LTE学习重点笔记随机接入过程帧结构.doc

-3-4:重点理解：（黄色为自己所批注）
一、随机接入过程：
1.1、UE可以通过随机接入过程实现两个基本功能：
获得与eNB之间上行同步：
申请上行资源。
1.2、随机接入过程应用于如下6种场景：
从RRC_IDLE状态初始接入，即RRC连接建立；
无线链路失败后初始随机接入，即RRC连接重建；
切换
下行数据到达且UE空口处在上行失步状态；
上行数据到达且UE空口处在上行失步状态，或者虽未失步但需要通过随机接入申请上行资源；
辅助定位，网络运用随机接入获取时间提前量（TA，timing Advance）（TA（Timing Advance），包括6位二进制，数值为0-63，单位为一种传播码元，即3.69µs。最在时间提前量为63*3.68=233µs,相称电波传播35KM往反时间。从这一点说，GSM系统遇到不懂查阅资料时候要查与LTE有关，LTE中TA定义，不要找错到其她网去。
社区覆盖最大半径为35KM。）
1.3、依照UE发起preamble码时与否存在碰撞风险，随机接入过程可分为竞争随机接入和非竞争随机接入。

1、基于竞争模式随机接入：
1、RRC_IDLE状态下初始接入；
2、无线链路出错后来初始接入；
3、RRC_CONNECTED状态下，当有上行数据传播时，例如在上行失步后“non-synchronised”，或者没有PUCCH资源用于发送调度祈求消息，也就是说在这个时候除了通过随机接入方式外，没有其他途径告诉eNB，UE存在上行数据需要发送（上行数据到达且UE空口处在上行失步状态）

2、基于非竞争模式随机接入（preamble序列是预先懂得，无碰撞风险）：
1、RRC_CONNECTED状态下，当下行有数据传播时，这时上行失步“non-synchronised”，由于数据传播除了接受外，还需要确认，如果上行失步话，eNB无法保证可以收到UE确认信息，由于这时下行还是同步，因而可以通过下行消息告诉UE发起随机接入需要使用资源，例如前导序列以及发送时机等，由于这些资源都是双方已知，因而不需要通过竞争方式接入系统（下行数据到达且UE空口处在上行失步状态；）
2、切换过程中随机接入，在切换过程中，目的eNB可以通过服务eNB来告诉UE它可以使用资源；
3、辅助定位，网络运用随机接入获取时间提前量（TA，timing Advance）
与否基于竞争在于在当时终端能否监听到eNB传递下行控制信道，以便获得特定资源用于传播上行前导，固然这个判断是由eNB作出，而不是UE自己来决定。

