Các chuỗi Preamble được chia thành nhiều nhóm, mỗi nhóm là 64 chuỗi. Như một phần của cấu hình hệ thống, mỗi Cell được chỉ định một nhóm bằng cách xác định một hoặc nhiều chuỗi Zadoff-Chu gốc và các dịch chuyển tuần hoàn được yêu cầu để tạo ra tập hợp các Preamble. Số lượng nhóm cần đủ lớn để tránh sự cần thiết cho việc lập kế hoạch chuỗi cẩn thận giữa các Cell.
Khi thực hiện một thử nghiệm truy cập ngẫu nhiên, đầu cuối lựa chọn một chuỗi ngẫu nhiên từ bộ chuỗi được cấp phát đến Cell mà đầu cuối đang cố gắng truy cập. Chỉ cần khơng có đầu cuối nào khác thực hiện một thử nghiệm truy cập ngẫu nhiên bằng cách sử dụng cùng một chuỗi tại cùng một thời điểm thì sẽ khơng có xung đột xảy ra và sự thử nghiệm sẽ được phát hiện bởi mạng với một khả năng rất cao.
Xử lý trạm gốc là một đặc điểm thực thi, nhưng nhờ tiền tố tuần hoàn nằm trong Preamble, việc xử lý miền tần số sẽ có độ phức tạp thấp hơn. Một ví dụ về điều này sẽ
được chỉ ra trong Hình 5.7. Các mẫu trên một cửa sổ được thu thập và chuyển đổi nó thành biểu diễn trong miền tần số bằng cách sử dụng FFT. Độ dài cửa sổ là 0.8 ms, nó bằng với độ dài của chuỗi ZC khơng có tiền tố tuần hồn. Điều này cho phép xử lý sự không chắc chắn về định thời lên đến 0.1 ms và nó phù hợp với khoảng thời gian bảo vệ được xác định.
Đầu ra của FFT, biểu diễn tín hiệu thu được trong miền tần số, được nhân với biểu diễn miền tần số liên hợp phức tạp (The Complex-Conjugate Frequency-Domain Representation) của chuỗi Zadoff-Chu gốc và kết quả sẽ được đưa qua một IFFT. Bằng cách quan sát đầu ra IFFT, nó có khả năng phát hiện ra sự dịch chuyển của chuỗi Zadoff-Chu gốc nào đã được phát đi và độ trễ của nó. Về cơ bản, đỉnh của đầu ra IFFT trong khoảng i tương ứng với chuỗi được dịch tuần hoàn thứ i và độ trễ được cho bởi vị trí của đỉnh trong khoảng. Việc thực thi miền tần số này thì hiệu quả về mặt tính tốn và cho phép phát hiện ra nhiều thử nghiệm truy cập ngẫu nhiên sử dụng các chuỗi dịch tuần hoàn khác nhau được tạo ra từ cùng một chuỗi Zadoff-Chu gốc; trong trường hợp có nhiều sự thử nghiệm thì sẽ chỉ có một đỉnh trong mỗi khoảng tương ứng.
5.2.2. Bước 2: Đáp ứng truy cập ngẫu nhiên
Trong đáp ứng cho thử nghiệm truy cập ngẫu nhiên được phát hiện, mạng sẽ phát một thông điệp trên DL-SCH, như bước thứ hai của thủ tục truy cập ngẫu nhiên, bao gồm:
- Chỉ số (Index) của chuỗi Preamble truy cập ngẫu nhiên mà mạng tìm thấy và nhờ đó việc đáp ứng có hiệu lực.
- Điều chỉnh định thời được tính tốn bởi đầu thu Preamble truy cập ngẫu nhiên. - Một chấp hận hoạch định, chỉ ra các nguồn tài nguyên mà đầu cuối sẽ sử dụng
cho việc truyền dẫn thông điệp trong bước thứ ba.
- Một nhận dạng tạm thời được sử dụng những thông tin liên lạc khác giữa đầu cuối và mạng.
Trong trường hợp mạng phát hiện ra có nhiều thử nghiệm truy cập ngẫu nhiên (từ các đầu cuối khác nhau), các thông điệp đáp ứng riêng biệt của nhiều đầu cuối di động có thể được kết hợp trong một truyền dẫn duy nhất. Do đó, các thông điệp đáp ứng
được sắp xếp trên DL-SCH và được biểu thị trên một kênh điều khiển L1/L2 bằng cách sử dụng một nhận dạng được dành riêng cho đáp ứng truy cập ngẫu nhiên. Tất cả các đầu cuối đã phát Preamble sẽ giám sát các kênh điều khiển L1/L2 để đáp ứng truy cập ngẫu nhiên. Trong đặc tính kỹ thuật, định thời của thơng điệp đáp ứng thì khơng cố định - để có thể đáp ứng cho nhiều truy cập đồng thời một cách đầy đủ. Nó cũng một vài độ linh hoạt trong sự thực thi trạm gốc.
