In draadloze 5G-netwerken is RACH (Random Access Channel) een cruciaal onderdeel van de radio-interface die de initiële toegang en het tot stand brengen van communicatie tussen de gebruikersapparatuur (UE) en het basisstation, ook wel bekend als de gNodeB, vergemakkelijkt. Met RACH kunnen UE’s willekeurig toegang krijgen tot het netwerk om bronnen aan te vragen voor uplink-transmissie, waardoor het essentieel is voor scenario’s zoals het opzetten van een initiële verbinding, overdrachten en het opnieuw tot stand brengen van de verbinding na inactieve perioden.
De belangrijkste aspecten van RACH in 5G zijn onder meer:
- Initiatie van willekeurige toegangsprocedure:
- De RACH-procedure wordt gestart door een UE wanneer deze communicatie met het netwerk tot stand moet brengen. Dit kan gebeuren tijdens de initiële verbindingsopbouw, overdrachten of wanneer een UE de verbinding herstelt nadat deze zich in een inactieve toestand bevond.
- Preambuleverzending:
- De eerste stap in het RACH-proces omvat de verzending van een preambule door de UE. De preambule is een korte signaalreeks die via de uplink naar de gNodeB wordt verzonden en die de aanwezigheid van de UE en de intentie om toegang te krijgen tot het netwerk aangeeft.
- Meerdere preambules:
- 5G-netwerken ondersteunen de overdracht van meerdere preambules, waardoor gelijktijdige toegangspogingen door verschillende UE’s mogelijk zijn. Dit is van cruciaal belang om tegemoet te komen aan de enorme connectiviteitsdoelstellingen van 5G, waarbij een groot aantal apparaten vrijwel gelijktijdig toegang tot het netwerk kan proberen te krijgen.
- Indeling en structuur van de preambule:
- De preambule heeft een specifiek formaat en structuur, inclusief parameters zoals frequentielocatie, tijdsduur en de structuur van de reeks. Gestandaardiseerde formaten zorgen voor compatibiliteit en efficiënte detectie door de gNodeB.
- PRACH (Fysiek Random Access-kanaal):
- Het kanaal waarlangs de preambule wordt verzonden, wordt PRACH genoemd. PRACH is een speciaal kanaal voor het afhandelen van willekeurige toegangsprocedures en dient als toegangspunt voor UE’s tot het netwerk.
- Geschilresolutie:
- Vanwege de mogelijkheid dat meerdere UE’s tegelijkertijd proberen toegang te krijgen tot het netwerk, wordt een mechanisme voor het oplossen van conflicten gebruikt. Geschillen worden opgelost via opeenvolgende procedures, waardoor wordt verzekerd dat elke UE de nodige middelen ontvangt voor voortdurende communicatie.
- Timing vooruit:
- Timing Advance is een cruciaal concept met betrekking tot RACH. Het omvat het aanpassen van de timing van de preambule-transmissie om rekening te houden met de variërende afstanden tussen UE’s en de gNodeB. Een goede timing zorgt ervoor dat de preambules van verschillende UE’s met de juiste timingrelatie bij de gNodeB aankomen.
- Berichtenuitwisseling:
- Nadat de preambule is gedetecteerd, verzendt de gNodeB een antwoord dat bekend staat als een Random Access Response (RAR) naar de UE. De RAR bevat informatie zoals de tijdelijke identificatie voor de UE en instructies voor toegang tot de uplinkbronnen.
- Synchronisatiesignalen:
- PRACH wordt gesynchroniseerd met synchronisatiesignalen om UE’s te helpen bij het identificeren van de timing- en frequentieparameters voor het verzenden van hun preambules. Deze synchronisatiesignalen bieden essentiële informatie voor UE’s om hun toegangspogingen op het netwerk af te stemmen.
- Dynamische toegangscontrole:
- RACH ondersteunt dynamische toegangscontrole, waardoor UE’s hun toegangspogingen kunnen aanpassen op basis van netwerkomstandigheden, belasting en andere factoren. Deze flexibiliteit draagt bij aan het efficiënt gebruik van radiobronnen in 5G-netwerken.
- RA-procedureconfiguraties:
- Netwerkoperatoren configureren RACH-parameters om de prestaties te optimaliseren. Dit omvat het instellen van het aantal beschikbare preambules, hun spatiëring en andere parameters op basis van de kenmerken van de netwerkimplementatie.
- Verbinding tot stand gebracht:
- Succesvol RACH leidt tot het tot stand brengen van een verbinding tussen de UE en het netwerk. Zodra de verbinding tot stand is gebracht, kan de UE doorgaan met aanvullende procedures, zoals de uitwisseling van besturings- en gebruikersvlakgegevens.
- Gebruiksscenario’s:
- RACH wordt gebruikt in verschillende gebruiksscenario’s, waaronder initiële toegang wanneer een UE een nieuwe cel inschakelt of binnengaat, overdrachten tussen cellen en het opnieuw tot stand brengen van de verbinding nadat deze zich in een inactieve toestand bevindt.
- Efficiëntie en optimalisatie:
- RACH-procedures zijn ontworpen met het oog op efficiëntie en optimalisatie, waarbij de behoefte aan een snelle verbinding tot stand wordt gebracht met de beperkte radiobronnen die beschikbaar zijn in het netwerk.
Samenvattend is RACH (Random Access Channel) in 5G een cruciale procedure waarmee gebruikersapparatuur communicatie met het netwerk kan initiëren door preambules via de PRACH te verzenden. Het dient als toegangspunt voor UE’s tot het netwerk en speelt een sleutelrol bij het efficiënte gebruik van radiobronnen voor diverse gebruiksscenario’s in draadloze 5G-netwerken.