图5.11 随机接入过程
1.4、基于竞争随机接入流程如上图所示，重要分为四个环节：
(1)：前导序列传播
(2)：随机接入响应
(3)：MSG3 发送 (RRC Connection Request).（非竞争接入没有）
(4)：冲突解决消息.（非竞争接入没有）
所谓MSG3，其实就是第三条消息，由于在随机接入过程中，这些消息内容不固定，有时候也许携带是RRC连接祈求，有时候也许会带某些控制消息甚至业务数据包，因而简称为MSG3.
第一步:随机接入前导序列传播.
LTE中，每个社区有64个随机接入前导序列，分别被用于基于竞争随机接入 (如初始接入)和非竞争随机接入(如切换时接入).其中，用于竞争随机接入前导序列数目个数为numberofRA-Preambles,在SIB2系统消息中广播。
用于竞争随机前导序列，又被分为GroupA和GroupB两组.  其中GroupA数目由参数preamblesGroupA来决定，如果GroupA数目和用于竞争随机前导序列总数数目相等，就意味着GroupB不存在.
GroupA和GroupB重要区别在于将要在MSG3中传播信息大小，由参数messageSizeGroupA表达。在GroupB存在状况下，如果所要传播信息长度(加上MAC头部，MAC控制单元等)不不大于messageSizeGroupA,并且UE可以满足发射功率条件下，UE就会选取GroupB中前导序列.
UE通过选取GroupA或者GroupB里面前导序列，可以隐式地告知eNodeB其将要传播MSG3 大小. eNodeB可以据此分派相应上行资源，从而避免了资源挥霍.
eNodeB通过preambleinitialReceivedTargetPower告知UE其所期待接受到前导序列功率，UE 依照此目的值和下行途径损耗，通过开环功控来设立初始前导序列发射功率.  下行途径损耗，可以通过RSRP (Reference  Signal  Received Power)平均来得到.  这样可以使得eNodeB接受到前导序列功率与途径损耗基本无关，从而利于NodeB探测出在相似时间-频率资源上发送接入前导序列.
发送了接入前导序列后来，UE需要监听PDCCH信道,与否存在ENODEB回答RAR消息，(Random Access Response)，RAR时间窗是从UE发送了前导序列子帧 + 3个子帧开始，长度为Ra-ResponseWindowSize个子帧.  如果在此时间内没有接受到回答给自己RAR，就以为本次接入失败.
如果初始接入过程失败，但是还没有达到最大尝试次数preambleTransMax，那么UE可以在上次发射功率基本上，功率提高powerRampingStep，来发送本次前导，从而提高发送成功机率. 在LTE系统中，由于随机前导序列普通与其她上行传播是正交，因而，相对于WCDMA系统，初始前导序列功率规定相对宽松某些，初始前导序列成功也许性也高某些.   
环节二：随机接入响应 (RAR).
   当eNB检测到UE发送前导序列，就会在DL-SCH上发送一种响应，包括：检测到前导序列索引号、用于上行同步时间调节信息、初始上行资源分派(用于发送随后MSG3)，以及一种暂时C-RNTI，此暂时C-RNTI将在环节四(冲突解决)中决定与否转换为永久C-RNTI.
UE需要在PDCCH上使用RA-RNTI(Random Access RNTI)来监听RAR消息.
             RA-RNTI =1 + t_id + 10*f_id
其中，
      t_id，发送前导PRACH第一种subframe索引号 (0 <= t_id< 10)
      f_id，在这个subframe里PRACH索引，也就是频域位置索引，(0 =< f-id <=6)，但是对于FDD系统来说，只有一种频域位置，因而f_id永远为零.
 RA-RNTI与UE发送前导序列时频位置一一相应.  UE和eNodeB可以分别计算出前导序列相应RA-RNTI值.  UE监听PDCCH信道以RA-RNTI表征RAR消息，并解码相应PDSCH信道，如果RAR中前导序列索引与UE自己发送前导序列相似，那么UE就采用RAR中上行时间调节信息，并启动相应冲突调节过程.  
                在RAR消息中，还也许存在一种backoff批示，批示了UE重传前导等待时间范畴. 如果UE在规定期间范畴以内，没有收到任何RAR消息，或者RAR消息中前导序列索引与自己不符，则以为本次前导接入失败. UE  需要推迟一段时间，才干进行下一次前导接入. 推迟时间范畴，就由backoff indictor来批示，UE可以在0 到BackoffIndicator之间随机取值.  这样设计可以减少UE在相似时间再次发送前导序列几率.
环节三：MSG3 发送 (RRC Connection Request).
UE接受到RAR消息，获得上行时间同步和上行资源. 但此时并不能拟定RAR消息是发送给UE自己而不是发送给其她UE. 由于UE前导序列是从公共资源中随机选用，因而，存在着不同UE在相似时间-频率资源上发送相似接入前导序列也许性，这样，她们就会通过相似RA-RNTI接受到同样RAR.  并且，UE也无从懂得与否有其她UE在使用相似资源进行随机接入. 为此UE需要通过随后MSG3 和MSG4消息，来解决这样随机接入冲突.
MSG3是第一条基于上行调度,通过HARQ (Hybrid Automatic Repeat request)， 在PUSCH上传播消息. 其最大重传次数由maxHARQ-Msg3TX定义. 在初始随机接入中，MSG3中传播是RRCConnectionRequest. 如果不同UE接受到相似RAR消息，那么她们就会获得相似上行资源，同步发送Msg3消息，为了区别不同UE，在MSG3中会携带一种UE特定ID，用于区别不同UE.  在初始接入状况下，这个ID可以是UES-TMSI(如果存在话)或者随机生成一种40 位值(可以以为，不同UE随机生成相似40 位值也许性非常小).
例如：与随机接入触发事件相应起来，msg3携带信息如下：
      1、如果是初次接入（initial access），msg3为在CCCH上传播RRC Connection Request，且至少需要携带NAS UE标志信息。
      2、如果是RRC连接重建（RRC  Connection Re-establishment），msg3为CCCH上传播RRC Connection Re-establishment Request，且不携带任何NAS消息。
      3、如果是切换（handover），msg3为在DCCH上传播通过加密和完整性保护RRC Handover Confirm，必要包括UEC-RNTI，且如果也许话，需要携带BSR。
     4、对于其他触发事件，则至少需要携带C-RNTI。
C-RNTI：RRC连接暂时标记；社区内唯一；由RNCRNC是3G中术语，LTE中相应是eNB基站

