LTETDD随机接入过程2前导码Preamble的格式与时频位置.docx

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LTETDD随机接入过程2前导码Preamble的格式与时频位置

1.什么是前导码Preamble

前导码Preamble是UE在物理随机接入信道中发送的实际内容，由长度为Tcp的循环前缀CP和长度为Tseq的序列Sequence组成。

2.前导码Preamble格式?

LTE-TDD的前导码有5种格式，分别是PreambleFormat0/1/2/3/4，如下图所示。

从上面协议给出的这张表格中，可以推导出以下几个信息：

（1）每种前导码格式占用的子帧个数。

因为TDD-LTE的每个子帧时长是30720Ts，从表中可以得出，前导码格式0的Preamble时间=3168Ts+24576Ts=27744Ts<30720Ts，只需要占用1个上行子帧，同样可以计算得到，前导码格式1、2需要占用2个上行子帧，前导码格式3则需要占用3个上行子帧才能发完。

特殊地，前导码格式4只能在UpPTS中使用，即LTE-FDD没有格式4。

示意图如下。

（2）每种前导码支持的最大小区半径。

因为每个子帧的长度是30720Ts，去掉前导码占用的时间，那么前导码格式0还剩下的保护时间GT=（30720-3168-24576）Ts=2976Ts=2976*[1/（15000*2048）]s=。

之所以空出一部分的保护间隔，在于随机接入之前，UE还没有和eNB完成上行同步，UE在小区中的位置还不确定，因此需要预留一段时间，以避免和其他子帧发生干扰。

考虑eNB和UE之间的往返传输，因此最大小区半径=*10^8）m/s*us/2=?

km。

同理，可以计算得到其他前导码格式的最大小区覆盖半径。

因此，不同的小区覆盖半径，可以选择不同的前导码格式。

这也是为什么前导码要分不同格式的原因。

（3）每种PRACH的持续时间。

比如Preamble格式0，它的前导码持续时间=（3168+24576）Ts=，这与协议的数据相符。

同时，从这个持续时间也可以印证每种前导码格式所占的子帧个数。

（4）前导码格式4的使用。

上面的表中可以看到，格式4的前导码时长=（448+4096）Ts=4544Ts。

协议明确规定，格式4只能在4384Ts或5120Ts的UpPTS上传输。

给出了各种特殊子帧配置下的Ts长度。

从表格中可以看到，当下行CP=上行CP=normalCP的时候，特殊子帧配置5、6、7、8配置的UpPTS时长满足条件；当下行CP=上行CP=extendedCP的时候，特殊子帧配置4、5、6配置的UpPTS时长满足条件。

特殊子帧配置Specialsubframeconfiguration参数在SIB1的TDD-Config信元中，如下图。

UE在解码SSS（SecondarySynchronizationSignal，辅同步信号，以后再写这块内容）的时候，可以确定下行normalCP值。

SIB中的ul-CyclicPrefixLength参数用于配置上行CP类型。

一般情况下，上行和下行的CP类型相同。

需要注意的是，当CP类型为normal时，UpPTS的长度=4384Ts<格式4的前导码时长4544Ts，所以协议规定了，前导码格式4时，Preamble数据从UpPTS结束前的4832Ts处开始，因此这个时候需要占用部分GP（GuardPeriod）时间。

如下图所示。

可以推导出，格式4的小区最大覆盖半径是（4832-4544）Ts**10^8）/2=。

经过上述几个步骤的推导和说明，可以整理得到下面这个表格。

上面已经说过，不同的GT保护时间决定了小区的最大覆盖半径，GT时间越长，小区的覆盖面积越大，这个结论从下图这张示意图中也可以看出来。

三个不同位置的UE1/2/3同时向eNB发送前导码，那么eNB首先会收到近端UE1的请求，最后收到UE3的前导码。

如果有个UE4，距离比UE3还要远，此时eNB无法收到完整的前导码，UE4将无法接入到该小区。

和eNB确定当前使用哪种前导码

PRACHconfigurationIndex参数决定了前导码的格式。

从协议表格Table中可以看到，PRACHconfigurationIndex值为0~19时，使用PreambleFormat0；PRACHconfigurationIndex值为20~29时，使用PreambleFormat1；PRACHconfigurationIndex值为30~39时，使用PreambleFormat2；PRACHconfigurationIndex值为40~47时，使用PreambleFormat3；PRACHconfigurationIndex值为48~57时，使用PreambleFormat4。

因为PRACHconfigurationIndex参数来自于RRC层的SIB2消息（36331协议），所以UE和eNB侧都会有同样的一套参数。

PRACHconfigurationIndex的具体参数路径是：

SystemInformationBlockType2->radioResourceConfigCommon->RadioResourceConfigCommonSIB->prach-Config->PRACH-ConfigSIB->prach-ConfigInfo->prach-ConfigIndex。

会在什么时候什么位置发Preamble

UE发送前导码的时刻和位置由PRACHconfigurationIndex参数（范围0-63，具体路径见前文）和上下行子帧配置UL/DLconfiguration参数共同决定。

UL/DLconfiguration参数同样来自于RRC层的SIB1消息（36331协议），具体参数路径是：

SystemInformationBlockType1->tdd-Config->TDD-Config->subframeAssignment。

给出了前导码的位置与PRACHconfigurationIndex和UL/DLconfiguration两个参数之间的关系，因该表占篇幅较大，只截图部分，不影响理解。

从中可以看到，根据PRACHconfigurationIndex和UL/DLconfiguration参数，可以获取一个或多个四元素数组，分别对应参数（f_RA,?

t0_RA,?

t1_RA,?

t2_RA）。

t0_RA表示PRACH出现的帧位置，=0表示出现在所有的无线帧中，=1表示出现在偶数无线帧，=2表示出现在奇数无线帧。

t1_RA表示PRACH出现的帧内位置，=0表示PRACH资源是位于第一个半帧，=1表示位于第二个半帧。

t2_RA表示前导码开始处的上行子帧号，在两个连续上下行切换点间的第一个上行子帧表示为0。

即2号子帧和7号子帧值=0。

上下行子帧配置等于0时，t0_RA/t1_RA/t2_RA三个参数的含义如下图所示。

f_RA是一个频率位置系数，用于计算PRACH占用的RB起始位置n_RA_PRB。

PRACH固定占6个RB，因此LTE支持的带宽不能少于6个RB（Eachrandomaccesspreambleoccupiesabandwidthcorrespondingto6consecutiveresourceblocksforbothframestructures.）。

有了n_RA_PRB这个参数，就可以知道PRACH在频域上的位置[n_RA_PRB，n_RA_PRB+5]，有了t0_RA/t1_RA/t2_RA这三个参数，UE就可以知道在哪个子帧发送PRACH，eNB也会去相应的子帧上盲检测PRACH信息。

对于有多个四元素数组的情况，eNB需要对每个可能的位置进行盲检测。

计算PRACH起始RB位置n_RA_PRB的公式如下：

公式中的各参数说明：

（1）n_RA_PRBoffset由RRC的prach-FreqOffset（范围0~94）参数决定，与PRACHconfigurationIndex参数属于同一个结构体，因此获取参数路径也是相同：

SystemInformationBlockType2->radioResourceConfigCommon->RadioResourceConfigCommonSIB->prach-Config->PRACH-ConfigSIB->prach-ConfigInfo->prach-FreqOffset。

（2）f_RA、t1_RA直接从的四元素组中查表获得。

（3）N_UL_RB是带宽RB个数，与DL_bandwidth值相同，如果是20M带宽，则值=100。

（4）N_SP是下行向上行切换点的点数，与上下行子帧配置UL/DLconfiguration参数相关，因此只有前导码4才会用到。

比如上下行子帧配置1，那么N_SP=2，因为在子帧1和子帧6完成了2次下行向上行的切换。

只有在上下行子帧配置3、4、5的时候，N_SP=1。

（5）n_f表示当前的系统帧号。

至此，UE和eNB就可以明确的知道PRACH的发送/接收位置了。

以带宽20M，prach-FreqOffset=0，PRACHconfigurationIndex=9，UL/DLconfiguration=2举例说明，此时（f_RA,t0_RA,t1_RA,t2_RA）有三种值，分别是（0，0，0，0），（0，0，1，0）和（1，0，0，0）。

对应的频域位置：

f_RA=0时，n_RA_PRB=0+6*0=0，

f_RA=1时，n_RA_PRB=100-6-0-6*0=94。

对应的时域位置：

（0，0，0，0）：

PRACH占用从k=0开始到k=5的连续6个RB块，时域L是每个无线帧的2号子帧。

（0，0，1，0）：

PRACH占用从k=0开始到k=5的连续6个RB块，时域L是每个无线帧的7号子帧。

（1，0，0，0）：

PRACH占用从k=94开始到k=99的连续6个RB块，时域L是每个无线帧的2号子帧。

即PRACH的位置如下图。

为避免PRACH与其他UE的上行业务RB冲突，eNB调度PUSCH时可以避开PRACH占用的可能RB位置。

另外，为了减少盲检测处理时长，可以选择只有一种四元素数组的配置。

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