3GPP LTE Detailed explanation 1 （Random Access）

3GPP LTE解説資料
2022/11/16 1
COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED
3GPP LTE Detailed explanation 1 （Random Access）_Rev2.00
2022年9月12日 Centimani 株式会社（技術顧問安永隆一）

内容
１．RA（Random Access）とは
２．RA（Random Access）コールフロー
３．Random Access メッセージ
４．Random Access Preamble
Appendix

１．RA（RANDOM ACCESS）とは

RA（Random Access）とは
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他のUE送信との干渉を極小化するために、eNodeBが期待するUpLink
の送信タイミングにUEを合わせる。
UEが在圏していることをネットワークに通知する手段を提供する。
ランダムアクセス手順は以下の2つの異なる形式がある。
①コンテンションベース（Contention based）
②非競合ベース（Non-contention based）

RA（Random Access）機能
2022/11/16 5
ランダムアクセスは端末が要求できるコネクション設定のこと。
☑ 上りの同期を確立する
☑ C-RNTIを割り当てる
【目的】
① 無線リンクを確立するため、最初のアクセス
⇒端末の状態がRRC_IdleからRRC_Connectedに移行
② 無線リンクが切断された後に無線リンクを再確立
⇒ConnectionReestablishmentRequest
③ 新しいセルのエリアに入った後、上りリンクの同期を確立する必要があるハンドオーバーを実施
④ 端末がRRC_Connectedの状態で上りリンクか？下りリンク？にデータが到着し、上りリンクの同期が確立されて
いない時の同期確立
⑤ PUCCHにスケジューリング要求の専用リソースが設定されていない場合にスケジューリング要求を発行

２．RA（RANDOM ACCESS）コールフロー

RA（Random Access）の流れ
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UE eNB
上りリンクのタイミングを調整
Random Access Preamble
Random Access response
RRC Connection Request
RRC Contension Setup
端末がプリアンブルを送り、eNodeB
が端末の送信タイミングを推定でき
るようにする。
①UEは、セル内に準備された複数のpreambleからランダムに選択した
preambleを送信する。※「Preamble」を送信するためのチャネル：
物理ランダムアクセスチャネル（PRACH Physical Random Access
Channel)
④ RA responseを受信したUEは、コネクション要求信号
（RRC Connection Request）を送信する。
② eNodeBはpreambleを検出すると、
TC-RNTIをアサインして、その応答情報
であるRA responseを送信する。
（５-a）自身のUE ID（TC-RNTI）がConnection Setupに含まれていた
UEは、ランダムアクセス処理を完了する。
（５-b）自身のUE ID（TC-RNTI）がConnection Setupに含まれていない
場合は、ランダムアクセスの失敗とみなし、再度、Preamble送信を試行する。
ランダムアクセスにおいて、アクセス許可なしに送信を開始してみることを「競合ベース」と言う。
（eNBからレスポンスがない場合、UEは自律的に送信電力を上げ、リトライする。）
RRC Connection Setup Compleate

RA（Random Access）コールフロー
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UE eNodeB New MME New SGW
UEはeNodeBと同期
Primary Synchronization Signal (PSS)
Secondary Synchronization Signal (SSS)
UEがシステム情報をダウンロードする
Master Information Block (MIB)
PDCCH DCI Format
System Information Block 2 (SIB2)
SI-RNTI
SI-RNTI,
Root sequence index for Zadoff Chu codes,
Zero correlation zone config,
prach frequency,
prach frequency offset
・このチャネルは、ダウンリンクおよびアップリンク
キャリアに関する情報を含む。
・UEは、SI-RNTIでアドレス指定されたDCI
（ダウンリンク制御情報）を探すためにPDCCHに
同調する。
・PDCCHによって割り当てられたUL-SCHは、
システム情報ブロック（SIB）メッセージを含む。
・UEは、DL-SCHからシステム情報ブロックを
ダウンロードする。
・SIB2ダウンロードには、初期アクセス送信に必要な
パラメータが含まれている
UEは、PSSおよびSSS信号を復号することに
よって、ダウンリンクチャネルと同期する。
※ダウンリンクチャネル同期では、MIBおよび
SIBメッセージがダウンロードされる。

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Random Access
RACH RA Preamble **送信
Preamble ** 選択
RA-RNTI **
Process Preamble **検出
①Preamble **検出
②アップリンクタイミングを推定
③RA-RNTI **を導出
④TC-RNTI 1の割当て
PDCCH DCI Format
RA-RNTI **
DL-SCH RA Response
MAC Header,
- Backoff Indicator,
- Preamble **,
MAC RAR ++ (for Preamble **),
- Temporary C-RNTI **,
- Timing Advance **,
- Uplink Resource Grant **,
・UEはプリアンブルをRAチャネル上で
送信する。（データは搬送しない。）
・RA-RNTIは、プリアンブル送信の
タイミングによって暗黙的に指定される
・eNodeは、PDCCHを介してリソースを
割り当てる。
・PDCCHメッセージは、UEに割当て
られた「RA-RNTI」によってアドレス
指定される。
・eNodeBは、DL-SCHチャネル上で
RA応答を送信する。
・このメッセージは、プリアンブルのための
タイミングおよびアップリンクリソース
割当てを搬送する。（ランダムアクセス
手順が失敗した場合のバックオフ持続
時間を制御するバックオフインジケータ
MACヘッダを含む。）

