图2：基于竞争随机接入
图3：基于非竞争的随机接入
下面详述随机接入的过程：
1． UE发送Preamble，即MSG1
UE要发送Preamble，需要：1）选择Preamble Index；2）选择用于发送Preamble的Prach资源；3）确定RA-RNTI；4）确定目标接收功率。
1） 确定Preamble Index
UE会根据Msg3 size和路损综合选择用GroupA还是GroupB的Preamble index，如果之前发生过接入失败，则再次接入时应选择和第一次发送的Preamble相同的Group。对于非竞争接入，ENB通过RACH-ConfigDedicated中的ra-PreambleIndex字段或者DCI format 1A的PDCCH的Preamble Index字段来设置UE所使用的Preamble。需要说明的是，在某些基于非竞争的随
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机接入中，如果ENB将Preamble Index配置为0，则UE按照基于竞争的随机接入，自我选择Preamble Index。 2） PRACH资源选择
首先，prach-ConfigIndex确定了在一个无线帧内，哪些个子帧可以用于send Prach。而prach Mask Index指定了此UE具体用哪个资源，对于prach Mask Index 可以参考表3：
表3：Prach Mask Index
对于非竞争的随机接入，ENB会通过RACH-ConfigDedicated中的ra-Prach-MaskIndex字段或者DCI format 1A的PDCCH的Prach Mask Index字段来设置UE的MaskIndex，从而指名了UE使用哪些Prach资源。而对于非竞争随机接入如何选择Prach的资源，协议中没有明确指出。另外，还需要注意，如果非竞争的随机接入配置MaskIndex为0，则UE可以任意选择Prach的时域资源。
物理层的Prach timing的机制对于Prach时域资源的选择也会有影响，主要注意如下几类：
第一：如果UE在子帧n接收到RAR，但是没有一个响应与其发送的preamble对应，则UE应该在不迟于子帧n+5的时间内重新发送Preamble。
第二：如果UE在时间窗内没有检测到属于自己的RAR，则UE应该在不迟于子帧n+4的时间内重新发送Preamble。
第三：如果随机接入是由PDCCH触发的，则UE将在子帧n+k算起的第一个可用的PRACH子帧发送Preamble，其中k>=2。
而在Mac层协议中，如果UE没有收到RAR，则会选择一定的子帧延迟发送新的Preamble，这个是否和物力层协议中相矛盾呢？
此问题和朋朋交流后，认为由高层触发时，采用物理层的机制，而由MAC层触发的时候采用MAC的机制。
3） 确定RA-RNTI
RA-RNTI的计算方式如下式：
RA-RNTI= 1 + t_id+10*f_id
其中，t_id表示preamble发送的第一个子帧(0<=t_id<10)，而f_id表示频域位置(f_id<6)。对于FDD，每个子帧只有一个频域资源用来发送Preamble，因此f_id固定为0。
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4） Prach发射功率的确定
上面的公式取定了Prach的发射功率，许的最大发射功率，而
为UE在子帧i上允
则是UE通过小区参考信号测量出的路损，而
PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER（具体请参看36.321协议）表示ENB接收Preamble时的期望到达功率。
2． UE接收RAR
UE发送Preamble之后，将在RAR的时间窗内监听携带RA-RNTI的PDCCH，以接收自己的RAR，如果在时间窗内没有检测到属于自己的RAR，则认为此次随机接入失败。RAR的时间窗起始于n+3子帧，并持续ra-ResponseWindowSize个子帧。具体如图4：
图4：RAR接收时间窗
那么RAR中会携带什么呢，下面结合RAR的结构详细说明，如图5，为MAC RAR PDU的完整结构：
图5：MAC RAR PDU结构
从上图可以看出，该MAC PDU由一个MAC 头（MAC header）+ 0个或多个MAC RAR（MAC Random Access Response）+ 可能存在的padding组成。
从MAC PDU的结构可以看出，如果eNodeB同一时间内检测到来自多个UE的随机接入请求，则使用一个MAC PDU就可以对这些接入请求进行响应，每个随机接入请求的响应对应一个MAC RAR。
如果多个UE在同一PRACH资源（时频位置相同，使用同一RA-RNTI）发送preamble，则对应的RAR复用在同一MAC PDU中。
MAC PDU在DL-SCH上传输，并用以RA-RNTI加扰的PDCCH。前面已经介绍过，
