LTE中PRACH信道详解及规划原理.docx

1、LTE中PRACH信道详解及规划原理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，是用户进展初始连接、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来到达与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

2、过程Preamble序列承载在接入信道中，preamle序列是有ZC序列推出来的，推导公式如下：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展接入，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参数对这个序列进展循环移位，如果移位步长较大而不够64个preamble，那么再拿一个根序列的ZC序列进展循环移位，直到满足个数要求。这么做的原因是不同的循环位移步长和小区接入半径有关，所以有不

3、同的Ncs参数，Ncs是通过系统消息播送下来的。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：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:这意味着可供的根序列索引为0,8,16832共104个可用根序列索引；Step4：根据可用的根序列索引，在所有小区之间进展分配，原理类似于PCI分配方

4、法Ncs configurationvalue低速小区Unrestricted set高速小区Restricted set00151131821522318264223252638632467385584668959821076100119312812119158131672021427923715419-表1 Ncs可取值前导格式0-3表5前导格式03时Ncs值与支持的最大小区半径zeroCorrelationZoneConfigUnrestricted setRestricted set小区半径小区半径00119.1km151.4km1131.0 km181.7 km2151.3 km22

5、2.3 km3181.7 km262.9 km4222.3 km323.8 km5262.8 km384.6 km6323.7 km465.8 km7384.5 km557.1 km8465.7 km688.9 km9597.5 km8210.9 km107610 km10013.5 km119312.4 km12817.5 km1211916.1 km15821.8 km1316723 km20228.1 km1427939 km23733.1 km1541959 km-LTE中的PRACH在FDD模式下以下假设未特别指出，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

6、个PRACH。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。如以下列图所示：为了适应不同的小区大小，LTE FDD中的PRACH定义了四种类型，上面的图中，格式1和格式3使用了较长的CP，适用于小区半径较大的情况。格式2和格式3中重复的前导序列适用于路损较大的小区环境。格式0占据一个子帧的长度，格式1和格式2占据两个连续子帧的长度，格式3占据3个连续子帧的长度。从上图可以看出，PRACH中的CP和前导序列并没有占满整个子帧的时间，剩余的局部即为保护时间Guard Period，这对非同步的上行PRACH来说是必要的。由MA

7、C层触发的随机接入前导序列，只能在特定的时频资源上发送。PRACH在频域上的位置由上层半静态设定的，通过SIB2中的参数prach-FreqOffset播送，prach-FreqOffset的值代表的是物理块资源的，满足，取值围在0到94之间，PRACH上不存在跳频。SIB2中的参数prach-ConfigIndex0到63之间取值决定了小区中PRACH可以出现的帧和子帧的位置以及所使用的PRACH的类型。在中定义。PRACHConfigurationPreambleSystem frame numberSubframe numberPRACH ConfigurationPreambleSys

8、tem frame numberSubframe numberIndexFormatIndexFormat00Even1322Even110Even4332Even420Even7342Even730Any1352Any140Any4362Any450Any7372Any760Any1, 6382Any1, 670Any2 ,7392Any2 ,780Any3, 8402Any3, 890Any1, 4, 7412Any1, 4, 7100Any2, 5, 8422Any2, 5, 8110Any3, 6, 9432Any3, 6, 9120Any0, 2, 4, 6, 8442Any0, 2

9、, 4, 6, 8130Any1, 3, 5, 7, 9452Any1, 3, 5, 7, 9140Any0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 946N/AN/AN/A150Even9472Even9161Even1483Even1171Even4493Even4181Even7503Even7191Any1513Any1201Any4523Any4211Any7533Any7221Any1, 6543Any1, 6231Any2 ,7553Any2 ,7241Any3, 8563Any3, 8251Any1, 4, 7573Any1, 4, 7261Any2, 5, 8583

10、Any2, 5, 8271Any3, 6, 9593Any3, 6, 9281Any0, 2, 4, 6, 860N/AN/AN/A291Any1, 3, 5, 7, 961N/AN/AN/A30N/AN/AN/A62N/AN/AN/A311Even9633Even9PRACH中的前导序列是由ZadoffChu序列经过循环移位生成的，它们源自一个或多个ZadoffChu序列的根序列，序列长度为839， PRACH中子载波的间隔为1.25K。一个小区中有64个前导序列，网络侧配置小区可以使用的前导序列，并通过SIB2中的参数rootSequenceIndex在0到837之间取值来播送第一个ZC根

