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2024年4月16日发(作者：beauty box)
WCDMA系统随机接入过程浅析
无线分公司监控中心 陈园
[摘要]随机接入过程是UE接入WCDMA网络进行通信的一个重要步骤，本文通过对WCDMA系
统的随机接入过程的分析，就UE从接收系统消息到发起接入请求的过程进行了分析，对RACH
信道随机接入过程中UE侧的物理层流程进行了介绍。
[关键词]WCDMA 随机接入 RACH
一、引言
在移动通信系统中，随机接入过程实现移动用户终端（UE）向网络设备的接入，由于
UE与URTAN之间距离和时间是不确定，所以用户发起的信号到基站的时间不确定，初始信
号强度不确定，采用的Preamble号也不确定，因此接入过程是一个随机过程。接入过程一
般在UE与所在Node B小区同步和得到有关其所处小区的广播信息后，UE建立通信链路过
程或者通信过程中实现切换功能时，UE会发起随机接入过程。
在WCDMA系统的物理层工作过程中，物理随机接入过程是一个十分重要的步骤，一旦
MAC发来物理层数据请求时，就开始物理随机接入过程。换言之，无论是UE开机后向网络
注册，还是UE进行通信业务的初始化过程，都要先通过随机接入过程网络建立真正的双向
物理连接，按照网络分配的时隙、信道、功率等参数进行各类信息的传递。
WCDMA系统的随机接入过程按照其占用的传输信道分为RACH接入和CPCH接入两
种，他们的主要区别在于前者只能占用一个或两个帧上传少量控制信息或分组数据，而后者
的传输可能会持续几个帧，并且采用了基于物理层的碰撞检测机制，但目前各设备厂商尚未
开发基于CPCH信道随机接入的设备。
二、RACH信道随机接入过程分析
在WCDMA系统中，传输信道映射到物理信道中进行传输，RACH信道映射的物理信道为
PRACH信道，与之对应的下行信道是AICH信道。UE可以在一个预先定义的时间偏置开始传
输，表示为接入时隙。每两帧有15个接入时隙，间隔为5120码片。图1显示了接入时隙的
数量和它们之间的相互间隔。
图1：RACH接入时隙数量和间隔
根据3GPP的规定，这些接入时隙又根据与P-CCPCH的帧定位关系，组成了12个RACH
子信道，UE在RACH接入过程中，选用其中的一个子信道发起随机接入过程。RACH子信道分
配规律如下表：
SFN modulo 8 of
corresponding
P-CCPCH frame
0
1
2
3
4
5
6
7
RACH子信道号
0
0
12
9
6
3
1
1
13
10
7
4
2
2
14
11
8
5
3
3
0
12
9
6
4
4
1
13
10
7
5
5
2
14
11
8
6
6
3
0
12
9
7
7
4
1
13
10
8
8
5
2
14
11
9
9
6
3
0
12
10
10
7
4
1
13
11
11
8
5
2
14
PRACH信道的传输是基于带有快速捕获指示的时隙ALOHA方式。随机接入发射的结构如图
2所示。随机接入发射包括一个或多个长为4096码片的接入前导和一个长为10ms或20ms的消
息部分。这里需要说明的是长度为4096chips的接入前导部分是对长度为16chips的一个特征
码(signature)的256次重复，总共有16个不同的特征码。
图2：随机接入发射结构
了解了RACH信道的接入时隙、子信道和接入前导等基本概念后，下面具体分析RACH
随机接入过程。
第一步：UE在开机进行小区搜索、同步后，开始监听小区的广播消息，同样，当UE由
其他状态转入IDLE状态时，也在监听小区的广播消息。这时，在小区广播消息的SIB5、SIB6、
SIB7中都包含了关于PRACH信道的系统消息，主要有如下内容：
前导码
AICH信道时间参数指示
PRACH信道的消息长度10ms或者20ms
每个Access Service Class (ASC)所对应的可用签名序列、RACH子信道
功率变化步长
前导接入尝试次数
初始前导发射功率
前导部分与消息部分的发射功率差P p-m [dB]
ASC.
AC-ASC映射关系
第二步：UE监听到这些系统消息后，首先根据SIM卡中的AC参数建立与系统消息中ASC
参数的映射关系，这个映射关系决定了UE可以使用哪一个RACH子信道，在16个签名序列中可
以使用哪些签名序列作为前导内容上传。同时，UE还根据系统消息的相关内容将前导接入次
数计数器设为最大，并将前导发射功率置为系统消息规定的值上。
第三步：UE从选定的RACH子信道中随机选取一个接入时隙发射前导。如图3所示：
图3：RACH信道随机接入示意图
第四步：根据系统消息中的AICH时间参数信息，如果UE在对应的下行AICH信道接入时隙
没有接收到已选签名的正（接受）或负（不接受）匹配指示，则执行下列过程：
在ASC对应的RACH子信道中重新选定一个接入时隙或重新选取一个RACH子信道；
在ASC对应的签名序列中重新选定一个签名序列；.
按照系统消息中规定功率变化步长增加前导发射功率。如果发射功率已超出门限，则退
出接入过程。
将前导重发计数器减1。如前导重发计数器 > 0 ，则重复步骤3，否则退出接入过程。
第五步：如在选定上行链路接入时隙对应的下行AICH接入时隙检测到签名序列的负捕获
指示，则退出接入过程。
第六步：如在选定上行链路接入时隙对应的下行AICH接入时隙检测到签名序列的捕获指
示，则在对应于AICH正捕获匹配指示的最后一个RACH前置后的3或4个上行链路接入时隙发送
随机接入消息，随机接入消息的功率较最后一个前置的发射功率高P p-m [dB] 。
以上就是RACH信道随机接入的主要工作流程，需要说明的是，无论是发起RRC建立请
求还是传递其他数据，在RACH信道消息部分传递的内容都十分有限，且只能持续1到2帧，
如果后续需要建立业务过程，则一般都会转移到专用信道上继续进行通信。
以上简要介绍了RACH信道随机接入过程的主要步骤，实际上，UE在接入时具体使用RACH
接入还是CPCH接入方式，主要是由高层进行指配，目前由于技术上的原因，大部分商业网
和试验网只有RACH信道随机接入方式。
参考文献：
1、3GPP Technical Specification 25.331 V3.19.0，RRC Protocol Specification.
2、3GPP Technical Specification 25.211 V3.12.0，Physical channels and mapping
of transport.杨峰义等，WCDMA无线网络工程，人民邮电出版社，2004。
3、Harri Holma，Antti Toskala著，付景兴等译，WCDMA技术与系统设计（第2版），
机械工业出版社，2004。
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