Bước đầu tiên trong thủ tục truy nhập ngẫu nhiên là việc truyền một phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên. Mục đích chính của phần mở đầu là để chỉ ra với mạng sự hiện diện của một cố gắng truy nhập ngẫu nhiên và để có được sự đồng bộ thời gian hướng lên trong phạm vi một phần nhỏ của tiền tố vòng hướng lên.
Nhìn chung, truyền dẫn phẩn mở đầu truy nhập ngẫu nhiên có thể trực giao hoặc không trực giao với dữ liệu người sử dụng. Trong WCDMA phần mở đầu là không trực giao với việc truyền dữ liệu hướng lên. Điều này cung cấp lợi ích của việc không có sự cấp phát nửa –tĩnh (semi-statically) bất kỳ nguồn tài nguyên cho truy nhập ngẫu nhiên. Tuy nhiên, với việc điều khiển sự nhiễu của truy nhập ngẫu nhiên – tới – dữ liệu, công suất truyền của phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên phải được điều khiển cẩn thận. Trong WCDMA, điều này được giải quyết thông qua việc sử dụng một thủ tục dốc-công suất( power-ramping), mà thiết bị đầu cuối sẽ tăng dần dần công suất của phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên cho đến khi nó được phát hiện thành công tại trạm gốc. Mặc dù đây là một giải pháp phù hợp với vấn đề nhiễu, thủ tục dốc tạo ra một độ trễ trong thủ tục truy nhập ngẫu nhiên toàn bộ. Do đó, từ quan điểm sự trễ, một thủ tục truy nhập ngẫu nhiên không đòi hỏi dốc công suất là có lợi.
Trong LTE, việc truyền tải phần tiêu đề truy nhập ngẫu nhiên có thể được thực hiện trực giao với truyền dẫn dữ liệu người dùng hướng lên, và kết quả là không có sự dốc công suất là cần thiết ( mặc dù các thông số kỹ thuật tất cả đều cho phép dốc công suất). Trực giao giữa việc truyền dữ liệu người dùng từ các thiết bị đầu cuối khác và các cố gắng truy nhập ngẫu nhiên là đạt được trong cả hai miền thời gian và miền tần số. Mạng thông tin quảng bá tới tất cả các thiết bị đầu cuối mà trong đó việc truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên các tài nguyên thời gian – tần số là được cho phép. Để tránh can nhiễu giữa dữ liệu và phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên, mạng tránh việc lập lịch biểu truyền dẫn hướng lên bất kỳ trong các nguồn tài nguyên thời gian- tần số đó. Từ những đơn vị thời gian cơ bản cho truyền dữ liệu trong LTE là 1ms, một khung con được dành riêng cho truyền dẫn phần mở đầu. Trong phạm vi các tài nguyên dành riêng, phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên được truyền.
Trong miền tần số, phần mở dầu truy nhập ngẫu nhiên có một băng thông tương ứng với sáu khối tài nguyên ( 1,08MHz). Điều này phù hợp với cả băng thông nhỏ nhất mà trong đó LTE có thể hoạt động. Do đó, cấu trúc phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên tương tự nhau có thể đựoc sử dụng, bất kể băng thông truyền dẫn của ô. Đối với các triển khai sử dụng các cấp phát phổ lớn hơn, nhiều các tài nguyên truy nhập ngẫu nhiên có thể được xác định trong miền tần số, cung cấp một khả năng truy nhập ngẫu nhiên tăng lên.
Hình 3.16. Minh họa cơ bản cho truyền dẫn phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên Một thiết bị đầu cuối thực hiện một cố gắng truy cập ngẫu nhiên, trước khi truyền dẫn phần mở đầu, đạt được đồng bộ đường xuống từ thủ tục dò tìm ô. Tuy nhiên, sự định thời đường lên là ( như đã thảo luận ) chưa được thiết lập. Khởi đầu của một khung đường lên tại thiết bị đầu cuối là được định nghĩa tương đối với sự bắt đầu của khung đường xuống tại thiết bị đầu cuối. Do trễ lan truyền giữa trạm gốc và thiết bị đầu cuối, việc truyền dẫn hướng lên do đó sẽ bị chậm trễ tương đối với sự định thời truyền dẫn hướng xuống tại trạm gốc. Vì vậy, khi khoảng cách giữa thiết bị đầu cuối và trạm gốc là chưa biết, sẽ có một sự không chắc chắn trong việc định thời hướng lên tương ứng với hai lần khoảng cách giữa trạm gốc và thiết bị đầu cuối, lên tới 6,7μs/km. Để tính toán cho sự không chắc chắn này và để tránh gây nhiễu với các khung con tiếp theo không được sử dụng, một khoảng thời gian bảo vệ được sử dụng, mà do đó chiều dài thực tế của phần mở đầu là ngắn hơn 1ms.