Khi các đầu cuối thực hiện truy cập ngẫu nhiên ở nguồn tài nguyên giống nhau sử dụng Preamble khác nhau, sẽ khơng có xung đột xuất hiện và từ báo hiệu đường xuống nó sẽ đưa đến các đầu cuối thơng tin có liên quan. Tuy nhiên, vẫn có một khả năng chắc chắn của sự tranh chấp, đó là khi nhiều đầu cuối sử dụng Preamble truy cập ngẫu nhiên ở cùng thời điểm. Trong trường hợp này, nhiều đầu cuối sẽ phản ứng lại trên thông điệp đáp ứng giống nhau và tranh chấp xuất hiện. Việc giải quyết các tranh chấp này là một phần của bước tiếp theo như được thảo luận bên dưới. Tranh chấp cũng là một trong những nguyên nhân tại sao Hybrid ARQ thì khơng được sử dụng cho truyền dẫn đáp ứng truy cập ngẫu nhiên. Khi một đầu cuối thu một đáp ứng truy cập ngẫu nhiên được dự định cho các đầu cuối khác thì sẽ bị sai về định thời đường lên. Nếu Hybrid ARQ được sử dụng, định thời của ACK/NAK cho một đầu cuối như vậy sẽ khơng đúng và có thể gây nhiễu loạn báo hiệu điều khiển đường lên từ những người sử dụng khác.
Trong lúc thu nhận đáp ứng truy cập ngẫu nhiên trong bước hai, đầu cuối sẽ điều chỉnh định thời truyền dẫn đường lên của nó và tiếp tục đến bước thứ ba.
5.2.3. Bước 3: Nhận dạng đầu cuối
Sau bước thứ hai, đường lên của đầu cuối được đồng bộ thời gian. Tuy nhiên, trước khi dữ liệu người dùng có thể được phát đến/từ đầu cuối, một nhận dạng duy nhất trong Cell (C-RNTI) phải được ấn định đến đầu cuối. Phụ thuộc vào trạng thái đầu cuối, cũng có thể cần đến việc trao đổi thông điệp bổ sung.
Trong bước thứ ba, đầu cuối phát các thông điệp cần thiết đến mạng sử dụng các nguồn tài nguyên được ấn định trong đáp ứng truy cập ngẫu nhiên ở bước hai. Việc truyền các thông điệp đường lên với cùng cách giống như khi dữ liệu đường lên được hoạch định thay vì gắn nó với Preamble ở bước thứ nhất sẽ có lợi hơn do nhiều nguyên
nhân. Đầu tiên là lượng thông tin được phát trong sự vắng mặt đồng bộ đường lên nên được giảm thiểu khi nhu cầu cho một khoảng thời gian bảo vệ lớn để tạo ra truyền dẫn như vậy sẽ liên quan đến chi phí. Thứ hai, việc sử dụng sơ đồ phát đường lên thông thường cho truyền dẫn thông điệp cho phép điều chỉnh đến sơ đồ điều chế và kích thước cho phép (Grant Size), chẳng hạn, các điều kiện vô tuyến khác nhau. Cuối cùng, nó cho phép sử dụng Hybrid ARQ với sự kết hợp mềm cho thông điệp đường lên. Một khía cạnh quan trọng sau cùng, nhất là trong viễn cảnh giới hạn về vùng phủ sóng, khi nó cho phép sử dụng một hoặc nhiều sự truyền lại để tập hợp đủ năng lượng cho báo hiệu đường lên để đảm bảo khả năng đủ lớn của truyền dẫn thành công. Chú ý rằng truyền lại RLC không được sử dụng cho báo hiệu RRC đường lên trong bước ba.
Một phần quan trọng của thông điệp đường lên bao gồm một nhận dạng đầu cuối vì nhận dạng này sẽ được sử dụng như một phần của cơ chế giải quyết tranh chấp trong bước bốn. Khi trường hợp đầu cuối ở trong trạng thái LTE_ACTIVE, nghĩa là nó được kết nối đến một Cell được nhận biết và do đó có một C-RNTI được ấn định, C- RNTI này được sử dụng như nhận dạng đầu cuối trong thông điệp đường lên. Mặc khác, một nhận dạng đầu cuối mạng lõi được sử dụng và mạng truy cập vô tuyến cần bao hàm (Involve) mạng lõi trước khi đáp ứng thông điệp đường lên trong bước 3.
