LTERRC连接建立过程.ppt
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1、TD-LTE RRC连接过程,1、随机接入过程2、RRC连接建立过程3、RRC连接重建过程4、RRC连接重配过程5、RRC连接释放过程,LTE RRC连接过程,随机接入是在空闲模式或连接模式下发起的用于建立UE与网络之间无线连接的过程,主要是完成取得与eNodeB之间的上行同步和申请上行资源。随机接入过程直接影响到系统的接入性能。随机接入的作用: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。随机接入的应用场景:1、在RRC_IDLE初始接入时建立无线连接;2、RRC连接重建过程(RRC Connection Re-establishment procedure);3
2、、切换(handover);4、RRC_CONNECTED态下,上行数据到达(例:需要上报测量报告或发送用户数据)时,上行处于“不同步”状态或没有可用的PUCCH资源用于SR传输(此时允许上行同步的UE使用RACH来替代SR);5、RRC_CONNECTED态下,下行数据到达(此时需要回复ACK/NACK)时,上行处于“不同步”状态;6、RRC_CONNECTED态下,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)。,随机接入过程:,随机接入的分类:随机接入过程有两种不同的方式:(1)基于竞争(Contention based):是使所有UE都可在任
3、何时间可以使用的随机接入序列接入,应用于之前介绍的前5种场景;(2)基于非竞争(Non-Contention based或Contention-Free based):是指UE在接入时,使用eNodeB提供的特定前导序列和Prach资源,避免与其他的UE冲突,只应用于之前介绍的(3)、(5)、(6)三种场景。,随机接入过程:,preamble Preamble的主要作用是告诉eNodeB有一个随机接入请求,Preamble在PRACH上传输。eNodeB会通过广播系统信息SIB2来通知所有的UE,允许在哪些时频资源上传输preamble。每个小区有64个可用的preamble序列,UE会选择其
4、中一个(或由eNodeB指定)在PRACH上传输。这些序列可以分成两部分,一部分用于基于竞争的随机接入,另一部分用于基于非竞争的随机接入。用于基于竞争的随机接入的preamble序列又可分为两组:group A和group B,其中GroupA的数目由参数preamblesGroupA来决定,如果numberOfRA-Preambles=sizeOfRA-PreamblesGroupA时,group B不存在。这些配置eNodeB是通过RACH-ConfigCommon(SIB2)下发的。,随机接入过程:,preamble的选择:如果还没有 传输Msg3,UE接入时估计后续的可能的消息大小大于
5、messageSizeGroupA值;并且路径损耗pathloss小于 PCMAX preambleInitialReceivedTargetPower deltaPreambleMsg3 messagePowerOffsetGroupB 则使用group B中的preamble;否则使用group A中的preamble。eNodeB就能够根据收到的preamble知道该preamble所属的group,从而了解Msg 3的大致资源需求。如果UE进行的是基于非竞争的随机接入(例如非竞争下的handover),使用的preamble是由eNodeB直接指定的,为了避免冲突,此时使用的pream
6、ble是除group A和group B外的预留preamble。,随机接入过程:,Rach-config:eNodeB通过广播SIB-2发送RACH-ConfigCommon,告诉UE preamble的分组、Msg 3大小的阈值、功率配置等。UE发起随机接入时,根据可能的Msg 3大小以及pathloss等,选择合适的preamble。,随机接入过程:,numberOfRA-Preambles:决定基于竞争的随机接入的preamble数目;sizeOfRA-PreamblesGroupA:决定groupA的数目;messageSizeGroupA:用组A时,MSG3的最大的消息大小;mes
7、sagePowerOffsetGroupB:用组B发送码,对应于组A的功率偏移;powerRampingStep:功率抬升因子,UE重发preamble时,每次功率增加的步长;preambleInitialReceivedTargetPower:前导码初始发射功率;preambleTransMax:前导码最大传输次数;ra-ResponseWindowSize:随机接入响应窗口;mac-ContentionResolutionTimer:竞争决议定时器;maxHARQ-Msg3Tx:MSG3的最大HARQ传输次数;,PRACH时频资源 PRACH用于传输random access preamb
8、le,某小区可用的PRACH时频资源是由SIB-2的prach-ConfigIndex和prach-FrequencyOffset字段决定的。一旦这两个字段决定了,对接入该小区的所有UE而言,preamble的格式(format)和可选的PRACH时频资源就固定了。每个preamble在频域上占用6个连续RB的带宽,这正好等于LTE支持的最小上行带宽。因此,不管小区的传输带宽有多大,都可以使用相同的RA preamble结构。,随机接入过程:,preamble在时域上的长度取决于配置。,随机接入过程:,不同的preamble格式,随机接入过程:,不同格式的preamble在时域上所占的连续子帧
