2014-3-4:
重点了解的：（黄色为自己所批注）
一、随机接入过程：
1.1、UE可以通过随机接入过程实现两个基本功能：
取得与 eNB 之间的上行同步： 申请上行资源。
1.2、随机接入过程应用于以下
6 种场景：
RRC连接重建；
从 RRC_IDLE状态初始接入，即 RRC连接建立； 无线链路失败后初始随机接入，即 切换
下行数据到达且 UE 空口处于上行失步状态；
上行数据到达且 UE空口处于上行失步状态，或者虽未失步但需要通过随机接入申请上 行资源；
辅助定位，网络利用随机接入获取时间提前量 （TA，timing Advance ）（TA（Timing Advance
包含 6 位二进制， 数值为 0-63 ，单位为一个传输码元， 即 3.69μs。最在时间提前量为 63*3.68=233μ 相当电波传输 35KM 的往反时间。从这一点说， GSM 系统的小区覆盖最大半径为
35KM 。）
s, ），
1.3、根据 UE 发起 preamble 码时是否存在碰撞的风险，随机接入过程可分为竞争随机接入 和非竞争随机接入。
1、基于竞争模式的随机接入：
1、RRC_IDLE状态下的初始接入； 2、无线链路出错以后的初始接入；
3 、 RRC_CONNECTED状 态 下 ， 当 有 上 行 数 据 传 输 时 ， 例 如 在 上 行 失 步 后 “non-synchronised ”，或者没有 PUCCH 资源用于发送调度请求消息，也就是说在这个时候 除了通过随机接入的方式外，没有其它途径告诉 据到达且 UE空口处于上行失步状态） 2、基于非竞争模式的随机接入（
preamble 序列是预先知道的，无碰撞风险） ：
eNB 无法保证能够收到 UE
UE 发起随机接入需要
因此不需要通
eNB，UE 存在上行数据需要发送（上行数
1、RRC_CONNECTED状态下， 当下行有数据传输时， 这时上行失步 “non-synchronised ”， 因为数据的传输除了接收外，还需要确认，如果上行失步的话， 的确认信息，因为这时下行还是同步的，因此可以通过下行消息告诉 使用的资源， 比如前导序列以及发送时机等， 过竞争的方式接入系统（下行数据到达且 它可以使用的资源；
3、辅助定位，网络利用随机接入获取时间提前量（ 是否基于竞争在于在当时终端能否监听到 资源用于传输上行前导，当然这个判断是由
TA，timing Advance ）
eNB 传递的下行控制信道，以便获得特定的 eNB 作出的，而不是 UE自己来决定的。
因为这些资源都是双方已知的，
UE 空口处于上行失步状态； ）
eNB 可以通过服务 eNB 来告诉 UE
2、切换过程中的随机接入，在切换的过程中，目标
1
UE 发送随机接入 preamble
2 3
随机接入响应
(timing, UL resource allocation, ...)
上行数据（调度的）传输
4
冲突解决
UE E-NodeB
图 5.11 随机接入过程
1.4、基于竞争的随机接入流程如上图所示，主要分为四个步骤：
(1): 前导序列传输
(2): 随机接入响应
(3): MSG3 发送 (RRC Connection Request).（非竞争接入的没有）
(4): 冲突解决消息 .（非竞争接入的没有）
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 (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。
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
(加上 MAC
, UE就
messageSizeGroupA表示。在 GroupB 存在的情况下 , 如果所要传输的信息的长度
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 会选择 GroupB 中的前导序列 .
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 通过 preambleinitialReceivedTargetPower 通知 UE其所期待接收到的前导序列功率 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
, UE
. 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 频率资源上发送的接入前导序列
.
, 从而利于 NodeB 探测出在相同的时间 -
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 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
RAR, 就认
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 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 WCDMA 系统, 初始前导序列的功率要求相对宽松一些 些.
, 因此, 相对于
, 初始前导序列成功的可能性也高一
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
(用于发送随后的
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
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.
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 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， 于 FDD系统来说，只有一个频域位置，因此
f_id 永远为零 .
(0 =< f-id <=6), 不过对
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).
UE接收到 RAR消息, 获得上行的时间同步和上行资源 给 UE自己而不是发送给其他的
. 但此时并不能确定 RAR消息是发送
, 因
UE 的. 由于 UE 的前导序列是从公共资源中随机选取的
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, UE在
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 使用相同的资源进行随机接入 的随机接入冲突 .
. 为此 UE需要通过随后的 MSG3 和 MSG4 消息, 来解决这样
MSG3是第一条基于上行调度 ,通过 HARQ (Hybrid Automatic Repeat 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 ).
例如：与随机接入的触发事件对应起来， 且至少需要携带 NAS UE标志信息。
msg3 携带的信息如下：
1、如果是初次接入（ initial access），msg3 为在 CCCH上传输的 RRC Connection Request， 2、如果是 RRC连接重建 （RRC Connection Re-establishment），msg3 为 CCCH上传输的 RRC Connection Re-establishment Request ，且不携带任何 NAS 消息。
3、如果是切换（ handover），msg3 为在 DCCH 上传输的经过加密和完整性保护的 Handover Confirm ，必须包含 UE的 C-RNTI，且如果可能的话，需要携带 4、对于其它触发事件，则至少需要携带
C-RNTI。
BSR。
RRC
C-RNT：I RRC连接临时标识；小区内唯一；由 RNC分配；由 MAC 层使用
BSR：是为了让 eNB 知道自己的缓存状态， eNB 将此作为自己给该 UE 分配资源的参考
NAS：非接入层信令
UE在发完 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 临时 C-RNTI置为自己的 C-RNTI.
, 随机接入成功 . 并将在 RAR消息中得到的
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 .
LTE学习笔记随机接入过程、帧结构
