LTE隨機(jī)接入的研究

摘 要：網(wǎng)絡(luò)通信連接建立的過(guò)程是一個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程，LTE隨機(jī)接入的過(guò)程是網(wǎng)絡(luò)通信中的一個(gè)關(guān)鍵的過(guò)程，它影響著UE端與網(wǎng)絡(luò)端連接的時(shí)延和通信的質(zhì)量，文章分析了LTE隨機(jī)接入的基本模式，重點(diǎn)探討了LTE接入過(guò)程的競(jìng)爭(zhēng)模式，分析了UE與網(wǎng)絡(luò)端請(qǐng)求連接的具體的過(guò)程。

關(guān)鍵詞：LTE；隨機(jī)接入；競(jìng)爭(zhēng)性隨機(jī)接入模式；非競(jìng)爭(zhēng)性隨機(jī)接入

在網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中，通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)端和UE在進(jìn)行通信時(shí)，首先必須在網(wǎng)絡(luò)端和UE之間建立連接，也就是網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程中LTE隨機(jī)接入過(guò)程的建立，網(wǎng)絡(luò)通信中首先要建立上行同步的網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)制，這種隨機(jī)接入的過(guò)程是建立網(wǎng)絡(luò)端和UE進(jìn)行通信的前提條件，所以說(shuō)LTE的隨機(jī)接入過(guò)程將直接影響移動(dòng)通信的性能，也影響通信連接的時(shí)間。

1 LTE隨機(jī)接入過(guò)程簡(jiǎn)介

隨機(jī)接入過(guò)程的主要作用是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸進(jìn)行過(guò)程資源分配，或者取得通信的上行同步，LTE隨機(jī)接入的過(guò)程可以分為同步隨機(jī)接入過(guò)程和非同步隨機(jī)接入過(guò)程。當(dāng)UE與系統(tǒng)已經(jīng)建立上行同步時(shí)，UE的隨機(jī)接入過(guò)程為非同步隨機(jī)接入過(guò)程，反之，當(dāng)UE沒(méi)有與網(wǎng)絡(luò)端建立上行同步，或者在UE與網(wǎng)絡(luò)端丟失上行同步時(shí)，系統(tǒng)的隨機(jī)接入過(guò)程稱為非同步隨機(jī)接入。LTE隨機(jī)接入的模式有FDD和TDD模式兩種模式，LTE隨機(jī)接入的過(guò)程與通信的小區(qū)半徑無(wú)關(guān)，LTE接入的過(guò)程模式分為競(jìng)爭(zhēng)接入和非競(jìng)爭(zhēng)接入兩種模式。LTE的隨機(jī)接入過(guò)程是一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)性的隨機(jī)接入過(guò)程，UE隨機(jī)選擇通信連接的前導(dǎo)序列，需要建立一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)的過(guò)程為競(jìng)爭(zhēng)性的接入。eNodeB通過(guò)網(wǎng)絡(luò)端給UE分配一個(gè)專用的前導(dǎo)序列，保證系統(tǒng)的接入，同時(shí)也避免競(jìng)爭(zhēng)的發(fā)生的連接模式為非競(jìng)爭(zhēng)模式。在一般的情況下，非競(jìng)爭(zhēng)性的連接模式快于競(jìng)爭(zhēng)模式，通信過(guò)程的建立更快。

2 競(jìng)爭(zhēng)模式的隨機(jī)接入過(guò)程

競(jìng)爭(zhēng)模式的隨機(jī)接入的過(guò)程，是LTE隨進(jìn)接入的主要過(guò)程，需要UE端對(duì)發(fā)送的信號(hào)上行鏈路的連接信息，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)端判斷，并發(fā)送回反饋信息，UE對(duì)信號(hào)進(jìn)行判斷，是否進(jìn)行隨機(jī)接入。