9、数是不一样的,format 0占1个子帧,format 1和format 2占2个子帧,format 3占3个子帧,format 4只用于特殊子帧的UpPTS。,对TDD而言,每个子帧可以有多个PRACH资源,这是因为TDD中每个系统帧的上行子帧数更少,从而要求每个子帧发送更多的RA请求。在TDD中,每个10ms的系统帧内至多可发送6个RA请求。(见36.211的的)对TDD而言,preamble在时域上的配置也是通过prach-ConfigIndex来指定的,且对应的表为36.211的和。其中DRA表示UE在一个10ms的系统帧内有多少次随机接入的机会。指定了preamble的时频位置,下图
10、为该表部分截图,随机接入过程:,四元组(fRA,tRA(0),tRA(1),tRA(2)唯一指定一个特定的随机接入资源。fRA是频率资源索引,tRA(0)指定了preamble可以选择在哪些系统帧上发送(0:所有帧;1:偶数帧;2:奇数帧)。tRA(1)指定preamble是位于前半帧还是后半帧(0:前半帧;1:后半帧)。tRA(2)指定preamble起始的上行子帧号,该子帧号位于两个连续的downlink-to-uplink switch point之间,且从0开始计数(见下图)。对于format 4而言,其起始子帧是特殊帧,无tRA(2)配置,其标记为(*)。通过prach-Config
11、Index指定的PRACH configuration index,UE就得到了可能的 tRA(0)、tRA(1)、tRA(2)配置,从而知道可以在哪些子帧上传输preamble。PRACH的时域资源配置,随机接入过程:,preamble在频域上的起始RB是由prach-ConfigIndex和prach-FrequencyOffset确定的。通过prach-ConfigIndex查表得到fRA(频域的偏移,单位是6个RB),通过prach-FrequencyOffset可以得到,再通过如下公式,可以得到format 03的preamble在频域上的起始RB:,随机接入过程:,对于format
12、 4而言,起始RB的计算公式如下:,其中 是系统帧号,是该系统帧内DL to UL switch point的个数。,基于竞争的随机接入过程:,在发送preamble码之前,UE已经通过SIB2获取小区的prach-config和rach-configcommon的配置信息,基于竞争的随机接入过程步骤一:UE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。(时间校准定时器timeAlignmentTimer)UE要成功发送prea
13、mble,需要:1)选择preamble index;2)选择用于发送preamble的PRACH资源;3)确定对应的RA-RNTI;4)确定目标接收功率PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER。,基于竞争的随机接入过程:,1、选择preamble index 基于竞争的随机接入,其preamble index是由UE随机选择的。UE首先要确定选择的是group A还是group B中的preamble。如果存在preamble group B,且msg3的大小大于messageSizeGroupA,且pathloss小于 PCMAX preambleInitialRece
14、ivedTargetPower deltaPreambleMsg3 messagePowerOffsetGroupB,则选择group B;否则选择group A。如果之前发送过msg3且接入失败,则再次接入尝试时使用的preamble应该与第一次发送msg3时对应的preamble属于相同的group。确定了group之后,UE从该group中随机选择一个preamble。,基于竞争的随机接入过程:,2、选择用于发送preamble的PRACH资源 基于prach-ConfigIndex、PRACH Mask Index以及物理层的timing限制,UE会先确定下一个包含PRACH的可用子帧
15、。prach-ConfigIndex指定了时域上可用的PRACH资源。PRACH Mask Index定义了某个UE可以在系统帧内的哪些PRACH上发送preamble。定时:如果UE在子帧n接收到一个RAR MAC PDU,但对应TB中没有一个响应与其发送的preamble对应,则UE应该准备好在不迟于子帧n+5的时间内重新发送preamble。如果UE在子帧n没有接收到一个RAR MAC PDU,其中子帧n为RAR窗口的最后一个子帧,则UE应该准备好在不迟于子帧n+4的时间内重新发送preamble。如果随机接入过程是由PDCCH order在子帧n触发,则UE将在子帧n+k2算起,第一个
16、有可用PRACH的子帧中发送,其中k2 6。,基于竞争的随机接入过程:,ra-PRACH-MaskIndex=3,prach-ConfigIndex=12,UL/DL configuration=1为例,查36.321的可知,对应PRACH Resource Index 2,即preamble应该在系统帧内的第三个PRACH资源发送.PRACH Resource Index是一个系统帧内的PRACH资源的编号,从0开始并以PRACH资源在36.211的中出现的先后来排序,查36.211的可知,PRACH Resource Index 2对应四元组(0,0,1,0)上的PARCH资源 PRACH
17、 Mask Index可以为0,这说明eNodeB只为UE分配了preamble,但PRACH资源还需UE自己选择。,基于竞争的随机接入过程:,3、确定对应的RA-RNTI preamble的时频位置决定了RA-RNTI的值,UE发送了preamble之后,会在RAR时间窗内根据这个RA-RNTI值来监听对应的PDCCH。与preamble相关联的RA-RNTI通过如下公式计算:RA-RNTI=1+t_id+10*f_id 其中,t_id是发送preamble的PRACH所在的第一个子帧号(0 t_id 10),f_id是在该子帧发送preamble的PRACH在频域上的索引(0 f_id 6
