LTE-TDD随机接入过程(2)-前导码Preamble的格式与时频位置25668.pdf

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1、1.什么是前导码 Preamble 前导码 Preamble 是 UE 在物理随机接入信道中发送的实际内容，由长度为 Tcp 的循环前缀CP 和长度为 Tseq 的序列 Sequence 组成。2.前导码 Preamble 格式 LTE-TDD 的前导码有 5 种格式，分别是 Preamble Format 0/1/2/3/4，如下图所示。从上面协议给出的这张表格中，可以推导出以下几个信息：（1）每种前导码格式占用的子帧个数。因为 TDD-LTE 的每个子帧时长是 30720Ts，从表中可以得出，前导码格式 0 的 Preamble 时间=3168Ts+24576Ts=27744Ts30720

2、Ts，只需要占用1 个上行子帧，同样可以计算得到，前导码格式 1、2 需要占用 2 个上行子帧，前导码格式 3则需要占用 3 个上行子帧才能发完。特殊地，前导码格式 4 只能在 UpPTS 中使用，即 LTE-FDD没有格式 4。示意图如下。（2）每种前导码支持的最大小区半径。因为每个子帧的长度是 30720Ts，去掉前导码占用的时间，那么前导码格式 0 还剩下的保护时间 GT=（30720-3168-24576）Ts=2976Ts=2976*1/(15000*2048)s=。之所以空出一部分的保护间隔，在于随机接入之前，UE 还没有和 eNB 完成上行同步，UE 在小区中的位置还不确定，因此

3、需要预留一段时间，以避免和其他子帧发生干扰。考虑 eNB 和 UE 之间的往返传输，因此最大小区半径=*108)m/s*us/2=km。同理，可以计算得到其他前导码格式的最大小区覆盖半径。因此，不同的小区覆盖半径，可以选择不同的前导码格式。这也是为什么前导码要分不同格式的原因。（3）每种 PRACH 的持续时间。比如 Preamble 格式 0，它的前导码持续时间=（3168+24576）Ts=，这与协议的数据相符。同时，从这个持续时间也可以印证每种前导码格式所占的子帧个数。（4）前导码格式 4 的使用。上面的表中可以看到，格式 4 的前导码时长=（448+4096）Ts=4544Ts。协议明

4、确规定，格式 4 只能在 4384Ts 或 5120Ts 的 UpPTS 上传输。给出了各种特殊子帧配置下的 Ts 长度。从表格中可以看到，当下行 CP=上行 CP=normal CP 的时候，特殊子帧配置 5、6、7、8 配置的 UpPTS 时长满足条件；当下行 CP=上行 CP=extended CP 的时候，特殊子帧配置 4、5、6 配置的 UpPTS 时长满足条件。特殊子帧配置Special subframe configuration参数在 SIB1 的 TDD-Config 信元中，如下图。UE 在解码 SSS（Secondary Synchronization Signal，辅同

5、步信号，以后再写这块内容）的时候，可以确定下行 normal CP 值。SIB 中的ul-CyclicPrefixLength参数用于配置上行 CP类型。一般情况下，上行和下行的 CP 类型相同。需要注意的是，当 CP 类型为 normal 时，UpPTS 的长度=4384TsradioResourceConfigCommon-RadioResourceConfigCommonSIB-prach-Config-PRACH-ConfigSIB-prach-ConfigInfo-prach-ConfigIndex。会在什么时候什么位置发 Preamble UE 发送前导码的时刻和位置由 PRACH

6、 configuration Index 参数（范围 0-63，具体路径见前文）和上下行子帧配置 UL/DL configuration 参数共同决定。UL/DL configuration 参数同样来自于 RRC 层的 SIB1 消息（36331 协议），具体参数路径是：SystemInformationBlockType1-tdd-Config-TDD-Config-subframeAssignment。给出了前导码的位置与 PRACH configuration Index 和 UL/DL configuration 两个参数之间的关系，因该表占篇幅较大，只截图部分，不影响理解。从中可以

