LTE-TDD随机接入过程(3)-RAR(MSG2)以及MSG1的重传

.本文涉及到的容有：（ 1 ）UE 在什么时候开始接收 RAR（ 2 ）怎么确定 RA-RNTI（ 3 ）UE 没有收到 RAR 后的处理（ 4 ）RAR 的格式1.UE 监测 RAR文章 LTE-TDD 随机接入过程（2 ） -前导码 Preamble的格式与时频位置已经详细说明了UE 发送Preamble前导码的时频位置。当UE 发出 Preamble后，并不是立即准备接收RAR （Random AccessResponse ），而是在发送前导码之后的第3 个子帧之后才开始准备接收RAR 。当然， UE 也不可能一直等待 RAR ，如果 UE 连续检测了ra-ResponseWindowSize个子帧仍然没有收到RAR ，则不再继续监测RAR 信息。the UE shall monitor the PDCCH for Random Access Response(s) identified by the RA-RNTI defined below, in the RA Response window which starts at the subframe that contains the end of the preamble transmission plus three subframes and has length ra-ResponseWindowSize subframes.ra-ResponseWindowSize参数由 SIB2 中的 RACH-ConfigCommon字段带给 UE，围是 2-10 个子帧，即 UE 最多连续监测RAR 的时长是10ms 。Word 专业资料.2.RA-RNTI的计算eNB 加扰 RAR 、UE 解扰 RAR 的 RA-RNTI并不在空口中传输，但UE 和 eNB 都需要唯一确定RA-RNTI的值，否则UE 就无法解码RAR ，因此 RA-RNTI就必须通过收发双方都明确的Preamble的时频位置来计算 RA-RNTI的值。RA-RNTI: The Random Access RNTIis used on the PDCCH when Random Access Responsemessages are transmitted. Itunambiguouslyidentifies which time-frequency resource was utilizedby the UE to transmit the Random Access preamble.协议规定了RA-RNTI的计算公式为：RA-RNTI= 1 + t_id+10*f_id。Word 专业资料.其中，t_id 表示发送 Preamble的起始位置的子帧ID 号（围是 0-9 ），f_id 表示四元素组中的f_RA 值（围是 0-5 ），之前的文章 LTE-TDD 随机接入过程（ 2 ）- 前导码 Preamble 的格式与时频位置 已经详细描述了这两个值的具体含义。eNB 只要能解码出Preamble前导码，就能唯一确定t_id 和 f_id 参数，也就能唯一确定RA-RNTI值。3.UE 没有收到 RAR 的处理UE 有可能在 RAR 的监测窗口没有解码到RAR 消息，这有可能是eNB 侧没有检测到PRACH 中的 Preamble信息，有可能是没有调度RAR 信息，也有可能是下行无线链路有干扰导致UE 解码 RAR 失败，无论是哪种原因， UE 没有收到RAR 是有可能发生的。如果在 RAR 响应窗口没有收到RAR ，或者收到的RAR 中携带的 Preamble并不是本UE 之前发送的Preamble，那么表示UE 本次接收RAR 失败， UE 将执行如下操作：（ 1 ）将本地变量 PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER 加 1（2 ）如果 PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER变量 = （ preambleTransMax+1 ），那么将通知协议上层 “本次 RA 失败 ”，不再执行（ 3）、（ 4 ）过程。这之后的流程，是继续执行新一次的RA 过程，还是执行扫频选小区，甚至换网过程，协议并没有明确说明，由UE 侧基带厂商自行决定。（3 ）如果 PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER（preambleTransMax+1 ），且之前的 Preamble是由 UE 侧 MAC 选择的，那么UE 将在 0 到 backoff参数之间随机选择一个值，作为当前失败时刻到下一次发送Preamble时刻的时延。（4 ）选择时频资源位置，重新发起RA 过程。从上述过程可以看到，UE 侧在每次RA 过程中，会维护一个计数器PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER，围是【 0 ， preambleTransMax】，一旦超过preambleTransMax值，则表示本次RA 失败。preambleTransMax参数表示本次Preamble发送（含重传）的最大次数，和ra-ResponseWindowSize参数一样，也是包含在SIB2 中的RACH-ConfigCommon字段中，见上文截图。围从3 到 200 不等，一般取5 次即可。backoff 参数表示上次接收 RAR 失败到下次重新发送 Preamble 之间的最大延时， 单位是 ms ，eNB 侧的 MAC 层通过 RAR 消息配置到 UE。围是 0-960ms 。如果值属于 Reserved ，则按照 960ms 处理。Word 专业资料.前导码的发送和重传时机如下图所示。