基于竞争的随机接入—冲突解决

达坂城大豆 2018-03-15

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用于传输上行随机接入前导码的信道与上行数据信道是相互正交的，随机接入Preamble的发送机会在频域上占用6个上行资源块（1.08M），为了匹配LTE系统规定的最小传输带宽。前导码通过循环移位的ZC序列添加循环前缀CP产生，每个小区可用的随机接入前导码为64个。

在eNB下行的广播消息SIB2中包含有UE进行随机接入所需要的操作参数（上行随机接入信道的具体配置、本小区可用的前导码集合、前导码最大发射次数、功率抬升步长、UE通过HARQ发送MSG3的最大重传次数）。UE在发起随机接入请求之间，从可用的随机发送机会中随机选择一个发送机会，并根据发送机会的位置计算出RA-RNTI（RNTI=t_id+10*f_id），其中t_id是发送机会所在的子帧号（0《=t_id<>）,f_id是发送机会在子帧中序号（0《=f_id<>因此RA_RNTI的取值范围是0-49，它唯一标识了UE发送随机接入前导码所使用的时频域资源块。

UE从可用的前导码集合中等概率地随机选择一个前导码，初始发射功率通过开环功控决定。根据ZC序列的特性，多个UE在同一个随机接入机会中发送的不同前导码（基本ZC序列经过不同位数的循环移位产生）都能够被基站正确检测，并分别计算出每个UE的上行传输时延。

第二步是eNB向UE发送随机接入响应消息（MSG2),如果多个UE在同一个随机机会中选择了一个相同的前导码，则eNB检测出此前导码后，并不知道有多于一个UE在同一资源位置发送了此前导码，这就是第四步碰撞解决所需要解决的问题。eNB在某个随机接入发送机会上正确解出一个或多个前导后码后，可得到相应的前导码序号，同时可以根据该发送机会所在的时频位置计算出其对应的RA-RNTI，eNB根据这些信息生成随机接入响应MAC PDU，MAC字头中的RAPID字段值即为检测出的前导码序号，净荷中MACRAR部分包含对应前导码的上行时间调整、为第三步UE发送上行数据而分配的上行资源授权、以及为UE分配的临时RNTI。MSG2用RA-RNTI加扰、在PDCCH上发送，也就是说只有在相应的随机接入发送机会中发送了随机接入前导码的UE才能正确接收到随机接入响应MAC PDU，如果UE在接收到的随机接入响应MACPDU中检测出自己发送的RAPID，即认为自己发送的随机接入码已被eNB正确接收，可进行第三步在分配的上行授权中发送上行信息。如果UE在随机接入响应中未收到其发送的RAPID，或者在一定的时长内未收到随机接入响应，则UE在回退一个时延后重新进行随机接入码的发送，再次发送前导码时会重新对前导码进行选择，并将前导码的发射功率设定为初始功率与功率抬升步长（乘以发射次数）。

第三步，UE在随机接入响应中分配的上行资源（至少为80bit)授权中根据不同的随机接入场景发送带有用户标识的上行消息（MSG3），不同场景下UE发送的上行消息：

（1）初始网络接入---RRCConnectionRequest---UE标识（NAS UE ID(TMSI));

(2) RRC连接重建---RRCConnectionReestablishmentRequest)---UE标识（C-RNTI);

(3)切换----RRCConnectionReconfigurationComplete-----UE标识（C-RNTI）；

(4)上行数据达到-----C-RNTIMAC 控制单元-----UE标识（C-RNTI）;

(5) 下行数据达到----C-RNTIMAC 控制单元-----UE标识（C-RNTI）;

MSG3在PUSCH上发送，用MSG2中分配的临时C-RNTI加扰，使用了HARQ重传，重传的最大次数参数未maxHARQ-MSG3TX，位于SIB2中，ZTE是5次；MSG3消息会在分配的资源上发送信息，包含临时C-RNTI和UEID(IMSI/TMSI）以及可选的初始NAS消息；

如果多个UE在第一步选择了相同的随机接入前导码并且在相同的发送机会（即相同的RA-RNTI）进行发送，则第二步中eNB反馈的RAR就会被多个UE同时收到，这些UE会获得相同的临时C-RNTI，也会同时在随机接入响应分配的上行授权中发送MSG3，MSG3中包含可以唯一识别不同UE的信息。

第四步:eNB发送竞争冲突解决消息，由于可能有多个UE在同一上行授权中同时发送自己的MSG3，彼此之间会产生干扰，但由于通常情况下为发送MSG3而分配的上行授权采用较低的调制方式和较高的编码冗余，并且eNB接收到来自不同UE的信号强度会存在差异，所以即使在碰撞的情况下，eNB也有很大概率可以正确解调出其中一个UE的MSG3。如果eNB正确解调出MSG3，则生成MSG4反馈给UE。对于初始网络接入和RRC重建而进行的随机接入，MSG4中包含的UE碰撞解决标识MAC控制单元就是MSG3中包含的UE标识（TMSI或C-RNTI），与消息4对应的PDCCH内容用消息2中分配的临时C-RNTI加扰；对于其他情况的随机接入，与消息4对应的PDCCH内容用消息3中包含的UE的C-RNTI加扰。

所有发送MSG3的UE都会等待接收MSG4，并启动碰撞解决定时器，UE根据自己随机接入的类型分别使用C-RNTI或临时C-RNTI进行PDCCH接收。为初始网络接入和RRC连接重建而进行的随机接入的UE使用临时C-RNTI接收PDCCH，并根据PDCCH的指示接收MSG4，然后分别将自己的唯一用户标识与MSG4中的用户ID进行比较，最终匹配结果最多只有一个UE。