前言:
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NR随机接入与LTE一样也分为两类,基于竞争的随机接入和基于非竞争的随机接入方法,与LTE 随机接入也存在一些差异性,本文主要介绍5G NR模式下的随机接入流程。
1.随机接入的触发场景
NR随机接入主要包括以下场景,比LTE新增了几个场景:
(1)初始RRC连接建立
基于竞争的随机接入
(2)RRC连接重建立
基于竞争的随机接入
(3)切换
首选是选择基于非竞争的随机接入,如果无可用的专用资源,则可以使用竞争的RA
(4)下行数据到达(PDCCH指令),上行失步
首选是选择基于非竞争的随机接入,如果无可用的专用资源,则可以使用竞争的RA
(5)上行数据到达
基于竞争的随机接入,上行失步
(6)当没有SR的PUCCH资源可用时,RRC连接期间的上行链路数据到达
基于竞争的随机接入
(7)调度请求失败
基于竞争的随机接入
(8)从RRC-Inactive到RRC-Connected
首选是选择基于非竞争的随机接入,如果无可用的专用资源,则可以使用竞争的RA
(9)特定系统信息请求(按需SI)
非竞争随机接入
(10)为NSA组网激活NR小区
非竞争随机接入
(11)波束恢复
非竞争随机接入,如果无可用的专用资源,则可以使用竞争的RA。
2.基于竞争的随机接入流程
在基于竞争的随机接入中,UE从与其他UE共享的前导码池中随机选择前导码。这意味着UE具有选择与另一UE相同的前导的潜在风险,并且随后可能经历冲突或竞争使用。gNodeB使用竞争解决机制来处理这种类型的接入请求。基于竞争的随机接入流程一般包含以下4个步骤(如图1所示)
第一步:随机接入前导码(Random Access Preamble)传输(Msg1)
UE在前导码中向gNB的最优波束发射
第二步:随机接入响应即RAR(Msg2)
在接收到前导码时,gNodeB申请为TC-RNTI、上行链路和下行链路调度资源。然后,gNodeB通过PDSCH发送RA响应。响应包含RA前导码标识符、时间调整信息、初始上行链路调度和临时C-RNTI。一个PDSCH可以携带RA响应到多个UE。在UE发送前导码之后,它监视PDCCH并在RA响应窗口内等待RA响应:
如果UE接收RA preamble标识符的响应,该标识符与包含所发送的RA preamble标识符一样,则响应成功。UE然后发送上行链路调度信息。
如果UE没有在RA响应窗口内接收到响应或未能验证响应,则响应失败。在这种情况下,如果RA尝试次数小于上限(10),则UE重试RA。否则,RA失败。
第三步:调度上行传输(Msg3)
UE通过PUSCH发送上行链路调度信息。UE发送的信令消息和信息在不同的RA场景中不同,这里列出了一些常用场景
Initial RRC connection setup:RRCSetupRequest消息(携带NAS UE__ID)通过RLC层TM中的公共控制信道(CCCH)传输。消息没有分段。
RRC connection reestablishment:RRC重建请求消息(不携带NSA消息)通过RLC层的CCCH 用 TM传输。消息没有分段。
Handover:如果UE接入目标小区,并且在切换过程中没有专用的前导码,则触发基于竞争的RA,而不是基于非竞争的RA。RRC切换确认消息和C-RNTI通过专用控制信道(DCCH)传输。如果需要,还将携带缓冲区状态报告(BSR)。
其他场景:至少发送UE的C-RNTI。
第四步:竞争解决(Msg4)
在UE发送Msg3之后,4ms的竞争解决计时器开始。gNodeB使用PDCCH上的C-RNTI或PDSCH上的UE竞争解决标识IE来帮助UE进行竞争解决。
UE在定时器过期之前继续监视PDCCH,当满足以下条件时,认为竞争解决成功并停止定时器:
1. 当MSG3是通过CCCH通道发送,UE通过PDCCH获得临时C-RNTI,MAC-PDU被成功解码。具体地说,通过PDSCH接收到的UE竞争解决标识IE与UE发送的Msg3中携带的相同。
2.. 其它场景下,UE通过PDCCH获得C-RNTI。
如果竞争解决计时器过期,UE将考虑竞争解决失败了。然后呢,如果RA尝试次数未达到上限(10),则UE再次执行RA。如果RA尝试次数达到上限,则RA流程失败。
3. 基于非竞争的随机接入流程
在基于非竞争的随机接入中,前导码由基站分配,这种前导码称为专用随机接入前导码。专用前导码通过RRC信令(可以在RRC消息中指定分配前导码)或PHY层信令(PDCCH上的DCI)提供给UE。因此,不存在前导码冲突。当专用资源不足时,基站指示UE启动基于竞争的RA,流程图如图2所示。
第一步:随机接入前导码分配
GNodeB向UE分配RA前导码,并使用RRC Msg或DCI发送。这里列出了几个常用场景。
(1)切换:源gNodeB发送的RRC重配消息携带分配的前导码。
(2)DL数据到达且上行失步:当下行数据到达gNodeB时,gNodeB通过PDCCH上的DCI命令UE启动随机接入流程,其中PDCCH携带分配的前导码。
(3)对于NSA组网:在NSA中加入NR小区时,gNodeB通过PDCCH命令UE发起随机接入流程,且PDCCH携带分配的前导码
随机接入资源携带在rach-ConfigDedicated消息中发送给UE(如图3所示)。
第二步:随机接入前导码传输(Msg1)
第三步:随机接入响应(Msg2)