2.1 隨機(jī)接入過(guò)程的初始化。在隨機(jī)接入過(guò)程被初始化之前，網(wǎng)絡(luò)端的物理層要接受來(lái)自MAC層的參數(shù)：LTE隨機(jī)接入信道和接入產(chǎn)生前導(dǎo)序列的參數(shù)。UE通過(guò)與網(wǎng)絡(luò)端建立隨機(jī)連接之后，解析小區(qū)廣播的系統(tǒng)信息，由系統(tǒng)物理層的RRC層向MAC層配置相關(guān)建立連接的信息。UE從前導(dǎo)序列列表中選擇用于隨機(jī)接入前導(dǎo)資源并進(jìn)行發(fā)送，隨機(jī)接入過(guò)程的初始化主要包括系統(tǒng)消息清空的3緩沖器，系統(tǒng)的前導(dǎo)傳輸計(jì)數(shù)器置，UE與網(wǎng)絡(luò)端建立起連接的過(guò)程中，設(shè)置退避值為0ms，這樣系統(tǒng)就進(jìn)入了隨機(jī)接入過(guò)程的資源選擇，具體的接入過(guò)程如下圖1所示：

圖1 隨機(jī)接入初始化

2.2 隨機(jī)接入的前導(dǎo)。傳輸前導(dǎo)的目的是將前導(dǎo)的序列進(jìn)行詳細(xì)的分配，主要是向系統(tǒng)的基站指出系統(tǒng)的終端隨機(jī)接入的方式的選擇，使基站與UE能夠估計(jì)eNodeB和終端之間信息傳輸?shù)难舆t情況，系統(tǒng)的時(shí)頻資源通過(guò)PRACH傳輸并進(jìn)行分配。網(wǎng)絡(luò)端向所有的UE進(jìn)行信息廣播，由前導(dǎo)傳輸?shù)腜RACH信道上的時(shí)頻資源進(jìn)行匹配和選擇，終端會(huì)確定一個(gè)前導(dǎo)并在PRACH上發(fā)送和傳輸。在通信小區(qū)中有64個(gè)可用前導(dǎo)，便于對(duì)系統(tǒng)的信息進(jìn)行發(fā)送，但是這些傳導(dǎo)信息中有一部分作為基站指示UE而預(yù)留的，并將它作為系統(tǒng)信息的一部分進(jìn)行發(fā)送，在同一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)，UE會(huì)向終端發(fā)送基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入嘗試，從子集中選擇前導(dǎo)序列進(jìn)行數(shù)據(jù)傳導(dǎo)，在同一時(shí)間內(nèi)如果前導(dǎo)的連接不會(huì)發(fā)生沖突，連接嘗試在很大程度上能被eNodeB發(fā)現(xiàn)，進(jìn)而能夠建立連接。

2.3 隨機(jī)接入響應(yīng)。在UE進(jìn)入隨機(jī)接入前導(dǎo)，不管系統(tǒng)內(nèi)是否有監(jiān)控GAP，UE都會(huì)在PDCCH中進(jìn)行隨機(jī)接入響應(yīng)，UE會(huì)根據(jù)PRACH的時(shí)頻資源進(jìn)行控制和計(jì)算，具體的計(jì)算方法如下公式：

RA-RNTI=t_id+10*f_id

其中式中t_id是UE所選擇的PRACH的第一個(gè)幀標(biāo)志的索引值，f_id是UE所選擇幀的特定的值。系統(tǒng)的物理層MAC進(jìn)行前導(dǎo)傳輸時(shí)頻資源分配時(shí)，把UE隨機(jī)接入的初始化過(guò)程的信息通過(guò)物理層MAC向選擇的eNodeB發(fā)送。UE端隨機(jī)接入的響應(yīng)信息主要有前導(dǎo)傳輸標(biāo)示、時(shí)間提前量命令、信號(hào)的上行鏈路的授權(quán)信息、TC-RNTI信息以及退避指示命令信息。

