什么是5GNR的随机接入.pdf

为什么要随机接入？ 简单的说，是为了请求接入资源。随机接入是UE向网络发送的第一条消息，尽管在不同系 统中，请求名字不一样，但作用是相似的。在 GSM 中，称为“Channel Request”；在 CDMA中，称为“Access Probe”；在WCDMA和 LTE中，称为“RACH”—— NR 沿 用了这个名字。RA是Random Access的缩写。从宏观的角度看，UE行为不可预知（比 如说，UE什么“时候”会开机），对网络而言，请求具有一定的“随机性”（Random）； 从微观的角度看，网络又必须对 UE 行为做一些约束（比如说，UE 在哪个“时隙”发送请 求），否则系统复杂度会大幅提高。 在 LTE 和 NR 中，为了在 Uu 接口发送和接收业务数据（比如说，HTTP 请求和 HTTP 响 应），网络需要为 UE 建立 DRB（Data Radio Bearer），承载用户面数据（User Plane Data）。为了建立 DRB，网络又需要为 UE 建立 SRB（Signaling Radio Bearer），承载 控制面数据（Control Plane Data，RRC消息和NAS 消息）。不过，这是高层（应用层） 的视角。从底层（PDCP、RLC、MAC、PHY）的角度看，承载数据的逻辑信道（Logical Channel）需要映射到传输信道（Transport Channel）UL-SCH 和 DL-SCH，再映射到物 理信道（Physical Channel）PUSCH 和 PDSCH —— 不过，UE 使用 PUSCH 和 PDSCH， 是有前提条件的。 PUSCH和 PDSCH 都是共享信道（Sharing Channel），在大多数情况下，是动态分配给 用户的（半静态调度长时间看也是动态的）。这意味着两件事：一、UE 收到下行调度 （Schedule）或上行授权（UL Grant），才可以在对应时频资源接收或发送数据；二、NR 是多用户系统，网络和 UE 需要进行用户识别，才不会“张冠李戴”。如果 UE 处于 RRC CONNECTED 状态，使用 C-RNTI（Cell Radio Network Temporary Identifier）监听 PDCCH，从而获得 PDSCH的信息。随机接入的作用之一，就是从网络获得UL Grant。 同时，如果UE还没有C-RNTI，可以通过随机接入获得（准确的说是TC-RNTI，随后升级 为 C-RNTI）。 打个比方，随机接入（Random Access）就像学生（UE）发言前要先举手，如果老师（基 站）没有点到你的名字（Random Access Response），你就别作妖了（这位同学你坐下 ~）。在后续交互中（RRC CONNECTED），老师用“临时学号”（C-RNTI）指代学生， 如果学生还没有“临时学号”，会在点名时获得（但不一定是给你的）。学生没有固定教室 （Cell），老师才有（和大学相似），学生每次换老师，会从新的老师获得新的“临时学号” — — “临时学号”（C-RNTI）只在老师（Cell）范围内有效。 除了上行授权，随机接入还有另一个作用：上行同步。在LTE和NR中，不同UE在时频上 正交多址接入（Orthogonal Multiple Access），同一小区的不同 UE 上行传输互不干扰。 为了保证上行的正交性，同一子帧上，不同UE（使用不同频域资源）发送的信号，到达基 站的时间要求“基本对齐”，基站在 CP（Cyclic Prefix）范围内接收到 UE 信号 —— 这 需要通过 TA（Timing Advance）实现。 基站发送的下行信号是对齐的，由于不同UE和基站的距离不同，信号在空中传输的时长不 同，信号到达UE的时间也不同（示图中，UE1和UE2分别延迟t1和t2）。如果UE的上 行子帧和下行子帧的timing是相同的，不同UE的上行信号到达基站的时间也不同（示图 中，UE1和UE2分别延迟t1 x 2 和t2 x 2），这就破坏了上行的正交性，需要进行对齐。 UE行为无法预测，和谁对齐都不合适，基站说：还是向我看齐吧。 基站的上行子帧和下行子帧的timing是相同的，如果UE提前发送上行信号，消除传输时 延的影响，就可以在实现上行信号对齐。这个时间提前量，称为TA，是UE上行子帧相对 下行子帧的时间负偏移（Negative Offset）。显然，TA 是UE粒度的参数 —— 不同UE 和基站的距离不同，TA 的取值也不同，UE 离基站近一点，TA 就小一点，UE 离基站远一 点，TA就大一点。 打个比方，你在西城上班，公司要求8:30~9:00 打卡，住东城得 7:30 出门，住朝阳得7:00 出门，住通州得06: