1、LTE 初始随机接入过程.UE 选择合适的小区进行驻留以后, 就可以发起初始的随机接入过程了 .LTE 中, 随机接入是一个基本的功能 , UE 只有通过随机接入过程 , 与系统的上行同步以后, 才能够被系统调度来进行上行的传输.LTE 中的随机接入分为基于竞争的随机接入和无竞争的随机接入两种形式.初始的随机接入过程, 是一种基于竞争的接入过程 , 可以分为四个步骤 , 如下图所示:(1): 前导序列传输 preamble, msg1(2): 随机接入响应 （PRACH） Random Access Response(PDSCH),msg2(3): MSG3 发送 (RRC Connectio
2、n Setup Request). Msg3（PUSCH）(4): 冲突解决消息.(Contention Resolution+ RRC Connection setup) Msg4(5):RRC Connection setup complete(Service request) Msg5所谓 MSG3, 其实就是第三条消息, 因为在随机接入的过程中，这些消息的内容不固定，有时候可能携带的是 RRC 连接请求，有时候可能会带一些控制消息甚至业务数据包，因此简称为MSG3.第一步:随机接入前导序列传输 .LTE 中, 每个小区有 64 个随机接入的前导序列 , 分别被用于基于竞争的随机接入 (
3、如初始接入)和非竞争的随机接入(如切换时的接入 ).其中, 用于竞争的随机接入的前导序列的数目个数为numberofRA-Preambles,在 SIB2 系统消息中广播.sib2 :radioResourceConfigCommonrach-ConfigCommonpreambleInfonumberOfRA-Preambles n52,powerRampingParameterspowerRampingStep dB4,preambleInitialReceivedTargetPower dBm-104,ra-SupervisionInfopreambleTransMax n10,ra-R
4、esponseWindowSize sf10,mac-ContentionResolutionTimer sf48,maxHARQ-Msg3Tx 4用于竞争的随机前导序列, 又被分为 GroupA 和 GroupB 两组. 其中 GroupA 的数目由参数preamblesGroupA 来决定, 如果 GroupA 的数目和用于竞争的随机前导序列的总数的数目相等, 就意味着 GroupB 不存在.GroupA 和 GroupB 的主要区别在于将要在 MSG3 中传输的信息的大小, 由参数messageSizeGroupA 表示。在 GroupB 存在的情况下, 如果所要传输的信息的长度(加上
5、MAC头部, MAC 控制单元等)大于 messageSizeGroupA,并且 UE 能够满足发射功率的条件下, UE 就会选择 GroupB 中的前导序列.所谓 UE 满足发射功率指的是:UE 的路损 PCMAX preambleInitialReceivedTargetPower deltaPreambleMsg3 messagePowerOffsetGroupB (36.321)UE 通过选择 GroupA 或者 GroupB 里面的前导序列, 可以隐式地通知 eNodeB 其将要传输的MSG3 的大小 . eNodeB 可以据此分配相应的上行资源, 从而避免了资源浪费.eNodeB
6、通过 preambleinitialReceivedTargetPower 通知 UE 其所期待接收到的前导序列功率, UE 根据此目标值和下行的路径损耗, 通过开环功控来设置初始的前导序列发射功率. 下行的路径损耗, 可以通过 RSRP (Reference Signal Received Power)的平均来得到. 这样可以使得 eNodeB 接收到的前导序列功率与路径损耗基本无关, 从而利于 NodeB 探测出在相同的时间-频率资源上发送的接入前导序列.发送了接入前导序列以后, UE 需要监听 PDCCH 信道,是否存在 ENODEB 回复的 RAR 消息, (Random Access
7、 Response), RAR 的时间窗是从 UE 发送了前导序列的子帧 + 3 个子帧开始, 长度为 Ra-ResponseWindowSize 个子帧. 如果在此时间内没有接收到回复给自己的 RAR, 就认为此次接入失败.如果初始接入过程失败，但是还没有达到最大尝试次数 preambleTransMax，那么 UE 可以在上次发射功率的基础上, 功率提升 powerRampingStep, 来发送此次前导 , 从而提高发送成功的机率. 在 LTE 系统中, 由于随机前导序列一般与其他的上行传输是正交的, 因此, 相对于WCDMA 系统, 初始前导序列的功率要求相对宽松一些, 初始前导序列成
