隨機(jī)接入過程

1、一、隨機(jī)接入過程簡(jiǎn)介      UE通過隨機(jī)接入過程（Random Access Procedure）與cell建立連接并取得上行同步。只有取得上行同步，UE才能進(jìn)行上行傳輸。      隨機(jī)接入的主要目的：1）獲得上行同步；2）為UE分配一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)C-RNTI。    隨機(jī)接入過程通常由以下6類事件之一觸發(fā)：(見36.300的節(jié))      1) 初始接入時(shí)建立

2、無線連接（UE從RRC_IDLE態(tài)到RRC_CONNECTED態(tài)）；      2) RRC連接重建過程（RRC Connection Re-establishment procedure）；      3) 切換（handover）；      4) RRC_CONNECTED態(tài)下，下行數(shù)據(jù)到達(dá)（此時(shí)需要回復(fù)ACK/NACK）時(shí)，上行處于“不同步”狀態(tài)；    &#

3、160; 5) RRC_CONNECTED態(tài)下，上行數(shù)據(jù)到達(dá)（例：需要上報(bào)測(cè)量報(bào)告或發(fā)送用戶數(shù)據(jù)）時(shí)，上行處于“不同步”狀態(tài)或沒有可用的PUCCH資源用于SR傳輸（此時(shí)允許上行同步的UE使用RACH來替代SR）；      6) RRC_CONNECTED態(tài)下，為了定位UE，需要timing advance。      隨機(jī)接入過程還有一個(gè)特殊的用途：如果PUCCH上沒有配置專用的SR資源時(shí)，隨機(jī)接入還可作為一個(gè)SR來使用。   

4、60;隨機(jī)接入過程有兩種不同的方式：      (1) 基于競(jìng)爭(zhēng)（Contention based）：應(yīng)用于之前介紹的前5種事件；      (2) 基于非競(jìng)爭(zhēng)（Non-Contention based或Contention-Free based）：只應(yīng)用于之前介紹的 (3)、(4) 、(6)三種事件。二、preamble介紹      隨機(jī)接入過程的步驟一是傳輸random

5、access preamble。Preamble的主要作用是告訴eNodeB有一個(gè)隨機(jī)接入請(qǐng)求，并使得eNodeB能估計(jì)其與UE之間的傳輸時(shí)延，以便eNodeB校準(zhǔn)uplink timing并將校準(zhǔn)信息通過timing advance command告知UE。      Preamble在PRACH上傳輸。eNodeB會(huì)通過廣播系統(tǒng)信息SIB-2來通知所有的UE，允許在哪些時(shí)頻資源上傳輸preamble。（由prach-ConfigIndex和prach-FreqOffset字段決定，詳見36.211的5.7節(jié)）  

6、;    每個(gè)小區(qū)有64個(gè)可用的preamble序列，UE會(huì)選擇其中一個(gè)（或由eNodeB指定）在PRACH上傳輸。這些序列可以分成兩部分，一部分用于基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入，另一部分用于基于非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入。用于基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入的preamble序列又可分為兩組：group A和group B（group B可能不存在）。這些配置eNodeB是通過RACH-ConfigCommon（SIB-2）下發(fā)的。圖：random access preambles      分組group A和group B

7、的原因是為了加入一定的先驗(yàn)信息，以便eNodeB在RAR中給Msg 3分配適當(dāng)?shù)纳闲匈Y源。如果UE接入時(shí)估計(jì)后續(xù)的Msg3可能比較大（大于messageSizeGroupA），并且路徑損耗pathloss小于   preambleInitialReceivedTargetPower  deltaPreambleMsg3 messagePowerOffsetGroupB，則使用group B中的preamble；否則使用group A中的preamble。這樣eNodeB就能夠根據(jù)收到的preamble知道該preamble所屬的gro

8、up，從而了解Msg 3的大致資源需求。如果不分組，就應(yīng)采用較高的grant配置，可能損失一些上行效率。（關(guān)于preamble的選擇：詳見36.321的節(jié)）      Group A/B中的preamble序列本身并沒有太大區(qū)別，只有它們的劃分才是有意義的，用于告訴eNodeB后續(xù)的資源需求。      如果UE進(jìn)行的是基于非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入(例如非競(jìng)爭(zhēng)下的handover)，使用的preamble是由eNodeB直接指定的（見36.331的RACH-ConfigDedicat

9、ed）。為了避免沖突，此時(shí)使用的preamble是除group A和group B外的預(yù)留preamble。      簡(jiǎn)單地說：eNodeB通過廣播SIB-2發(fā)送RACH-ConfigCommon，告訴UE preamble的分組、Msg 3大小的閾值、功率配置等。UE發(fā)起隨機(jī)接入時(shí)，根據(jù)可能的Msg 3大小以及pathloss等，選擇合適的preamble。三、PRACH時(shí)頻資源介紹      在LTE中，提到信道的時(shí)頻資源時(shí)，通常都會(huì)涉及時(shí)域（system frame、

10、subframe、slot、symbol、周期）、頻域（起始RB、所占的RB數(shù)，是否跳頻）、循環(huán)移位（cyclic shift）等。      PRACH用于傳輸random access preamble。通常eNodeB不會(huì)在預(yù)留給隨機(jī)接入的RB上調(diào)度其它上行數(shù)據(jù)。      某小區(qū)可用的PRACH時(shí)頻資源是由SIB-2的prach-ConfigIndex和prach-FrequencyOffset字段決定的。一旦這兩個(gè)字段決定了，對(duì)接入該小區(qū)的所有UE而言，preamb