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（競合解決処理へ）
UE eNodeB MME New SGW
Random Access
UEのRA Response処理
UEは、プリアンブルに対するRA応答を処理
①TC-RNTIの保存
②タイミングアドバンスを適用
③RA-RNTI **を導出
④アップリンクのリソースアサインプロセスを実施
※UEは、同じRA-RNTI上のメッセージを受信
Random Access
競合解決処理

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UL-SCH RRC Connection Request
ue-identity = Random Number
Establishment Cause
PHICH ACK
initial UE Identity = Random Number A
Random Access
競合解決処理
PDCCH DCI Format
RA Contention Resolution + RRC Connection Setup
PUCCH UCI HARQ ACK
※受信した初期UE識別情報と、RRC接続要求メッセージで送信された
「ランダム番号」とを比較する。
UE T300起動
UE T300停止
（UEのRA Response処理から続く）
Random Access Procedure
・ランダムUE識別情報は、
RRC接続要求に含まれる。
・eNodeBは、UEからの送信を受け取り、それを
ハイブリッドARQ ackで確認応答する。
・eNodeBは、TC-RNTIを
使用してダウンリンク割当てを
通知する。
・UEは、TC-RNTIでアドレス指定され、
RRC接続セットアップメッセージを受信する。
・このメッセージには、最初の識別情報として
「乱数A」も含まれている。
・UEは、ハイブリッドARQ
ackでメッセージを確認
応答する。

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PUCCH UCI SR
PDCCH DCI Format
Random Access
RRC Connection Setup Complete 処理
RRC Connection Setup Complete
TC-RNTI 1
NAS Message
・UEは、RRC接続セットアップ
完了メッセージを送信するため
アップリンクリソースを要求する。
・UEはリソース割り当てを
受信する。
・UEは、次のシグナリングを開始
するためにRRC接続セット
アップメッセージを送信する。

３．RANDOM ACCESS メッセージ

Random Access Preamble
2022/11/16 14
Sequence
Random Access
Preamble
Root Sequence
Cyclic Shift
Cyclic Prefix
UE ID / RNTI Type
UE ID / RNTI Value
RA-RNTI
☑ 端末は、ランダムアクセスメッセージを送信するためのプリアンブルを選択する。
・LTEにおけるプリアンブルは、Zadoff-Chuシーケンス＋Cyclic Shift。
・シーケンスは、ランダムアクセスを開始しているUEを識別する。
・UEのタイプとUE ID値は、メッセージに含まれる。
・RA-RNTIは、ランダムアクセス手順中の一時識別子として使用される。
UE ⇒ eNodeB （RACH）

Random Access Responce
2022/11/16 15
Random Access
Response
UE ID / RNTI Type RA-RNTI
☑ eNodeBは、DL-SCHチャネル上のランダムアクセス応答で応答する。
・UEは、ランダムアクセスプリアンブルで送信されたRA-RNTIでアドレス指定される。
・メッセージは、UE送信機タイミングを調整するために使用されるタイミングアドバンスを搬送する。
・タイミング調整は、UE送信機を同期させて、UEからの送信が受信タイミングウィンドウ内で受信されるようにする。
・アップリンクリソースを割り当てる。
・メッセージはまた、UEのアドレス指定に使用されるC-RNTIを割り当てる。
eNodeB ⇒ UE （DL-SCH）
RA-RNTI Value
Timing Advanced Value
Uplink Grant Resources
Temporary C-RNTI

RA（Random Access）におけるL1,L2/3間の相互関係
2022/11/16 16
L2/L3は「Random
Access Preamble」をL1
に指示する。
L1は「Random Access
Preamble」を送信する。
ACK（Random Access Response
reception）を受信する。
L2/L3は「UL送信」を開
始するよう指示する。
DTX※ receptionを受信する。
（Random Access Response未受信）
L2/L3はRandom
Access Preamble」を
再送する。
L2/L3は初期アクセスの場
合「RRC Connection
Request」を送信する。
※DTX（Discontinuous Transmission = 不連続送信）
：L1手順
：L2手順 ※TS 36.300 10.1.5.3