8、功的可能性也高一些. 步骤二: 随机接入响应 (RAR).当 eNB 检测到 UE 发送的前导序列，就会在 DL-SCH 上发送一个响应，包含：检测到的前导序列的索引号、用于上行同步的时间调整信息、初始的上行资源分配(用于发送随后的MSG3), 以及一个临时 C-RNTI, 此临时的 C-RNTI 将在步骤四( 冲突解决)中决定是否转换为永久的 C-RNTI.DCI 0 如何分配资源UE 需要在 PDCCH 上使用 RA-RNTI(Random Access RNTI)来监听 RAR 消息.RA-RNTI =1 + t_id + 10*f_id其中，t_id， 发送前导的 PRACH 的第一个
9、 subframe 索引号 (0 = t_id 10)f_id，在这个 subframe 里的 PRACH 索引，也就是频域位置索引，(0 = f-id =6), 不过对于 FDD 系统来说，只有一个频域位置，因此 f_id 永远为零.RA-RNTI 与 UE 发送前导序列的时频位置一一对应. UE 和 eNodeB 可以分别计算出前导序列对应的 RA-RNTI 值. UE 监听 PDCCH 信道以 RA-RNTI 表征的 RAR 消息, 并解码相应的 PDSCH信道, 如果 RAR 中前导序列索引与 UE 自己发送的前导序列相同, 那么 UE 就采用 RAR 中的上行时间调整信息, 并启动相
10、应的冲突调整过程 . 在 RAR 消息中 , 还可能存在一个 backoff 指示, 指示了 UE 重传前导的等待时间范围. 如果 UE 在规定的时间范围以内, 没有收到任何 RAR 消息, 或者 RAR 消息中的前导序列索引与自己的不符, 则认为此次的前导接入失败 . UE 需要推迟一段时间, 才能进行下一次的前导接入. 推迟的时间范围, 就由 backoff indictor 来指示, UE 可以在 0 到 BackoffIndicator 之间随机取值. 这样的设计可以减少 UE 在相同时间再次发送前导序列的几率.步骤三: MSG3 发送 (RRC Connection Request)
11、.UE 接收到 RAR 消息, 获得上行的时间同步和上行资源. 但此时并不能确定 RAR 消息是发送给UE 自己而不是发送给其他的 UE 的. 由于 UE 的前导序列是从公共资源中随机选取的, 因此, 存在着不同的 UE 在相同的时间-频率资源上发送相同的接入前导序列的可能性, 这样, 他们就会通过相同的 RA-RNTI 接收到同样的 RAR. 而且, UE 也无从知道是否有其他的 UE 在使用相同的资源进行随机接入. 为此 UE 需要通过随后的 MSG3 和 MSG4 消息, 来解决这样的随机接入冲突.MSG3 是第一条基于上行调度,通过 HARQ (Hybrid Automatic Rep
12、eat request), 在 PUSCH 上传输的消息. 其最大重传次数由 maxHARQ-Msg3TX 定义. 在初始的随机接入中, MSG3 中传输的是RRCConnectionRequest. 如果不同的 UE 接收到相同的 RAR 消息, 那么他们就会获得相同的上行资源, 同时发送 Msg3 消息, 为了区分不同的 UE, 在 MSG3 中会携带一个 UE 特定的 ID, 用于区分不同的 UE. 在初始接入的情况下, 这个 ID 可以是 UE 的 S-TMSI(如果存在的话)或者随机生成的一个 40 位的值(可以认为, 不同 UE 随机生成相同的 40 位值的可能性非常小).UE 在
13、发完 MSg3 消息后就要立刻启动竞争消除定时器 mac-ContentionResolutionTimer（而随后每一次重传消息 3 都要重启这个定时器）, UE 需要在此时间内监听 eNodeB 返回给自己的冲突解决消息。步骤四: 冲突解决消息.如果在 mac-ContentionResolutionTimer 时间内, UE 接收到 eNodeB 返回的ContentionResolution 消息, 并且其中携带的 UE ID 与自己在 Msg3 中上报给 eNodeB 的相符,那么 UE 就认为自己赢得了此次的随机接入冲突, 随机接入成功. 并将在 RAR 消息中得到的临时 C-RNTI 置为自己的 C-RNTI.否则的话, UE 认为此次接入失败, 并按照上面所述的规则进行随机接入的重传过程 .值得注意的是, 冲突解决消息 MSG4, 也是基于 HARQ 的. 只有赢得冲突的 UE 才发送 ACK 值, 失去冲突或无法解码 Msg4 的 UE 不发送任何反馈消息.
