本詞條以LTE為例介紹LTE技術中的隨機接入最佳化。
基本介紹
- 中文名：隨機接入最佳化
- 外文名：Randomaccessoptimization
- 套用學科：通信
概述,技術方案,RACH性能評估,PRACH最佳化參數,UE信息的上報,PRACH配置信息的互動,對協定和接口的修改,OAM需求,
概述
隨機接入信道的參數配置對RACH碰撞機率有很大影響。RACH碰撞機率是影響呼叫建立時延、上行非同步狀態下的數據恢復時延和切換時延的重要因素，也會影響到呼叫建立成功率和切換成功率。由於需要專門為RACH保留上行資源單元，預留資源的數量會影響到LTE的網路容量。隨機接入信道參數配置不合理也會導致前導檢測機率的下降和覆蓋範圍的縮小。因此，對於已經部署的網路，RACH參數最佳化能夠帶來比較明顯的增益。並且，隨機信道參數的配置在很大程度上影響著終端用戶的用戶體驗。因此，隨機信道的最佳化是尤為重要的。
隨機接入信道自最佳化功能的主要目的如下。
（1）減少系統中所有終端的接入時延。減少接入時延可減少呼叫建立時延，減少上行非同步狀態造成的數據再續時延，減少切換時延，提高呼叫建立成功率，提高切換成功率。
（2）減少由RACH產生的上行干擾。
（3）減少RACH嘗試之間的干擾。
SON中的隨機接入信道自最佳化功能，能夠周期性地或持續不斷地對所有小區的隨機接入信道參數進行最佳化。對RACH性能和使用情況的測量工作由SON實體執行。隨機接入信道自最佳化功能監視主要的條件，如RACH負荷的改變、上行干擾等，並且作出決定，並更新一些適合的參數。根據鄰小區的RACH配置情況和UE上報的參數，eNB判斷是否需要最佳化RACH配置參數及如何進行最佳化。RACH參數的設定需考慮多種因素，例如PUSCH造成的上行小區間干擾、RACH負荷（與呼叫到達率、切換率、跟蹤區更新、小區覆蓋範圍的業務類型和人口數量有關）、PUSCH負荷（PRACH的時頻資源分布在PUSCH範圍之內，且周期重複）、分給小區的前導的容量、上下行覆蓋失衡。
由於以上因素均受到網路配置（如天線下傾角、發射功率設定和切換門限等）影響，網路配置中的參數發生任何改變都會影響到最優的RACH配置。例如，如果一個小區的天線下傾角改變了，那么附近小區的覆蓋範圍都會改變，相應地會影響到每個小區的呼叫到達率和切換率。這會影響每個小區的RACH總量，包括每個前導的適用範圍。那么，運營商就必須檢查每個小區的RACH性能和使用情況，並且檢測由配置參數的改變帶來的RACH問題。如有必要，還需對RACH配置參數進行最佳化。
技術方案
RACH性能評估
當UE需要與LTE網路建立連線時，UE要選擇合適的小區並讀取該小區的系統信息。通過SIB2，UE可獲得前導序列格式和初始接入功率。UE隨機選取一個前導序列，並發起隨機接入過程。隨機接入過程的成功與否依賴於eNB是否能夠檢測到該前導序列。如果由於前導序列未被檢測到或存在隨機接入競爭而造成隨機接入失敗，那么UE會執行功率爬升過程，並再次發起隨機接入過程，直至隨機接入成功，如圖8-27所示。
圖8-27 隨機接入過程
接入成功率AP（m）可定義為UE在經過一定次數（m=1，2，3….）的隨機接入嘗試後成功接入的機率，可用來衡量RACH性能。
另外，接入時延也是評價RACH性能的要素，可定義為從發起隨機接入嘗試到接入成功的時延。與接入成功率相似，RACH性能可用ADP（δ）來衡量，ADP（δ）可定義為接入時延小於δ的機率。
應使用AP或ADP，或同時使用這兩個指標來衡量RACH性能的優劣。AP或ADP的目標值應由運營商選取與設定。
PRACH最佳化參數
隨機接入信道自最佳化功能會自動配置與RACH性能相關的一些參數。但3GPP不對需要配置的參數範圍進行強制要求。在具體實現中，廠家的實現方式不同，需要配置的參數也會有所不同。
隨機接入信道自最佳化功能可能會用到的配置參數如下。
PRACH配置索引（prach-ConfigIndex）
PRACH配置索引可用於估算AP（m）、ADP（δ）和PUSCH負載。在RACH資源選擇的過程中，由PRACH的配置參數prach-ConfigIndex、PRACHMaskIndex和物理層的時間要求來確定下一個可用於傳送前導的上行子幀。
PRACH傳輸功率控制參數（PRACHTransmissionPowerControlParameters）
PRACH傳輸功率控制參數可用於估算AP（m）和/或ADP（δ）及小區間上行干擾。另外，上行干擾的變化速度較快，隨機信道自最佳化功能能夠快速回響並根據干擾變化調整PRACH傳輸功率參數。
RACH回退參數（RACHBackoffParameter）
RACH回退參數可用於估算AP（m）和RACH瞬時負荷。UE發起隨機接入過程，當競爭解決失敗時，UE在0與RACH回退參數之間按照平均分布隨機選擇一個回退值。之後，UE按照選擇的回退值延遲下一次隨機接入的傳送。
RACH前導拆分（RACHPreambleSplit）
