Bước đầu tiên trong thủ tục truy cập ngẫu nhiên là truyền dẫn một preamble truy cập ngẫu nhiên. Mục đích chính của preamble là để chỉ thị cho mạng sự có mặt của một thử nghiệm (attempt) truy cập ngẫu nhiên và thu được đồng bộ thời gian đường lên trong một phần của tiền tố tuần hoàn (cyclic prefix) đường lên.
Nhìn chung, truyền dẫn preamble truy cập ngẫu nhiên có thể là trực giao hoặc không trực giao đối với dữ liệu người dùng. Trong WCDMA, preamble thì không trực giao đối với truyền dẫn dữ liệu đường lên. Điều này đem lại lợi ích trong việc không phải cấp phát bất cứ nguồn tài nguyên nào cho truy cập ngẫu nhiên một cách bán tĩnh. Tuy nhiên, để kiểm soát nhiễu giữa truy cập ngẫu nhiên với dữ liệu, công suất phát của preamble truy cập ngẫu nhiên phải được điều khiển một cách cẩn thận. Trong WCDMA, điều này được giải quyết nhờ thủ tục biến đổi công suất(power-ramping), khi đó đầu cuối sẽ gia tăng từ từ công suất của preamble truy cập ngẫu nhiên đến khi nó được dò tìm thành công tại trạm gốc.
Mặc dù đây là giải pháp phù hợp với vấn đề nhiễu, nhưng thủ tục ramping lại gây ra trễ trong toàn bộ thủ tục truy cập ngẫu nhiên. Do đó, từ trễ này mà thủ tục truy cập ngẫu nhiên không đòi hỏi biến đổi công suất lại trở nên có lợi.
Trong LTE, việc truyền dẫn của preamble truy cập ngẫu nhiên có thể được thực hiện trực giao với các truyền dẫn dữ liệu người dùng đường lên và như vậy, thủ tục biến đổi công suất là không cần thiết (mặc dù các đặc tính kỹ thuật cho phép ramping). Trực giao giữa dữ liệu người dùng được phát từ các đầu cuối khác nhau và các thử nghiệm truy cập ngẫu nhiên đều thực thiện
được ở cả miền thời gian và tần số. Mạng sẽ phát quảng bá tới tất cả các đầu cuối thông tin về việc: trong tài nguyên thời gian tần số nào thì truyền dẫn preamble truy cập ngẫu nhiên được cho phép.
Hình 3.7. Minh họa nguyên lý của truyền dẫn preamble truy cập ngẫu nhiên
[5]
Để tránh nhiễu giữa dữ liệu và các preamble truy cập ngẫu nhiên, mạng sẽ tránh sắp xếp bất kỳ truyền dẫn đường lên nào ở nguồn tài nguyên thời gian và tần số đó. Điều này được minh hoạ trong hình 3.7. Từ đơn vị thời gian cơ bản cho truyền dẫn dữ liệu trong LTE là 1 ms, một khung phụ sẽ được dành riêng cho truyền dẫn preamble. Trong các tài nguyên được dành riêng, preamle truy cập ngẫu nhiên sẽ được phát đi.
Trong miền tần số, preamble truy cập ngẫu nhiên có một băng thông tương ứng với sáu khối tài nguyên (1.08 MHz). Điều này khá phù hợp với băng thông nhỏ nhất mà LTE có thể hoạt động. Do đó, cấu trúc preamble truy cập ngẫu nhiên giống nhau có thể được sử dụng, không kể đến băng thông truyền dẫn trong cell. Với những triển khai sử dụng các phân bố phổ lớn hơn, nhiều nguồn tài nguyên truy cập ngẫu nhiên có thể được xác định trong miền tần số, mang lại sự gia tăng về dung lượng truy cập ngẫu nhiên.
Trước khi truyền dẫn preamble, đầu cuối thực hiện một thử nghiệm truy cập ngẫu nhiên đã thu được đồng bộ đường xuống từ thủ tục dò tìm cell. Tuy nhiên định thời đường lên thì chưa được thiết lập. Bắt đầu của một khung đường lên ở đầu cuối được xác định có liên quan với bắt đầu của khung
đường lên do đó sẽ bị trễ tương đối với định thời truyền dẫn đường xuống ở trạm gốc.
Hình 3.8. Định thời Preamble ở eNodeB cho người sử dụng truy cập ngẫu nhiên khác nhau [5]
Do đó, khi khoảng cách giữa trạm gốc và đầu cuối không được biết, sẽ có một sự không chắc chắn trong định thời đường lên tương ứng với hai lần khoảng cách giữa trạm gốcvà đầu cuối, lên tới 6.7 μs/km. Để tính toán cho sự không chắc chắn này và để tránh nhiễu với các khung phụ tiếp theo mà không được sử dụng cho truy cập ngẫu nhiên, một khoảng thời gian bảo vệ sẽ được sử dụng, nghĩa độ dài của preamble thực tế sẽ ngắn hơn 1ms. Hình 3.8 minh hoạ độ dài preamble và khoảng thời gian bảo vệ.
Với độ dài preamble LTE xấp xỉ 0.9 ms, 0.1 ms thời gian bảo vệ cho phép kích thước cell lên đến 15 km. Ở các cell lớn hơn, sự không chắc chắn về định thời có thể lớn hơn khoảng thời gian bảo vệ cơ bản, khoảng thời gian bảo vệ bổ sung có thể được tạo ra bằng cách không sắp xếp (scheduling) bất cứ truyền dẫn đường lên trong khung phụ theo sau tài nguyên truy cập ngẫu nhiên.