18、)。,基于竞争的随机接入过程:,4、确定目标接收功率PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER preamble的目标接收功率PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER通过下面的公式计算:PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER=preambleInitialReceivedTargetPower+DELTA_PREAMBLE+(PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER 1)*powerRampingStep其中preambleInitialReceivedTargetPower是eNodeB期待接收到的preamble
19、的初始功率。DELTA_PREAMBLE与preamble format相关功率偏移值。而powerRampingStep是每次接入失败后,下次接入时提升的发射功率。preamble的实际发射功率PPRACH的计算公式为:其中,PCMAX,C(i)是UE在PCell的子帧i上所配置的最大输出功率,PLC是UE通过测量PCell的Cell-specific参考信号得到的下行路径损耗。,基于竞争的随机接入过程:,步骤二:eNodeB发送Random Access Response UE发送了preamble之后,将在RAR时间窗(RA Response window)内监听PDCCH,以接收对应R
20、A-RNTI的RAR。如果在此RAR时间窗内没有接收到eNodeB回复的RAR,则认为此次随机接入过程失败。RAR时间窗起始于发送preamble的子帧(如果preamble在时域上跨多个子帧,则以最后一个子帧计算)+3个子帧,并持续ra-ResponseWindowSize个子帧。,基于竞争的随机接入过程:,MAC PDU由一个MAC 头(MAC header)+0个或多个MAC RAR(MAC Random Access Response)+可能存在的padding组成。如果eNodeB同一时间内检测到来自多个UE的随机接入请求,则使用一个MAC PDU就可以对这些接入请求进行响应,每个随
21、机接入请求的响应对应一个MAC RAR。如果多个UE在同一PRACH资源(时频位置相同,使用同一RA-RNTI)发送preamble,则对应的RAR复用在同一MAC PDU中。MAC PDU在DL-SCH上传输,并用以RA-RNTI加扰的PDCCH。使用相同时频位置发送preamble的所有UE都监听相同的RA-RNTI指示的PDCCH。,基于竞争的随机接入过程:,MAC header由一个或多个MAC subheader组成。除了Backoff Indicator subheader外,每个subheader对应一个MAC RAR。如果包含Backoff Indicator subheade
22、r,则该subheader只出现一次,且位于MAC header的第一个subheader处。BI(Backoff Indicator)指定了UE重发preamble前需要等待的时间范围。如果UE在RAR时间窗内没有接收到RAR,或接收到的RAR中没有一个preamble与自己的相符合,则认为此次RAR接收失败。此时UE需要等待一段时间后,再发起随机接入。等待的时间为在0至BI指定的等待时间区间内选取一个随机值。BI的取值从侧面反映了小区的负载情况,如果接入的UE多,则该值可以设置得大些;如果接入的UE少,该值就可以设置得小些。,基于竞争的随机接入过程:,RAPID为Random Access
23、 Preamble IDentifier的简称,为eNodeB在检测preamble时得到的preamble index。如果UE发现该值与自己发送preamble时使用的索引相同,则认为成功接收到对应的RAR。,11-bit的Timing advance command用于指定UE上行同步所需要的时间调整量。20-bit UL grant指定了分配给msg3的上行资源。TC-RNTI用于UE和eNodeB的后续传输信道加扰。冲突解决后,该值可能变成C-RNIT。UE随机选择一个preamble用于随机接入,就可能导致多个UE同时选择同一PRACH资源的同一个preamble,从而导致冲突的出
24、现(使用相同的RA-RNTI和preamble,因此不确定RAR是对哪个UE的响应),这时需要一个冲突解决机制来解决这个问题。如果接入过程失败,且未达到最大的随机接入尝试次数preambleTransMax,则UE将在上次发射功率的基础上,提升功率powerRampingStep来发送下次preamble,以提高发射成功的概率。UE通过RAR所带的RA-RNTI和preamble index来确定是否成功接收到自己想要的RAR,然后再进行后续处理。,基于竞争的随机接入过程:,步骤三:UE发送msg3 所谓MSG3,其实就是第三条消息,因为在随机接入的过程中,这些消息的内容不固定,有时候可能携带
25、的是RRC连接请求,有时候可能会带一些控制消息甚至业务数据包,因此简称为MSG3.如果UE在子帧n成功地接收了自己的RAR,则UE应该在n+k1(k1其中 6)开始的第一个可用上行子帧发送msg3。如果UL延迟域设置为0,则n+k1 为第一个可用于msg3的上行子帧;如果延迟域设置为1,则UE会在n+k1之后的第一个可用上行子帧来发送msg3。msg3在UL-SCH上传输,使用HARQ,且RAR中msg3中包含每个UE唯一的标志。该标志将用于步骤四的冲突解决。对于处于RRC_CONNECTED态的UE来说,其唯一标志是C-RNTI。对于非RRC_CONNECTED态的UE来说,将使用一个来自核
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