MSG1 每次发送前导码的功率值PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER计算如下：PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER= preambleInitialReceivedTargetPower+DELTA_PREAMBLE + ( PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER 1) * powerRampingStep其中，PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER是当前 MSG1 的传输次数，第一次（新传）时，PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER被设置为 1。Word 专业资料.preambleInitialReceivedTargetPower表示初始功率值，围从-120dBm到 -90dBm不等。powerRampingStep表示功率抬升因子，围从0dB 到 6dB 不等。上述三个参数都由SIB2 中的 RACH-ConfigCommon字段带给UE，见前文截图。DELTA_PREAMBLE 是一个功率偏移量，与Preabmle的格式相关。4.RAR 的格式随机接入过程中的MAC PDU包含 3 个部分： MAC头、 payload （ 1 个或多个RAR 单元） 和可选的填充padding。MAC 头包含 1 个或多个 MAC 子头，但只能有 1 个子头可以包含 Backoff Indicator，且这个子头只能放在第一个子头 位置。其他没有包括Backoff Indicator的子头均对应 一个 RAR 单元。如下图所示。之所以将 BI 子头放在第一个子头位置，我想可能是为了减少UE 侧的处理时间， 比如存在这种情况： UE1-UE10共 10 个 UE 同时接入，如果将 UE1 的 RAPID 子头不放在第一个位置，那么UE1 还要遍历接下来的所有子头，读取每个子头的E 值和 T 值，才能知道这个 RAR 有没有携带 BI 子头，而如果规定 BI 子头固定放在第一个位置，那么 UE1在解码 BI 子头和自己的 RAPID 子头后，就不需要关心余下所有子头的T 字段了。Word 专业资料.带 BI （Backoff Indicator）参数的MAC 子头，由 E/T/R/R/BI组成，而其他的子头则由E/T/ RAPID组成，如下图所示。 需要注意的是，在没有解码到任何BI 值的时候， UE 本地使用的BI 参数是 0ms ，而如果一旦解码成功RAR ，无论这个RAR 是否携带了本UE 的 Preamble ，UE 都要存下本次解码得到的BI ，以备重传 Preamble的时候使用 。但一旦重新发起RA 过程， UE 侧 BI 参数都将被复位为0ms 。子头中每个字段的含义是：E: Extension field，扩展域。指示后续是否还有MAC 子头， 1 表示还有另一个子头，0 表示后面不再有MAC 子头。T: Type field，类型域。指示MAC 子头后面跟的是Backoff Indicator还是 RA Preamble ID（即 UE 上报的 Preamble值）。 1 表示当前 MAC 子头后面携带了RA Preamble ID， 0 表示后面携带的是BI 指示（Backoff Indicator）。Word 专业资料.R: Reserved bit，固定填 0。BI : Backoff Indicator。占 4 个 bit 位，围 0-15 ，左边是高 bit 位，右边是低bit 位（下同） 。RAPID : Random Access Preamble Identifier，随机前导码标识， MSG1 携带，占 6 个 bit 位，围 0-63 。如果有 2 个 UE 正在进行随机接入，且计算得到的RA-RNTI一样，而前导码不一样时，包含RAR 的 PDU头的格式如下所示。只有当不同UE 的 RA-RNTI相同时， RAR 消息才能封装到一个MAC-PDU里，不同的 RA-RNTI ，不能封装在一个MAC PDU中。payload指 1 个或多个RAR 控制单元，具体个数取决于MAC 子头中对应的RAPID 的个数。如果RAR是对 2 个前导码进行的响应，则MAC PDU需要有 2 个 RAR 控制单元。 RAR 控制单元的格式如下。每个 RAR 的长度固定为6 个字节。各字段的含义为：Timing Advance Command：时间提前命令域，占11 个 bit 位。通知 UE 进行上行同步的TA 值。UL Grant：上行授权，占20 个 bit 位。指示 UE 用于上行传输MSG3 的资源，包括时频位置、是否跳频、Word 专业资料.功控等参数。 低字节 Oct2 为高 bit 位，高字节Oct4 为低 bit 位。Temporary C-RNTI：临时 C-RNTI ，占 16 个 bit 位。 UE 后续发送的MSG3 消息使用该值加扰。对于 2 个 RAR 的 MAC PDU ，它的格式如下。20bits的 UL GRANT包括的容有：- Hopping flag1 bit ，指示 PUSCH 是否执行跳频。- Fixed size resource block assignment10 bits ，指示 MSG3 的 RB 资源分配，与带宽有关，以后会详细介绍。- Truncated modulation and coding scheme4 bits ，指示 MSG3 使用的 MCS 。- TPC command for scheduled PUSCH3 bits ，指示 PUSCH 的 TPC 参数。- UL delay 1 bit 。指示 MSG3 发送时刻。 LTE-TDD HARQ （1 ） - 上行 HARQ 时序已经详细介绍了这个参数的具体含义。- CQI request1 bit 。指示 UE 是否上报CQI 。Word 专业资料.比如 UE 接收到的 RAR 码流为 0x410008DC0C212F，则依据协议规则，解析的过程如下：可以知道， 该 RAR 针对的是 PreambleID=1 的随机接入响应。 UL_GRANT 的解析过程如下， 其中 RIV 的解析过程与带宽相关，会在后续 MSG3 的相关博文中再专门介绍。Word 专业资料