11、序列，对根序列按一定的规那么循环移位，生成相应的PRACH前导序列。由于PRACH上行传输的不同步以及不同的传输延迟，相应的循环移位之间需要有足够的间隔，并非所有的循环移位都能够作为正交序列使用。如果可用的循环移位的前导序列数目不够64个，那么按一定的规那么选择下一个ZC根序列，通过循环移位生成新的PRACH前导序列。对于高速移动环境下的UE，由于Doppler效应，会破坏ZC序列不同循环移位之间的正交性，此时，LTE中定义了特殊的规那么来生成ZC序列的移位。SIB2中的highSpeedFlag来指明小区是否支持高速移动下ZC序列循环移位的选择。时频域资源对于格式1到3，频域间隔1.25k，

12、占用864个子载波(ZC序列长度839，剩余25个子载波两边保护)。格式4，频域讲7.5k，占用144个子载波ZC序列139，剩余5个两边保护。对于TDD，格式有4种，和TDD上下行帧划分和prach-ConfigIndex有关，见211表。prach-ConfigIndex确定了四元构造体，决定了prach发送的时频位置。在211表中配置。其中是频率资源索引。分别表示资源是否在所有的无线帧，所有的偶数无线帧，所有的奇数无线帧上重现。表示随机接入资源是否位于一个无线帧的前半帧或者后半帧。表示前导码开场的上行子帧号，其计数方式为在连续两个下行到上行的转换点间的第一个上行子帧作为0进展计数。但对于

13、前导码格式4，表示为(*)。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查表得到物理根序列号。用zeroCorrelationZoneConfig以及highSpeedFlag如果为高速，那么是限制级查211表格得到循环位移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，那么取下一个根序列继续生成，直到得到64个preambleMAC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。此时没有C-RNTI,msg3在CCCH中发送，在

14、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 timing老不对了,可能是Timing Advance mand 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

15、特殊的DCI format 1a告知UE开场随机接入，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那么表示使用竞争的。如果Preamble Ind

16、ex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preambleMSG1发送Preamble先必须得到一些PRACH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，那么可以从根序列确定64个preamble序列。把这64个序列取一局部RRC配置numberOf

17、RA-Preambles，取的这局部又分为2组组A和组B，RRC配置了numberOfRA-Preambles，那么组B大小为numberOfRA-Preambles - numberOfRA-Preambles。确定功率资源。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。preambleIniti

18、alReceivedTargetPowerPreamble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messagePowerOffsetGroupB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1PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER=1，设置backoff参数为0，选择随机接入资源。注明：如果已经开场了随机接入，基站又指示开场新的一个，UE选哪个由UE厂家自己决定。RRC

19、配置参数PRACH-Config field descriptionshighSpeedFlagParameter: High-speed-flag, see TS 36.211, 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，那么用限制级的序列偏移。prach-ConfigIndexParameter: 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。p

20、rach-FreqOffsetParameter: prach-FrequencyOffset, see TS 36.211, 21, 5.7.1. For TDD the value 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。rootSequenceIndexParameter: 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: NC

21、S configuration, see TS 36.211, 21, 5.7.2: table 5.7.2-2 for preamble format 0.3 and TS 36.211, 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preambleMSG1mac-ContentionResolutionTimerTimer for contention resolution in TS 36.321 6. Value in subframes. Value sf8 corresponds to 8 subfr

22、ames, sf16 corresponds to 16 subframes and so on.maxHARQ-Msg3TxMaximum number of Msg3 HARQ transmissionsin 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 minusinfinit

23、y corresponds to infinity. Value dB0 corresponds to 0 dB, dB5 corresponds to 5 dB and so 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。numberOfRA-Preamb

24、lesNumber of non-dedicated random access preambles in TS 36.321 6. Value is an integer. 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preambl

25、e时，每次功率增加的步长preambleInitialReceivedTargetPowerInitial preamble power in TS 36.321 6. Value 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 signa

26、lled, the size of the random access preambles group A 6 is equal to numberOfRA-Preambles.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 cor

27、responds to 3, n4 corresponds to 4 and so on.Preamble最大发送次数ra-ResponseWindowSizeDuration 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

28、preamble的最后一个子帧+3+ ra-ResponseWindowSizera-PRACH-MaskIndexExplicitly signalled PRACH Mask Index for RA Resource selection in TS 36.321 6.非竞争时用，说明时频位置。ra-PreambleIndexExplicitly signalled Random Access Preamble for RA Resource selection in TS 36.321 6.非竞争时用，说明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-M

29、ax，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，否那么用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wimax相反。referenceSignalPower 基站RS发送功率，用来算路损，发送msg3betaOffset-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，那么用RRC配置的，参数ra