Preambleとは
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☑ プリアンブルは次の3つの部分からなる。
① RACH root sequence ： RRS（Zadoff-Chu系列）
（RAプリアンブルを生成するための信号系列：全838個）
② Cyclic Shift ： CS
③ Cyclic Prefix ： CP
①
RRS
②
Cyclic
sift
③
CP
挿入
Random
Access
Preamble
1セル（セクタ）において、この組み合わせで
プリアンブル最大64パターン×２つ生成可能。
遅延波に対する
ガードタイム
・サイクリックプレフィックスは、マルチパス遅延拡散に対する保護を提供する
各OFDMAシンボルの開始時のガードタイムを表す。
・サイクリックプレフィックスの持続時間は、マルチパス遅延スプレッドの持続時間
よりも長くする必要がある。

Preambleの構成
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CP Sequence
TCP TSeq
長さTCPを有する
サイクリックプレフィックス
長さTSEQを有するシーケンス（RACH root sequence＋Cyclic Shift ）
Root SequenceにCyclic Shift（イメージ的には位相回転のようなもの）を施すことで、Cyclic Shiftが、セルの最大往復
伝搬遅延とチャネルの最大遅延スプレッドの和より大きい場合は、同じRoot Sequenceから得られたプリアンブル系列を利用
した複数のランダムアクセスからのセル内干渉は全く生じない。
ガード時間用
非使用
☑ セルサイズが比較的小さい場合は、 Cyclic Shiftを小さい値に設定。
⇒おのおののルートシーケンスから巡回シフトされた系列をより多く生成できる。
☑ 大きなセルサイズでは、Cyclic Shiftを長く設定する必要があり、同じルート系列をCyclic Shiftして
得られた系列間のみで保たれるため、干渉を低減する観点では、用いるルートシーケンスは出来る
限り少ない方が良い。

RACH root sequence（パラメータ）
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システム情報（SIB2）で
UEへ報知される
Root sequence
SIB2_パラメータ名
rootSequenceIndex
それぞれのセル内で
使用可能な（RAプリアンブルを
送信する際に実際に使用される）
RACH Root Sequence
（RRS）：全838個

RA（Random Access）識別子
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☑ RA-RNTI
ランダムアクセス応答用のために確保された識別子でPDCCHにより端末に通知される。
☑ TC-RNTI
端末とネットワーク間の通信で使われる一時的な識別子（C-RNTIの割り当てを受けて
いない場合、競合解決メッセージはDL-SCHでTC-RNTIを用いて送信される）
☑ C-RNTI
端末とネットワーク間でシグナリングに用いられる端末ID

RA（Random Access）パラメータ
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prach-ConfigIndex
パラメータ：prach-ConfigurationIndex、TS 36.211 [5.7.1]を参照。
prach-ConfigIndexHighSpeed
パラメータ：prach-ConfigurationIndexHighSpeed（TS 36.211 [5.7.1]を参照）。
このフィールドが存在する場合、UEはprach-ConfigIndexを無視する。
prach-FreqOffset
パラメータ：prach-FrequencyOffset、TS 36.211 [5.7.1]を参照。
TDDの場合、値の範囲はprach-ConfigIndexの値に依存する。
prach-FreqOffsetHighSpeed
パラメータ：prach-FrequencyOffsetHighSpeed（TS 36.211 [5.7.1]を参照）。
TDDの場合、値の範囲はprach-ConfigIndexHighSpeedの値に依存する。
このフィールドが存在する場合、UEはprach-FreqOffsetを無視する。

RA（Random Access）パラメータ
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rootSequenceIndexHighSpeed
このフィールドは、高速シナリオで制限されたセットタイプBに基づいて64のランダムアクセスプリアンブルを導出
するために使用される開始論理ルートシーケンスインデックスを示す。
（TS36.211 [5.7.2]参照）。
このフィールドが存在する場合、UEは、制限されたセットタイプBに基づいてランダムアクセスプリアンブルを生
成し、rootSequenceIndexを無視する。

COPYRIGHT © 2022 Centimani CO. CONFIDENTIAL. ALL RIGHTS RESERVED 2022/11/16 25
3GPP標準化技術仕様に関する知識は、
翻訳し、読むだけでは
なかなか理解が進まないものです。
理解するには、実際のコールフローシナリオに基づき
実際の通信ログとの整合性確認等は欠かせませんが、
その様な資料は広く共有されていないのが現状です。
本資料は、弊社内で3GPP技術仕様の
理解・知識向上を図るため作成したものです。
コンテンツは可能な限り、ベンダー / キャリア依存などを
除外して作成しておりますが、一部標準化や実用化が
進んだシステムと整合性が担保できていない記述を
含んでいる場合があります。
本資料は、ロイヤリティフリーです。閲覧される皆さんの
知識定着と仕事の生産性の向上の一助としてご活用ください。
THANK YOU FOR
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ryuichi@centimani.biz

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