5.2.4. Bước 4: Giải quyết tranh chấp
Bước cuối cùng trong thủ tục truy cập ngẫu nhiên bao gồm một thông điệp đường xuống cho việc giải quyết tranh chấp. Chú ý rằng từ bước thứ hai, nhiều đầu cuối thực hiện thử truy cập ngẫu nhiên đồng thời sử dụng chuỗi Preamble giống nhau trong bước đầu tiên sẽ nghe được thông điệp đáp ứng giống nhau trong bước thứ hai và do đó có nhận dạng tạm thời giống nhau. Vì vậy, trong bước thứ tư, mỗi đầu cuối nhận thông điệp đường xuống sẽ so sánh nhận dạng trong thông điệp với nhận dạng mà chúng đã phát trong bước thứ 3. Chỉ một đầu cuối có được sự trùng nhau giữa nhận dạng được nhận trong bước 4 và nhận dạng đã phát đi như một phần của bước thứ ba sẽ thiết lập thủ tục truy cập ngẫu nhiên thành công. Nếu đầu cuối chưa được ấn định một C-RNTI, nhận dạng tạm thời từ bước thứ hai được đề bạt đến C-RNTI; nếu không đầu cuối sẽ giữ C-RNTI mà nó vừa được ấn định.
Thơng điệp giải quyết tranh chấp được phát trên DL-SCH, sử dụng nhận dạng tạm thời từ bước thứ hai cho việc định vị thiết bị đầu cuối trên kênh điều khiển L1/L2. Kể từ khi đồng bộ đường lên đã được thiết lập, Hybrid ARQ sẽ được ứng dụng cho báo hiệu đường xuống trong bước này. Các đầu cuối có sự phù hợp giữa nhận dạng mà chúng phát đi trong bước thứ ba và thông điệp nhận được trong bước thứ tư cũng sẽ phát một báo nhận Hybrid ARQ trên đường lên.
Các đầu cuối khơng tìm được sự phù hợp giữa nhận dạng được nhận trong bước 4 và nhận dạng tương ứng được phát đi như một phần của bước thứ 3 sẽ được xem như là đã thất bại trong thủ tục truy cập ngẫu nhiên và cần khởi động lại thủ tục truy cập ngẫu nhiên từ bước 1. Hiển nhiên, khơng có phản hồi Hybrid ARQ nào được phát đi từ các đầu cuối này.
5.3. Paging
Paging được sử dụng cho thiết lập kết nối khởi tạo mạng. Một giao thức Paging hiệu quả sẽ cho phép đầu cuối ngủ mà không cần xử lý máy thu trong hầu hết thời gian cho đến khi nó thức dậy ở những khoảng thời gian được xác định trước để giám sát thông tin Paging từ mạng.
Trong WCDMA, một kênh chỉ thị Paging riêng rẽ được giám sát ở những khoảng thời gian được xác định trước, được sử dụng để chỉ thị đến các đầu cuối rằng thông tin Paging đang được phát. Vì chỉ thị Paging ngắn hơn một cách đáng kể so với khoảng thời gian thông tin Paging, điều này sẽ làm tối thiểu thời gian đầu cuối được đánh thức.
Trong LTE, không sử dụng kênh chỉ thị Paging riêng rẽ vì khả năng tiết kiệm công suất là rất nhỏ do khoảng thời gian ngắn của báo hiệu điều khiển, tối đa ba ký tự OFDM như được mô tả trong Chương 4. Thay vào đó, cơ chế giống như truyền dẫn dữ liệu đường xuống trên DL-SCH được sử dụng và đầu cuối di động sẽ giám sát báo hiệu điều khiển L1/L2 cho việc ấn định kế hoạch đường xuống. Một chu trình DRX được định nghĩa, nó cho phép đầu cuối nghỉ ngơi trong hầu hết thời gian và chỉ thức dậy để giám sát báo hiệu điều khiển L1/L2. Nếu đầu phát hiện ra một nhóm nhận dạng được sử dụng cho Paging khi nó thức dậy, nó sẽ xử lý thơng điệp Paging tương ứng được phát trên đường xuống. Thông điệp Paging bao gồm nhận dạng của các đầu cuối
đang được tìm gọi và một đầu cuối khơng tìm thấy nhận dạng của nó sẽ loại bỏ thơng tin được nhận và nghỉ ngơi theo chu trình DRX. Hiển nhiên, khi định thời đường lên khơng được nhận biết trong suốt chu trình DRX, sẽ khơng có báo hiệu ACK/NAK nào có thể xãy ra và như vậy Hybrid ARQ với sự kết hợp mềm không thể được sử dụng cho các thơng điệp Paging.
Chu trình DRX cho Paging được minh hoạ trong Hình 5.8.