LTE隨機接入的研究

摘 要：網絡通信連接建立的過程是一個比較復雜的過程，LTE隨機接入的過程是網絡通信中的一個關鍵的過程，它影響著UE端與網絡端連接的時延和通信的質量，文章分析了LTE隨機接入的基本模式，重點探討了LTE接入過程的競爭模式，分析了UE與網絡端請求連接的具體的過程。

關鍵詞：LTE；隨機接入；競爭性隨機接入模式；非競爭性隨機接入

在網絡通信系統中，通信系統的網絡端和UE在進行通信時，首先必須在網絡端和UE之間建立連接，也就是網絡通信過程中LTE隨機接入過程的建立，網絡通信中首先要建立上行同步的網絡通信機制，這種隨機接入的過程是建立網絡端和UE進行通信的前提條件，所以說LTE的隨機接入過程將直接影響移動通信的性能，也影響通信連接的時間。

1 LTE隨機接入過程簡介

隨機接入過程的主要作用是對數據進行傳輸進行過程資源分配，或者取得通信的上行同步，LTE隨機接入的過程可以分為同步隨機接入過程和非同步隨機接入過程。當UE與系統已經建立上行同步時，UE的隨機接入過程為非同步隨機接入過程，反之，當UE沒有與網絡端建立上行同步，或者在UE與網絡端丟失上行同步時，系統的隨機接入過程稱為非同步隨機接入。LTE隨機接入的模式有FDD和TDD模式兩種模式，LTE隨機接入的過程與通信的小區半徑無關，LTE接入的過程模式分為競爭接入和非競爭接入兩種模式。LTE的隨機接入過程是一個競爭性的隨機接入過程，UE隨機選擇通信連接的前導序列，需要建立一個競爭的過程為競爭性的接入。eNodeB通過網絡端給UE分配一個專用的前導序列，保證系統的接入，同時也避免競爭的發生的連接模式為非競爭模式。在一般的情況下，非競爭性的連接模式快于競爭模式，通信過程的建立更快。

2 競爭模式的隨機接入過程

競爭模式的隨機接入的過程，是LTE隨進接入的主要過程，需要UE端對發送的信號上行鏈路的連接信息，通過網絡端判斷，并發送回反饋信息，UE對信號進行判斷，是否進行隨機接入。

2.1 隨機接入過程的初始化。在隨機接入過程被初始化之前，網絡端的物理層要接受來自MAC層的參數：LTE隨機接入信道和接入產生前導序列的參數。UE通過與網絡端建立隨機連接之后，解析小區廣播的系統信息，由系統物理層的RRC層向MAC層配置相關建立連接的信息。UE從前導序列列表中選擇用于隨機接入前導資源并進行發送，隨機接入過程的初始化主要包括系統消息清空的3緩沖器，系統的前導傳輸計數器置，UE與網絡端建立起連接的過程中，設置退避值為0ms，這樣系統就進入了隨機接入過程的資源選擇，具體的接入過程如下圖1所示：

圖1 隨機接入初始化

2.2 隨機接入的前導。傳輸前導的目的是將前導的序列進行詳細的分配，主要是向系統的基站指出系統的終端隨機接入的方式的選擇，使基站與UE能夠估計eNodeB和終端之間信息傳輸的延遲情況，系統的時頻資源通過PRACH傳輸并進行分配。網絡端向所有的UE進行信息廣播，由前導傳輸的PRACH信道上的時頻資源進行匹配和選擇，終端會確定一個前導并在PRACH上發送和傳輸。在通信小區中有64個可用前導，便于對系統的信息進行發送，但是這些傳導信息中有一部分作為基站指示UE而預留的，并將它作為系統信息的一部分進行發送，在同一個時間間隔內，UE會向終端發送基于競爭的隨機接入嘗試，從子集中選擇前導序列進行數據傳導，在同一時間內如果前導的連接不會發生沖突，連接嘗試在很大程度上能被eNodeB發現，進而能夠建立連接。

2.3 隨機接入響應。在UE進入隨機接入前導，不管系統內是否有監控GAP，UE都會在PDCCH中進行隨機接入響應，UE會根據PRACH的時頻資源進行控制和計算，具體的計算方法如下公式：

RA-RNTI=t_id+10*f_id

其中式中t_id是UE所選擇的PRACH的第一個幀標志的索引值，f_id是UE所選擇幀的特定的值。系統的物理層MAC進行前導傳輸時頻資源分配時，把UE隨機接入的初始化過程的信息通過物理層MAC向選擇的eNodeB發送。UE端隨機接入的響應信息主要有前導傳輸標示、時間提前量命令、信號的上行鏈路的授權信息、TC-RNTI信息以及退避指示命令信息。

信號的傳輸過程是隨機接入過程響應的消息，例如MAC的RRC子層連接請求信息，以及系統信號追蹤區域的數據交換與更新或者RRC子層的信息調度請求。請求的消息主要包含臨時請求連接的C-RNT I分配以及C-RNTI的信息分配或者是48bit的UE請求標示二者之一的信息。如果在信息的傳輸前導發生沖突，這是沖突的UE也可能在隨機接入響應中接收到同樣的TC-RNT I的傳輸信息，同樣的，在信號的上行時頻資源上如果發生沖突，UE不能夠正確的進行解碼，UE將會在HARQ計數達到最大時，會重新開始進行隨機接入過程，當然，如果一個UE成功的接收到響應信息，并能夠成功的進行解碼，對于其他的UE來說這個信息的競爭問題仍然沒有得到解決，這樣，UE在接下來的過程中，將采用競爭機制來解決信息處理的過程。

2.4 競爭解決。在UE經過隨機接入響應之后，UE會根據接收的C-RNT I或者臨時C-RNT I傳遞的信息，把競爭解決消息通過PDSCH通道發送到UE接收端，由UE端對信息進行解碼，如果解碼的信息存在沖突，但eNodeB成功地對競爭消息進行解碼，UE端會接收到競爭解決消息，并進行HARQ反饋，網絡斷將會接收端，其他的UE端會根據接收信息判斷該下行信息，判斷信息存在沖突，就不會傳輸HARQ反饋，并開始新的隨機接入過程。

3 非競爭模式隨機接入過程

非競爭模式隨機接入過程比較簡單，它是在UE網絡端存在固定的連接后，非競爭性的隨機接入模式就會發生，這時，當UE端發送連接請求后，系統要求較小時延，然后進行隨機接入的過程，例如UE端的信息的切換和UE端重新請求上行鏈路的連接，在信息連接成功后，就可以使用非競爭模式進入隨機接入過程，以快速讓UE和網絡端建立通信連接。此時，通信由系統的網絡端分配專用的隨機接入前導序列，并將相應的連接信息發送給UE，這樣以后的通信過程連接的建立與競爭模式的隨機接入過程相似。

4 結束語

網絡通信中的LTE隨機接入過程是LTE移動通信系統的一個重要的數據連接過程，在這個過程中，系統的UE端會對相應的信息進行判斷和連接，請求的連接過程是否順利，直接關系到網絡通信的性能，基于競爭模式的隨機接入過程是一個數據處理比較復雜的過程，在這個過程中需要UE發送相應的數據上行請求信息，這個建立連接的過程時間比較長，是UE和網絡端建立通信必不可少的環節，基于非競爭模式的隨機接入過程適用于已經取得了上行同步的情況，建立通信連接的時延比較短，能夠及時滿足信息通信的要求。

參考文獻

[1]陳昌.LTE隨機接入流程研究[J].計算機網絡通信技術，2011（12）