分派；由MAC层使用
BSR：是为了让eNB懂得自己缓存状态，eNB将此作为自己给该UE分派资源参照
NAS：非接入层信令
UE在发完MSg3消息后就要立即启动竞争消除定期器mac-ContentionResolutionTimer（而随后每一次重传消息3都要重启这个定期器），UE需要在此时间内监听eNodeB返回给自己冲突解决消息。
环节四：冲突解决消息.
 如果在mac-ContentionResolutionTimer时间内，UE接受到eNodeB返回ContentionResolution消息，并且其中携带UE ID与自己在Msg3中上报给eNodeB相符,那么UE就以为自己赢得了本次随机接入冲突，随机接入成功. 并将在RAR消息中得到暂时C-RNTI置为自己C-RNTI.
否则话，UE以为本次接入失败，并按照上面所述规则进行随机接入重传过程.
值得注意是，冲突解决消息MSG4，也是基于HARQ. 只有赢得冲突UE才发送ACK值，失去冲突或无法解码Msg4 UE不发送任何反馈消息.
二、LTE帧构造
1、在空中接口上，LTE系统定义了无线侦来进行信号传播，1个无线帧长度为10ms。LTE支持两种帧构造FDD和TDD。
       在FDD帧构造中，一种长度为10ms无线帧由10个长度为1ms子帧构成，每个子帧由两个长度为0.5ms时隙构成。

       在TDD帧构造中，一种长度为10ms无线帧由2个长度为5ms半帧构成，每个半帧由5个长度为1ms子帧构成，其中涉及4个普通子帧和1个特殊子帧。普通子帧由两个0.5ms时隙构成，而特殊子帧由3个特殊时隙（DwPTS、GP和UpPTS）构成。

       作为TDD系统一种特点，时间资源在上下行方向上进行分派，TDD帧构造支持7种不同上下行时间比例分派（配备0~6），可以依照系统业务量特性进行配备，支持非对称业务。这7种配备中涉及4种5ms周期和3种10ms周期。
n “D”代表此子帧用于下行传播，“U” 代表此子帧用于上行传播，“S”是由DwPTS、GP和UpPTS构成特殊子帧。
n 特殊子帧中DwPTS和UpPTS长度是可配备，满足DwPTS、GP和UpPTS总长度为1ms 。