Hình 3.17. Định thời phần mở đầu tại eNodeB cho các người sử dụng truy nhập ngẫu nhiên khác nhau
Với chiều dài phần mở đầu khoảng 0,9ms, có 0,1ms thời gian bảo vệ cho phép kích thước ô lên tới 15km. Trong các ô lớn hơn mà thời gian định thời là không chắc chắn thì thời gian bảo vệ có thể lớn hơn thời gian bảo vệ cơ bản, thời gian bảo vệ bổ sung có thể được tạo ra bằng cách không lập lịch biểu mọi truyền dẫn hướng lên trong khung con sau nguồn tài nguyên truy nhập ngẫu nhiên.
Các chuỗi phần mở đầu được chia thành các nhóm của 64 chuỗi trong mỗi nhóm. Như một phần của cấu hình hệ thống, mỗi ô được cấp phát một nhóm như vậy bằng cách xác định một hoặc một vài chuỗi Zadoff–Chu gốc và sự dịch vòng cần thiết để tạo ra tập các phần mở đầu. Số lượng các nhóm là phải đủ lớn để tránh được sự cần thiết phải lập kế hoạch chuỗi cẩn thận giữa các ô.
Khi thực hiện một cố gắng truy nhập ngẫu nhiên, thiết bị đầu cuối sẽ chọn một chuỗi ngẫu nhiên từ tập các chuỗi được cấp phát cho các ô mà thiết bị đầu cuối đang cố gắng truy nhập. Một khi không có thiết bị đầu cuối nào khác đang thực hiện một cố gắng truy nhập ngẫu nhiên bằng cách sử dụng chuỗi tương tự tại thời điểm tức thời tương tự, không có xung đột sảy ra và cố gắng này sẽ có một khả năng cao được phát hiện bởi mạng.
Xử lý trạm gốc là việc thực hiện riêng, nhưng nhờ có tiền tố vòng kèm trong phần mở đầu nên việc xử lý trong miền tần số có độ phức tạp thấp.
Hình 3.18. Sự phát hiện phần mở đầu truy nhập ngẫu nhiên trong miền tần số Các mẫu trên một cửa sổ được thu thập và được chuyển đổi nó thành biểu diễn trên miền tần số bằng cách sử dụng một FFT. Chiều dài của sổ là 0,8ms, tương đương với chiều dài của chuỗi ZC mà không có một tiền tố vòng. Điều này cho phép xử lý định thời không chắc chắn lên tới 0,1ms và phù hợp với thừoi gian bảo vệ được xác định.
Đầu ra của FFT, thể hiện cho tín hiệu nhận được trong miền tần số, được nhân lên với sự biểu diễn trong miền tần số liên hợp phức của chuỗi Zadoff–Chu gốc và các kết quả được cho qua một IFFT. Bằng cách quan sát các đầu ra IFFT, có thể phát hiện được những thay đổi của chuỗi Zadoff–Chu gốc đã được truyền và trễ của nó. Về cơ bản, một đỉnh của IFFT đầu ra trong khoảng i là tương ứng với chuỗi dịch chuyển chu kỳ thứ i và trễ được đưa ra bởi vị trí của đỉnh trong khoảng. Điều này thực hiện trong miền tần số được tính toán hiệu quả và cho phép phát hiện nhiều cố gắng truy nhập ngẫu nhiên bằng cách sử dụng các chuỗi dịch vòng khác nhau được tạo ra từ chuỗi Zadoff–Chu gốc; trong trường hợp có nhiều các cố gắng truy nhập sẽ chỉ đơn giản là một đỉnh trong mỗi khoảng tương ứng.