7、看到，根据 PRACH configuration Index 和 UL/DL configuration 参数，可以获取一个或多个四元素数组，分别对应参数（f_RA,t0_RA,t1_RA,t2_RA）。t0_RA 表示 PRACH 出现的帧位置，=0 表示出现在所有的无线帧中，=1 表示出现在偶数无线帧，=2 表示出现在奇数无线帧。t1_RA 表示 PRACH 出现的帧内位置，=0 表示 PRACH 资源是位于第一个半帧，=1 表示位于第二个半帧。t2_RA 表示前导码开始处的上行子帧号，在两个连续上下行切换点间的第一个上行子帧表示为 0。即 2 号子帧和 7 号子帧值=0。上下行子帧配置

8、等于 0 时，t0_RA/t1_RA/t2_RA 三个参数的含义如下图所示。f_RA 是一个频率位置系数，用于计算 PRACH 占用的 RB 起始位置 n_RA_PRB。PRACH 固定占 6个 RB，因此 LTE 支持的带宽不能少于 6 个 RB（Each random access preamble occupies a bandwidth corresponding to 6 consecutive resource blocks for bothframe structures.）。有了 n_RA_PRB 这个参数，就可以知道 PRACH 在频域上的位置n_RA_PRB，n_RA_PR

9、B+5，有了 t0_RA/t1_RA/t2_RA 这三个参数，UE 就可以知道在哪个子帧发送 PRACH，eNB 也会去相应的子帧上盲检测 PRACH 信息。对于有多个四元素数组的情况，eNB 需要对每个可能的位置进行盲检测。计算 PRACH 起始 RB 位置 n_RA_PRB 的公式如下：公式中的各参数说明：（1）n_RA_PRBoffset 由 RRC 的 prach-FreqOffset（范围 094）参数决定，与 PRACH configuration Index 参数属于同一个结构体，因此获取参数路径也是相同：SystemInformationBlockType2-radioReso

10、urceConfigCommon-RadioResourceConfigCommonSIB-prach-Config-PRACH-ConfigSIB-prach-ConfigInfo-prach-FreqOffset。（2）f_RA、t1_RA 直接从的四元素组中查表获得。（3）N_UL_RB 是带宽 RB 个数，与 DL_bandwidth 值相同，如果是 20M 带宽，则值=100。（4）N_SP 是下行向上行切换点的点数，与上下行子帧配置 UL/DL configuration 参数相关，因此只有前导码 4 才会用到。比如上下行子帧配置 1，那么 N_SP=2，因为在子帧 1 和子帧 6

11、完成了 2 次下行向上行的切换。只有在上下行子帧配置 3、4、5 的时候，N_SP=1。（5）n_f 表示当前的系统帧号。至此，UE 和 eNB 就可以明确的知道 PRACH 的发送/接收位置了。以带宽 20M，prach-FreqOffset=0，PRACH configuration Index=9，UL/DL configuration=2 举例说明，此时(f_RA,t0_RA,t1_RA,t2_RA)有三种值，分别是（0，0，0，0），（0，0，1，0）和（1，0，0，0）。对应的频域位置：f_RA=0 时，n_RA_PRB=0+6*0=0，f_RA=1 时，n_RA_PRB=100-

12、6-0-6*0=94。对应的时域位置：（0，0，0，0）：PRACH 占用从 k=0 开始到 k=5 的连续 6 个 RB 块，时域 L 是每个无线帧的 2号子帧。（0，0，1，0）：PRACH 占用从 k=0 开始到 k=5 的连续 6 个 RB 块，时域 L 是每个无线帧的 7号子帧。（1，0，0，0）：PRACH 占用从 k=94 开始到 k=99 的连续 6 个 RB 块，时域 L 是每个无线帧的 2 号子帧。即 PRACH 的位置如下图。为避免 PRACH 与其他 UE 的上行业务 RB 冲突，eNB 调度 PUSCH 时可以避开 PRACH 占用的可能RB 位置。另外，为了减少盲检测处理时长，可以选择只有一种四元素数组的配置。