LTE的隨機接入過程分為基於競爭的隨機接入和非競爭的隨機接入。每個LTE小區可使用的前導序列數為64，其中Ncf個前導序列用於非競爭的隨機接入，64-Ncf個前導序列用於基於競爭的隨機接入。當UE向目標小區切換時，小區會設定“切換失敗定時器T304”，該定時器決定了UE切換使用的專用前導序列的鎖定時限。如果Ncf的數量過少或過多都會影響到隨機接入的性能。這就需要一種合理的RACH前導拆分方式。
根序列索引（RootSequenceIndex）
RACH_ROOT_SEQUENCE由SIB2下發。RACH_ROOT_SEQUENCE是根Zadoff-Chu序列中的u值。根據u值求出根序列，再根據SIB2中的PRACHConfigurationIndex、zeroCorrelationZoneConfig、High-speed-flag等信息來計算出循環移位序列。也就是說，根序列決定了前導序列的選擇。當相鄰小區選擇了相同的時頻資源傳送前導序列時，這種機制可在一定程度上避免隨機接入衝突，並且有助於計算RACH引起的上行干擾。
UE信息的上報
為了配置RACH參數（如傳輸功率控制參數等），隨機接入信道自最佳化功能需要對AP（m）或ADP（δ）進行估算。由於可能存在未被檢測到的前導序列（該前導序列會成為一個典型的噪聲），僅僅使用接收到的前導序列數量和成功接入的UE數量，不足以對AP（m）或ADP（δ）進行估算。因此，需要UE上報必要的信息來輔助估算AP和ADP。
當UE成功接入後，網路側可發起UEinformationprocedure，從而獲得RACH最佳化所需的參數。eUTRAN向UE傳送UEInformationRequest訊息。UE回復UEInformationResponse訊息，上報兩個主要參數。
numberOfPreamblesSent：整個隨機接入過程中傳送前導序列的數量，即UE嘗試接入的次數。
contentionDetected：指示UE隨機接入過程中是否檢測到競爭。
隨機接入信道自最佳化功能可以根據這兩個參數，調整PRACH傳輸功率控制參數或前導序列格式，從而達到目標接入時延。增大PRACH傳輸功率，能夠提高eNB檢測到前導序列的機率，但是有可能增大對相鄰小區的上行干擾。
UEInformationprocedure如圖8-28所示。
圖8-28 UE信息傳送過程
PRACH配置信息的互動
隨機信道自最佳化功能通過X2接口的eNB配置更新過程，在eNB之間交換PRACH配置更新信息。隨機接入信道自最佳化功能根據鄰小區的RACH參數配置情況及UE上報的信息進行RACH最佳化。
在圖8-29中，eNB1發起eNB配置更新過程：eNB1向eNB2傳送ENBCONFIGURATIONUPDATE訊息（攜帶PRACHConfiguration信元），其中包含eNB1最近更新的PRACH配置參數。
eNB2收到ENBCONFIGURATIONUPDATE訊息後，更新其存儲的eNB1的PRACH配置信息。配置信息成功更新之後，eNB2向eNB1傳送ENBCONFIGURATIONUPDATEACKNOWLEDGE訊息，通知eNB1已按照所請求的配置更新信息成功地進行了更新。
圖8-29 eNB配置更新：成功操作
在圖8-30中，如果eNB2不接受更新的配置參數，則回復ENBCONFIGURATIONUPDATEFAILURE訊息，並攜帶失敗原因。如果ENBCONFIGURATIONUPDATEFAILURE訊息包含TimeToWait信元，那么eNB1會等待所指示的時間後再次向該eNB2發起eNBConfigurationUpdate過程。
如果eNB1發起eNBConfigurationUpdate過程之後，既沒有收到ENBCONFIGURATIONUPDATEACKNOWLEDGE訊息，也沒有收到ENBCONFIGURATIONUPDATEFAILURE訊息，那么eNB1會重新向該eNB2發起eNBConfigurationUpdate過程，並且再次傳送的ENBCONFIGURATIONUPDATE訊息與上次傳送的訊息完全一致。
圖8-30 eNB配置更新：失敗操作
對協定和接口的修改
SON實體位於eNB中，UE的測量結果需上報給SON實體。TS36.331中增加了UE上報測量結果的過程。
X2接口協定中的eNBConfigurationUpdateprocedures中增加了PRACHConfigurationIE，用來在eNB之間交換PRACH配置信息。
OAM需求
通過OAM系統，運營商可以配置初始的RACH參數，並可設定哪些參數需在網路運行過程中進行調整，也可設定RACH性能目標值。
由於隨機接入信道自最佳化功能的算法位於eNB，為了執行隨機接入信道自最佳化功能，需要以下支持。
eNB可自動配置相應的RACH參數。
通過OAM系統，應能夠配置這些參數的取值範圍，並確保取值範圍是恰當的、不會限制最佳化性能。
eNB可使用專有的最佳化算法、在規定的取值範圍內對RACH參數進行調整。