图1-1

图1-2
例嗯，合同36.212第四章就可查阅。
：规范规定帧构造上行/下行配备为1，则查图1-1可知TDD-LTE无线帧构造为（DSUUDDSUUD）.已知常规长度CP，特殊子帧配备7,则查图1-2可知DwPTS:GP:UpPTS=10:2:2.
对于5ms上下行切换周期，子帧0、5、DwPTS一定走下行。对于10ms上下行切换周期，每个半帧均有DwPTS，只在第1个半帧内有GP和UpPTS，第2个半帧DwPTS长度为1ms。UpPTS和子帧2用作上行，子帧7和9用作下行。
2. FDD(频分双工)与TDD（时分双工）区别
FDD是在分离两个对称频率信道上进行接受和发送，用保护频段来分离接受和发送信道。FDD必要采用成对频率，依托频率来区别上下行链路，其单方向资源在时间上是持续。FDD在支持对称业务时，能充分运用上下行频谱，但在支持非对称业务时，频谱运用率将大大减少。
TDD用时间来分离接受和发送信道。在TDD 方式移动通信系统中，接受和发送使用同一频率载波不同步隙作为信道承载，其单方向资源在时间上是不持续，时间资源在两个方向上进行了分派。某个时间段由基站发送信号给移动台，此外时间由移动台发送信号给基站，基站和移动台之间必要协同一致才干顺利工作。

图2-1
由上图2-1观测得出频分双工技术在上下行使用对称频率区别，时域上上下行可以同步传播，即可以同步进行收发。时分双工在频域上进行了复用，节约了频域资源，但是上下行使用不同步间来区别，故不能同步进行收发。
3、TDD 双工方式工作特点使TDD具备如下优势：
（1）可以灵活配备频率，使用FDD 系统不易使用零散频段；
（2）可以通过调节上下行时隙转换点，提高下行时隙比例，可以较好支持非对称业务；
（3）具备上下行信道一致性，基站接受和发送可以共用某些射频单元，减少了设备成本；
（4）接受上下行数据时，不需要收发隔离器，只需要一种开关即可，减少了设备复杂度；
（5）具备上下行信道互惠性，可以更好采用传播预解决技术，如预RAKE 技术、联合传播(JT)技术、智能天线技术等，能有效地减少移动终端解决复杂性。
 但是，TDD双工方式相较于FDD，也存在明显局限性：
（1）由于TDD方式时间资源分别分给了上行和下行，因而TDD方式发射时间大概只有FDD一半，如果TDD要发送和FDD同样多数据，就要增大TDD发送功率；
（2）TDD系统上行受限，因而TDD基站覆盖范畴明显不大于FDD基站；
（3）TDD系统收发信道同频，无法进行干扰隔离，系统内和系统间存在干扰；
（4）为了避免与其她无线系统之间干扰，TDD需要预留较大保护带，影响了整体频谱运用效率。
4、TDD和FDD在LTE中应用
       特殊时隙应用：为了节约网络开销，TD-LTE容许运用特殊时隙DwPTS和UpPTS传播系统控制信息。LTE FDD中用普通数据子帧传播上行sounding导频，而TDD系统中，上行sounding导频可以在UpPTS上发送。此外，DwPTS也可用于传播PCFICH、PDCCH、PHICH、PDSCH和P-SCH等控制信道和控制信息。其中，DwPTS时隙中下行控制信道最大长度为两个符号，且主同步信道固定位于DwPTS第三个符号。
       多子帧调度/反馈：和FDD不同，TDD系统不总是存在1:1上下行比例。当下行多于上行时，存在一种上行子帧反馈各种下行子帧，TD-LTE提出解决方案有：multi-ACK/NAK，ACK/NAK捆绑（bundling）等。当上行子帧多于下行子帧时，存在一种下行子帧调度各种上行子帧（多子帧调度）状况。
       同步信号设计：除了TDD固有特性之外（上下行转换、特殊时隙等），TDD帧构造与FDD帧构造重要区别在于同步信号设计。LTE 同步信号周期是5ms，分为主同步信号（PSS）和辅同步信号（SSS）。LTE TDD和FDD帧构造中，同步信号位置/相对位置不同，如图所示。在TDD帧构造中，PSS位于DwPTS第三个符号，SSS位于5ms第一种子帧最后一种符号；在FDD帧构造中，主同步信号和辅同步信号位于5ms第一种子帧内前一种时隙最后两个符号。运用主、辅同步信号相对位置不同，终端可以在社区搜索初始阶段辨认系统是TDD还是FDD。