位置由prach-ConfigIndex和prach-FreqOffset以及subframeAssignment所共同决定的。
prach-ConfigIndex:在SIB 2中,现网设置为3。 prach-FreqOffset:在SIB 2中,现网设置为2。 subframeAssignment:在SIB1中,现网设置为sa1。
参考36.211的Table 5.7.1-4,可知道,当prach-ConfigIndex设置为3,subframeAssignment设置为sa1(即UL/DL Configuration为1)的时候,PRACH的时域位置为(0、0、0、1)。
第1个0表示a frequency resource index within the considered time instance,起作用具体请参见36.211的5.7.1的公式(P34,910版本)。
第2个0表示,PRACH在每个Radio Frame都出现;
第3个0表示PRACH在第1个Half Frame;(半帧的概念是TDD才有的)
第4个1表示,the uplink subframe number where the preamble starts, counting from 0 at the first uplink subframe between 2 consecutive downlink-to-uplink switch points。也就是说,这个数字代表的是上行的subframe number,从0开始算,在两个上下行转换点之间。在现网“DSUUD DSUUD”的配置下,PRACH位于每个Radio Frame的红色的U上。
prach-FreqOffset设置为2,决定了PRACH的频域位置:在从低频率的Resource Block开始往上数第2个(前面是0和1)Resource Block是PRACH开始的位置,并且占用连续的6个RB。
4、发送Preamble
eNode B通过系统消息SIB2中的preambleInitialReceivedTargetPower、prach-ConfigIndex这两个
参数告诉UE,让UE算出eNode B期望接收Preamble的功率。
PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER=preambleInitialReceivedTargetPower+DELTA_PREAMBLE + (PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER – 1) * powerRampingStep;
preambleInitialReceivedTargetPower:在SIB2中显示设置为-102dBm
DELTA_PREAMBLE:该值与Preamble Format密切相关,如下所示。DELTA_PREAMBLE与Preamble Format的关系在36.321的Table 7.6-1: DELTA_PREAMBLE values可以查到。在SIB2中可以知道,prach-ConfigIndex = 3,再在36.211的Table 5.7.1-3: Frame structure type 2 random access configurations for preamble formats 0-4 中可以查到,prach-ConfigIndex = 3对应的Preamble Format为0。因此,DELTA_PREAMBLE的值为0dB。
Preamble Format 0 1 2
26 DELTA_PREAMBLE value 0 dB 0 dB -3 dB 3 4 -3 dB 8 dB PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER:在36.321的随机接入过程描述的第一步里面,就说了set the PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER to 1。因此当第一次发送Preamble的时候,该值为1。
总结起来,eNode B侧希望接收到的功率PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER = -102dBm(现网设置下)
UE算出这个值之后,再根据下行的路损,根据开环功控来设置初始的Preamble的发射功率。下行路损,是UE根据基站发射功率减去接收到的RSRP估算出来的。(UE根据SIB2里面的referenceSignalPower得知基站发射功率)
5.2.2随机接入反馈
UE发送了Preamble之后,将会在PDCCH上监听Random Access Response(s),开始监听的时间是从发送Preamble的最后那个Subframe开始往后推3个Subframe,并且持续ra-ResponseWindowSize个Subframes(在这里就是10个Subframes,即10ms)。如果在这段时间内没有收到属于自己的RAR,则此次随机接入失败。
UE会根据RA-RNTI来辨认这个RAR是否发给自己的。The RA-RNTI associated with the PRACH in which the Random Access Preamble is transmitted, is computed as:
RA-RNTI= 1 + t_id+10*f_id
RA-RNTI与UE发送Preamble的时域频域位置一一对应。t_id是PRACH的第1个subframe(0≤ t_id <10),指明了该PRACH的时域位置;f_id is the index of the specified PRACH within that subframe, in ascending order of frequency domain (0≤ f_id< 6),指明了该PRACH的频域位置。TDD制式下,一个subframe最多有6个PRACH块(可参见Table 5.7.1-4),因此f_id取值范围是从0到5;FDD制式下,36.211指示:For frame structure type 1 with preamble format 0-3, there is at most one random access resource per subframe——因此f_id永远都是0。
当UE监听到的RAR中,带有自己当初发送Preamble时候带的RA-RNTI后,就标志着UE成功接收到了RAR,获得了上行的同步时间和同步资源,以及一个临时的C-RNTI,该C-RNTI将在第四步的Contention Resolution中决定是否转为永久的C-RNTI。
如果在以上的指定时间窗内,UE没有收到任何RAR,或者收到了RAR但是其RA-RNTI却不是自己发送Preamble时候所带的那个,则认为是RAR接收失败。此时,UE需要推迟一段时间backoff time,再进行重传。backoff time由UE的backoff parameter指示,UE随机地从0到backoff parameter
27
中选取。UE将设置PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER =
PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER + 1。根据上面所述的eNode B期望接收Preamble的功率的
公式,PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER 增加1则意味着eNode B期望接收到的功率增加
powerRampingStep dB(现网是2dB)。但是该值超过preambleTransMax(现网设置是10次)后,UE就会向Upper Layer报告Random Access Problem(个人理解是在层三信令中上报)。
5.2.3 L2/L3消息发送
当UE成功接收到Radom Access Response后,获得了上行的同步时间和同步资源,但是UE并不能确定eNode B发的RAR是发给自己而不是发给其它UE的,因为存在不同的UE在相同时间和相同的频率资源(RA-RNTI就是根据这两个维度算出来的,可以参见上面的公式)上,选择相同的Preamble的可能性。
那么,有可能出现:不同的UE在相同的上行资源上同时发送Msg3。
初始随机接入过程的 Msg3就是RRC Connection Request,在此条信令里面,会携带一个随机生成的长度为40位的ue-Identity randomValue、或S-TMSI(a temporary UE identity provided by the EPC which uniquely identifies the UE within the tracking area, see TS 23.003 [27]),用于区分不同的UE。现网使用的是ue-Identity randomValue,如下所示:
18:13:25:465: PCO_RRC_UL_CCCH_Message: UE Index: 0, HWI: 0, 0xc0000006, 0x5e984669, 0xac860000 000000 {
message c1 : rrcConnectionRequest : {
criticalExtensions rrcConnectionRequest-r8 : {
ue-Identity randomValue : '1110100110000100011001101001101011001000'B, establishmentCause mo-Signalling, spare '0'B } } }
5.2.4竞争消息解决与L2/L3消息反馈
1、竞争消息解决(Contention Resolution)
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当UE发送完Msg3(如上所述的RRC Connection Request)后,启动mac-ContentionResolutionTimer (sf40,40 subframes = 40ms),如果在这个定时器时间范围内,收到的Contention Resolution消息中携带了的UE ID与在RRC Connection Request中所携带的UE ID相同,则此次随机接入成功,并将Temporary C-RNTI设为自己的C-RNTI。否则,则认为此次随机接入失败,丢弃掉Temporary C-RNTI,并且重新开始随机接入(可以参考“二、随机接入反馈”中RAR接收不成功的情形)。
2、L2/L3消息反馈。 如RRC Connection Setup。
6、下行功率分配流程
功率的分配是影响TD-LTE系统性能的一个非常重要的因素。LTE系统的功率分配主要包括了两大部分:参考信号(Reference Signal)与物理专用共享信道(PDSCH)。其分配原则涉及多个参数:RRU最大发射功率、系统带宽、天线端口数、referenceSignalPower、Pa、Pb等等。
针对以上纷繁杂乱的参数,我们在协议规范的功率分配原则基础上,给出各种主要功率的计算方式、最大取值、以及最优化配置建议。
6.1 RS的功率分配
6.1.1 RS的作用
LTE系统中,RS(Reference Signal)的作用是为UE提供信道估计的参考信号,类似3G中的PCCPCH。R9版本的协议中一共定义了4种下行参考信号,分别如下:
Cell-specific reference signals MBSFN reference signals UE-specific reference signals Positioning reference signals
现网一般用到的都是Cell-specific reference signals。因此本文所说的RS都默认指CRS(Cell-specific reference signals)。
6.1.2 关键功率参数
UE如何获取RRU最大发射功率、系统带宽、天线端口数、referenceSignalPower、Pa、Pb等功
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率关键参数?
RRU最大发射功率:这个是设备参数,UE无法获取。后台配置RS和PDSCH等功率的时候,必须遵循时域上(即1个Symbol上)功率总和不超过RRU最大发射功率原则。
系统带宽:MIB消息中的dl-Bandwidth指示了系统带宽。
天线端口数:在RRC Connection Reconfiguration中的antennaInfoCommon指示了天线端口数。 referenceSignalPower :IDLE态下的UE从小区广播的SIB2消息中获得RS的功率referenceSignalPower。该值可以在SIB2的pdsch-Config中获知,协议规定的取值范围是(-60..50),单位是dBm。
Pa:RRC Connection Setup或RRC Connection Reconfiguration中的physicalConfigDedicated指示了Pa的值。
Pb:IDLE态下的UE从小区广播的SIB2消息中获得Pb取值。
6.1.3 单天线端口CRS功率最大值计算
如上所述,RS功率的取值范围是(-60..50)dBm。但是,RS的功率并非可以随心所欲地设置,需要同时考虑多项因素的约束,如设备(即RRU)最大的发射功率能力、系统带宽、天线端口数、Pa取值、Pb取值等等。
在已知RRU最大发射功率、系统带宽、天线端口数、Pa、Pb等参数的情况下,CRS的取值最大能到多少呢?
我们通过一个实例进行说明。假设某LTE网络, RRU最大发射功率为43W(20dBm)、系统带宽为20MHz、天线端口数为1、Pa=-3、Pb=1。
根据3GPP TS36.213协议的规范,Pb的取值与天线端口数、?B/?A的对应关系如下所示:
?B/?A PB 0 1 2 3 One Antenna Port 1 4/5 3/5 2/5 Two and Four Antenna Ports 5/4 1 3/4 1/2 根据协议规范,?A的取值分以下两种情况:
?A =?power-offset?PA?10log10(2) [dB] ,当UE是由4天线端口的带有预编码方式发射分集方
式传输时成立;
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