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使用相同时频位置发送preamble的所有UE都监听相同的RA-RNTI指示的PDCCH。
MAC header由一个或多个MAC subheader组成。除了Backoff Indicator subheader外，每个subheader对应一个MAC RAR。如果包含Backoff Indicator subheader，则该subheader只出现一次，且位于MAC header的第一个subheader处。
Backoff Indicator subheader的结构如图6：
图6：Backoff Indicator subheader
BI（Backoff Indicator）指定了UE重发preamble前需要等待的时间范围（取值范围见36.321的7.2节）。如果UE在RAR时间窗内没有接收到RAR，或接收到的RAR中没有一个preamble与自己的相符合，则认为此次RAR接收失败。此时UE需要等待一段时间后，再发起随机接入。等待的时间为在0至BI指定的等待时间区间内选取一个随机值。（注：如果在步骤四中，冲突解决失败，也会有这样的后退机制）
RAR subheader结构如图7：
图7：RAR subheader
RAPID为Random Access Preamble IDentifier的简称，为eNodeB在检测preamble时得到的preamble index。如果UE发现该值与自己发送preamble时使用的索引相同，则认为成功接收到对应的RAR。
RAR的结构如图8：
图8：RAR
TC-RNTI用于UE和eNodeB的后续传输。冲突解决后，该值可能变成C-RNIT。 11-bit的Timing advance command用于指定UE上行同步所需要的时间调整量。具体可以参考36.213协议。
20bit UL grant指定了分配给msg3的上行资源。当有上行数据传输时，例如需要解决冲突，eNodeB在RAR中分配的grant不能小于56bit。Gant的结构如图9：
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图9：Grant结构
UE随机选择一个preamble用于随机接入，就可能导致多个UE同时选择同一PRACH资源的同一个preamble，从而导致冲突的出现（使用相同的RA-RNTI和preamble，因此还不确定RAR是对哪个UE的响应），这时需要一个冲突解决机制来解决这个问题。冲突的存在也是RAR不使用HARQ的原因之一。
如果UE使用专用的preamble用于随机接入，则不会有冲突，也就不需要后续的冲突解决处理，随机接入过程也就到此结束了。（基于非竞争的随机接入）
如果接入过程失败（即在RAR窗内没有收到RAR，或者有RAR但没有属于自己的RAR PDU），UE需要将PREAMBLE_TRANSMISSION_ COUNTER加1（如果此时PREAMBLE_TRANSMISSION_ COUNTER = preambleTransMax + 1，则通知上层随机接入失败），之后在0~BI值之间随机选择一个backoff time，UE延迟backoff time后，再发起随机接入。对于Preamble的发射功率而言，如果没有达到最大的随机接入尝试次数preambleTransMax， 则UE将在上次发射功率的基础上，提升功率powerRampingStep来发送下次preamble，以提高发射成功的概率。
3． UE发送MSG3
基于非竞争的随机接入，preamble是某个UE专用的，所以不存在冲突，又因为该UE已经拥有在接入小区内的唯一标志C-RNTI，所以也不需要eNodeB给它分配C-RNTI。因此，只有基于竞争的随机接入才需要步骤三和步骤四。
之所以称为msg3而不是某一条具体消息的原因在于，根据UE状态的不同和应用场景的不同，这条消息也可能不同，因此统称为msg3，即第3条消息。
如果UE在子帧n成功地接收了自己的RAR，则UE应该在n+k的第一个可用的上行子帧发送msg3，而对于FDD系统k为6。需要注意的是，在RAR中UL grant包含1bit的字段UL delay，如果delay为0，则UE会在n+k发送msg3，如果为1，则UE会在n+k后的下一个子帧发送msg3。
msg3在UL-SCH上传输，使用HARQ，且RAR中带的UL grant指定的用于msg3的TB大小至少为80比特。
msg3中需要包含一个重要信息：每个UE唯一的标志。该标志将用于步骤四的冲突解决。
对于处于RRC_CONNECTED态的UE来说，其唯一标志是C-RNTI。UE会通过C-RNTI MAC control element将自己的C-RNTI告诉eNodeB，eNodeB在步骤四中使用这个C-RNTI来解决冲突。C-RNTI MAC control element如图10：
图10：C-RNTI MAC control element
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LTE随机接入过程总结完美
