配置了指定的资源 （ra-PreambleIndex不全为0），则选择指定的资源。如果RRC没有配置指定的资源，则如果MSG3没有传输过： 如果组B存在，且需要传输的MSG3大于messageSizeGroupA,则看 组B要求的功率是否满足，如果满足则随机选取组B的码发送。判断条件 为：pcmax - preamblelnitialReceivedTargetPower - deltaPreambleMsg3 - messagePowerOffsetGroupB0如果MSG3传输过，现在重传，则选取码组时，和上次一样。在组B或组 A随机选一个。步骤2：选取时频资源协议容许指定码资源

25、但不指定时频资源。但不容许指定时频资源但不知道 码资源。 如果非竞争接入，PRACH Mask Index= ra-PreambleIndex,否则 PRACH Mask Index=0 B、参考参数 prach-ConfigIndex 与 PRACH Mask Index, ra-PreambleIndex,选 取时频资源 如果指定了 ra-PreambleIndexd(码资源)但没指定时频资源 PRACH Mask Index，则随机选择一个时频资源。 如果码资源没有指定，则随机选择1个时频资源，再在该资源 后面连续2帧再选2个资源，最后在这3个资源中几率均等的选取一个。 功率选择 PRE

26、AMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER=preambleInitialReceivedTargetPower + DELTA_PREAMBLE + (PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER - 1) * powerRampingStep;可见，发码的时候是不用协议中功控公式的，不需要估计路损等参数，指 示从目标功率开始从最小的一次次往上抬功率。RAR(MSG2)监听窗口UE第n帧发完RA后，在n+3到n+3+ ra-ResponseWindowSize监听基站的RAR响 应。ra-ResponseWindowSize最大为10，如果更大会引起其他传输的误解。

27、RA-RNTIRAR 对应的 PDCCH 中 CRC 用 RA-RNTI 加扰，RA-RNTI= 1 + t_id+10*f_id。t_id 为子 帧索引，f_id为子帧的第几个时频资源。可见，UE只能解出自己发送preamble 的时频资源的RAR。RAR消息头针对同一个RA-RNTI (时频资源)，可能基站能解出多个码的preamble，也可能一个也解不出来。基站应当针对所有解出的preamble回一个大RAR消息，该消 息包含若干子RAR消息体（每个消息体对应1个RAPID子头，RAPID是preamble 的码索引），每个消息体针对不同的preamble码回的。但backoff参数只有

28、一个 在MAC子头中。基站必须在一个MAC包中回所有同一 RA-RNTI的RAR。RAR消息体1J1|IIId111fl111RTimiiirftcgiOot 1TimingvEinceCoirrmiiinc!UL Grear-itOot NUL GrantOct 3MLQE &Tmporeiiry C-RMlT 1Oct &Ternporry C-RISIT1Oct STiming advance command :时频调整，绝对值调整，实际调整量为该IE*16个Ts Temporary C-RNTI:临时分配的RNTI，传MSG3时用在传输信道加扰用。UL Grant 如下：-Hoppin

29、g flag - 1 bit 是否跳频-Fixed size resource block assignment - 10 bits 转换后可以得到 RIV-Truncated modulation and coding scheme - 4 bits 调制编码率，213 中表 Table8.6.1- 1的前16行-TPC command for scheduled PUSCH - 3 bits 相对功率(实际发送 MSG3 时功控 公式中参数 为该值加上(PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER -1) *powerRampingStep)。见 213 表 Table 6.

30、2-1；-UL delay - 1 bit 为0表示是n+k个子帧传输MSG3，为1是表示n+k个子帧 后再等下次机会传输MSG3。其中n是收到MSG2的当前帧，k查321表Table5.1.1.1- 1 得到。-CSI request - 1 bit对于竞争的随机接入没有意义，否则表示CQIMAC处理查表 321 表 Table 7.2-1,设置 backoff 参数，如果preamble的码索引就是终端发出的preamble，则认为接收RAR成功给PHY调整timing设 置 功 率 到 PHY preamblelnitialReceivedTargetPower ， （PREAMBLE_

31、TRANSMISSION_COUNTER - 1） * powerRampingStep），用于 msg3 的功 控。设置msg3的带宽分配到PHY（需要解析一下，看是在mac解析还是在phy解析， 见前面“消息体”描述）如果基站指定了码索引ra-PreambleIndex，则认为随机接入完成了，否则：1保 存Temporary C-RNTI， msg3要加扰用2如果是第一次收到rar，且msg3不是 RRC消息（RRC消息在CCCH上传），则生成msg3时在MAC的控制元素中带上 C-RNTI（此时只能是SR资源不可用或者时频太久没有调整，触发随机接入） 如果RAR消息头中没有UE自己的pr