信號(hào)的傳輸過(guò)程是隨機(jī)接入過(guò)程響應(yīng)的消息，例如MAC的RRC子層連接請(qǐng)求信息，以及系統(tǒng)信號(hào)追蹤區(qū)域的數(shù)據(jù)交換與更新或者RRC子層的信息調(diào)度請(qǐng)求。請(qǐng)求的消息主要包含臨時(shí)請(qǐng)求連接的C-RNT I分配以及C-RNTI的信息分配或者是48bit的UE請(qǐng)求標(biāo)示二者之一的信息。如果在信息的傳輸前導(dǎo)發(fā)生沖突，這是沖突的UE也可能在隨機(jī)接入響應(yīng)中接收到同樣的TC-RNT I的傳輸信息，同樣的，在信號(hào)的上行時(shí)頻資源上如果發(fā)生沖突，UE不能夠正確的進(jìn)行解碼，UE將會(huì)在HARQ計(jì)數(shù)達(dá)到最大時(shí)，會(huì)重新開始進(jìn)行隨機(jī)接入過(guò)程，當(dāng)然，如果一個(gè)UE成功的接收到響應(yīng)信息，并能夠成功的進(jìn)行解碼，對(duì)于其他的UE來(lái)說(shuō)這個(gè)信息的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題仍然沒(méi)有得到解決，這樣，UE在接下來(lái)的過(guò)程中，將采用競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制來(lái)解決信息處理的過(guò)程。

2.4 競(jìng)爭(zhēng)解決。在UE經(jīng)過(guò)隨機(jī)接入響應(yīng)之后，UE會(huì)根據(jù)接收的C-RNT I或者臨時(shí)C-RNT I傳遞的信息，把競(jìng)爭(zhēng)解決消息通過(guò)PDSCH通道發(fā)送到UE接收端，由UE端對(duì)信息進(jìn)行解碼，如果解碼的信息存在沖突，但eNodeB成功地對(duì)競(jìng)爭(zhēng)消息進(jìn)行解碼，UE端會(huì)接收到競(jìng)爭(zhēng)解決消息，并進(jìn)行HARQ反饋，網(wǎng)絡(luò)斷將會(huì)接收端，其他的UE端會(huì)根據(jù)接收信息判斷該下行信息，判斷信息存在沖突，就不會(huì)傳輸HARQ反饋，并開始新的隨機(jī)接入過(guò)程。

3 非競(jìng)爭(zhēng)模式隨機(jī)接入過(guò)程

非競(jìng)爭(zhēng)模式隨機(jī)接入過(guò)程比較簡(jiǎn)單，它是在UE網(wǎng)絡(luò)端存在固定的連接后，非競(jìng)爭(zhēng)性的隨機(jī)接入模式就會(huì)發(fā)生，這時(shí)，當(dāng)UE端發(fā)送連接請(qǐng)求后，系統(tǒng)要求較小時(shí)延，然后進(jìn)行隨機(jī)接入的過(guò)程，例如UE端的信息的切換和UE端重新請(qǐng)求上行鏈路的連接，在信息連接成功后，就可以使用非競(jìng)爭(zhēng)模式進(jìn)入隨機(jī)接入過(guò)程，以快速讓UE和網(wǎng)絡(luò)端建立通信連接。此時(shí)，通信由系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)端分配專用的隨機(jī)接入前導(dǎo)序列，并將相應(yīng)的連接信息發(fā)送給UE，這樣以后的通信過(guò)程連接的建立與競(jìng)爭(zhēng)模式的隨機(jī)接入過(guò)程相似。

4 結(jié)束語(yǔ)

網(wǎng)絡(luò)通信中的LTE隨機(jī)接入過(guò)程是LTE移動(dòng)通信系統(tǒng)的一個(gè)重要的數(shù)據(jù)連接過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，系統(tǒng)的UE端會(huì)對(duì)相應(yīng)的信息進(jìn)行判斷和連接，請(qǐng)求的連接過(guò)程是否順利，直接關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)通信的性能，基于競(jìng)爭(zhēng)模式的隨機(jī)接入過(guò)程是一個(gè)數(shù)據(jù)處理比較復(fù)雜的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中需要UE發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)上行請(qǐng)求信息，這個(gè)建立連接的過(guò)程時(shí)間比較長(zhǎng)，是UE和網(wǎng)絡(luò)端建立通信必不可少的環(huán)節(jié)，基于非競(jìng)爭(zhēng)模式的隨機(jī)接入過(guò)程適用于已經(jīng)取得了上行同步的情況，建立通信連接的時(shí)延比較短，能夠及時(shí)滿足信息通信的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]陳昌.LTE隨機(jī)接入流程研究[J].計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，2011（12）