32、eamble索引RAPID，或者在监听窗口没有收 到RAR消息，处理一样（213里面说处理是不一样的，和MAC矛盾），MAC的处 理见下。发送此时加 1. PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER+1如果达到最大preamble发送次数，通知高层如果MAC自己发起的随机接入（，日触发或时偏调整触发），则在0和backoff值 中随机选取一个，等到时间结束在发preamble重新选择资源发送preamble。MSG3传输方式用HARQ，最大重传次数是RRC配置的maxHARQ-Msg3Tx。用的资源在RAR中的UL Grant中描述，描述了时频位置，跳频，功控参数。传输时机收到

33、RAR后第6帧（36213中描述），如果第6帧不是上行帧，则等到第一个上 行帧传输。时频位置收到RAR后第6帧（36213中描述），如果第6帧不是上行帧，则等到第一个上 行帧传输。发送功率参考因素：如果是在组B发送码，对应于组A的功率偏移messagePowerOffsetGroupB，体现 在中，因为分的RB数目多了。在初始发码的时候只是粗略估计一下组B的msg3 多需要多少功率，而在RAR之后，就可以精确计算而不需要那个粗略的参数了。UE最大发送冲率如果基站sib中配置了就用基站的，否则用36101中规定的 23dbm（不像wimax每个终端的能力可以不一样，lte是基站告诉UE而不像wi

34、max 相反）。为RRC配置，分别是preamble期望接收功率与“MSG3相对preamble的偏移功 率”。路损最后preamlbe相对第一次preamble传输抬升的功率。RAR消息中的TPC字段，相当于闭环功控基站调整参数。容1、传输信道用Temporary C-RNTI加扰；Msg3的最大bits数目，在RRC配置中的messageSizeGroupA规定。2、如果是RRC层触发的随机接入，则逻辑信道为CCCH，传输RRC信令,TM方式， 携带一个UE标识。MAC还必须保存该CCCH的消息（RRCConnectionRequest消 息），用作msg4时的比对判断是否msg4是给自己

35、的。3、如果是MAC层自己触发的随机接入，至少携带一个C-RNTK此时已经有C-RNTI，在MAC控制元素中携带该C-RNTI而不是Temporary C-RNTI）。4、每发送完 msg3 （包括重传），应该起定时器mac-ContentionResolutionTimer 监听msg4。可见，eNodeB不能通过传输信道的Temporary C-RNTI识别UE，而应该通过解出 MAC信息元素或者RRC消息后才知道是哪个UE。MSG4 （Contention Resolution）Msg4意义不同UE可能选择了相同的时频资源，相同的码资源（Preamble index），则RAR 消息中R

36、A-RNTI和RAPID都相同，多个终端可能同时发送msg3。如果同时发送 了，则基站无法解出msg3来，也有一点可能基站能解出1个UE的msg3 （比如 基站和某个UE功率差得实在太大，该UE的信号基站无法收到但基站的信号他 能收到，而另外一个UE信号很好且在相同资源发了相同的preamble）。所以UE 需要比对msg4看是否是针对自己的，如果是自己的才知道没有冲突。Msg4形式与容Msg4的意思是竞争解决，可能是多种形式。如果 msg3 是 RRC信令（mac传输 CCCH SDU），J则 Msg4 的 PDCCH 用 Temporary C-RNTI 加扰，msg4 中应当携带 48b

37、its 的 MAC 控制元素 “UE Contention Resolution Identity”，该控制元素就是msg3的SDU。UE比较如果该控制元素和自己保存的 msg3的SDU相等，则是自己的msg3被基站正确接收了，竞争解决完成。如果msg3携带C-RNTI，且是UE自己发起的随机接入（可能是UE自己timing 定时器超时发起，或者没有SR资源需要发送BSR），则基站直接针对C-RNTI（非 Temporary C-RNTI）分配一个上彳亍 PDCCH DCI format 0。如果msg3携带C-RNTI，且基站发送PDCCH DCI format 1a触发随机接入，则基站 针

38、对该C-RNTI发送下行数据分配（PDCCH用C-RNTI加扰）。UE对Msg4的处理参考上一节可判断竞争解决是否完成。如果竞争完成了，对于msg3中携带MAC控制元素C-RNTI的情况，则停止定时 器 mac-ContentionResolutionTimer，丢弃 Temporary C-RNTI,随机接入完成。如果竞争完成了， 对于msg3中携带CCCH SDU的情况，贝V停止定时器 mac-ContentionResolutionTimer，Temporary C-RNTI 升级为 C-RNTI,随机接入完成。如果mac-ContentionResolutionTimer超时，则任务竞争解决失败。如果任务竞争解决失败，则情况msg3的HARQ缓存，增加 PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER,如果preamble传输次数达到最大，则随机 接入失败。否则在backoff窗口选择一个资源重新开始preamble发送。