11、le的格式（format）和可選的PRACH時(shí)頻資源就固定了。圖：指定PRACH時(shí)頻資源的RRC信令      每個(gè)preamble在頻域上占用6個(gè)連續(xù)RB的帶寬，這正好等于LTE支持的最小上行帶寬。因此，不管小區(qū)的傳輸帶寬有多大，都可以使用相同的RA preamble結(jié)構(gòu)。      小結(jié)：頻域上占6個(gè)連續(xù)的RB。      preamble在時(shí)域上的長(zhǎng)度取決于配置。（如下表所示，見36.211的節(jié)）圖：不同的pr

12、eamble格式      從上圖可以看出，不同格式的preamble在時(shí)域上所占的連續(xù)子幀數(shù)是不一樣的，format 0占1個(gè)子幀，format 1和format 2占2個(gè)子幀，format 3占3個(gè)子幀。      不同的preamble可能有不同CP（cyclic prefix，循環(huán)前綴）。CP越大，對(duì)延遲的容忍度就越大，相應(yīng)的，小區(qū)就可以支持更大的覆蓋范圍。上行timing的不確定性正比于小區(qū)半徑，每1 km有大約6.7s的傳輸延遲（6.7s / km）。以pream

13、ble format 0為例，CP長(zhǎng)度為0.1 ms，因此允許的最大小區(qū)半徑為15km（0.1 * 1000  / 6.7  15 km ）。      對(duì)于TDD，還支持額外的preamble配置：format 4。該配置只用于特殊子幀的UpPTS字段，且只支持長(zhǎng)度為或的UpPTS字段（見36.211的Table 4.2-1）。由于CP的長(zhǎng)度明顯小于前面介紹的format 03，format 4只支持覆蓋范圍很小的小區(qū)。     &#

14、160;小結(jié)：時(shí)域上占的連續(xù)的subframe數(shù)：1、2、3、UpPTS；占據(jù)子幀內(nèi)的所有slot和所有symbol。配置時(shí)需要考慮小區(qū)的覆蓋范圍以及資源的使用（preamble越大，可用于傳輸上行數(shù)據(jù)的資源就越少）。      前面已經(jīng)介紹了preamble在時(shí)域和頻域上所占的資源大小，接下來我們來討論preamble在時(shí)域和頻域上的位置。      對(duì)FDD而言，只支持preamble format 03，且每個(gè)子幀至多有一個(gè)PRACH資源，即多個(gè)RA請(qǐng)求只在時(shí)域上存在復(fù)

15、用。36.211的指定了format以及允許傳輸preamble的子幀配置，這是通過prach-ConfigIndex來指定的。假如UE接收到的prach-ConfigIndex配置為12，則該UE可以選擇任意（any）系統(tǒng)幀的（0,2,4,6,8）這5個(gè)子幀中的某一個(gè)來傳輸format 0的preamble。假如UE接收到的prach-ConfigIndex配置為18，則該UE只能選擇在偶數(shù)（even）系統(tǒng)幀的子幀 7來傳輸format 1的preamble。      對(duì)FDD而言，preamble在頻域上的起始RB（&

16、#160;）等于prach-FrequencyOffset指定的值（用表示，且滿足條件）。      對(duì)TDD而言，每個(gè)子幀可以有多個(gè)PRACH資源，這是因?yàn)門DD中每個(gè)系統(tǒng)幀的上行子幀數(shù)更少，從而要求每個(gè)子幀發(fā)送更多的RA請(qǐng)求。在TDD中，每個(gè)10ms的系統(tǒng)幀內(nèi)至多可發(fā)送6個(gè)RA請(qǐng)求。（見36.211的的）      對(duì)TDD而言，preamble在時(shí)域上的配置也是通過prach-ConfigIndex來指定的，且對(duì)應(yīng)的表為36.211的和。其中表示UE在一個(gè)10ms的系統(tǒng)

17、幀內(nèi)有多少次隨機(jī)接入的機(jī)會(huì)。在協(xié)議中沒有介紹，在網(wǎng)上也看到過說這個(gè)字段沒有用處的，但其出處應(yīng)該是ZTE的提案Time & Frequency Location Mapping for TDD PRACH，有興趣的大家可以去研究一下，順便也能夠了解36.211的和是如何通過計(jì)算得來的。      對(duì)TDD而言，指定了preamble的時(shí)頻位置。四元組唯一指定一個(gè)特定的隨機(jī)接入資源。指定了preamble可以選擇在哪些系統(tǒng)幀上發(fā)送（0：所有幀；1：偶數(shù)幀；2：奇數(shù)幀）。指定preamble是位于前半幀還是后半幀（0：前半幀；1：后

18、半幀）。指定preamble起始的上行子幀號(hào)，該子幀號(hào)位于兩個(gè)連續(xù)的downlink-to-uplink switch point之間，且從0開始計(jì)數(shù)（見下圖）。format 4是個(gè)例外，其標(biāo)記為(*)。圖：PRACH的時(shí)域資源配置（preamble format 03、TDD Configuration 1）      對(duì)于format 4而言，其起始子幀是特殊幀，無配置。      這樣，通過prach-ConfigIndex指定的PRACH configuration

19、index，UE就得到了可能的 、  、  配置，從而知道可以在哪些子幀上傳輸preamble。      對(duì)于TDD而言，preamble在頻域上的起始RB是由prach-ConfigIndex和prach-FrequencyOffset確定的。通過prach-ConfigIndex查表得到（頻域的偏移，單位是6個(gè)RB），通過prach-FrequencyOffset可以得到，再通過如下公式，可以得到format 03的preamble在頻域上的起始RB：  &#

20、160;   從上面的公式可以看出，為了保證單載波的頻域資源連續(xù)性，PRACH的資源分布在上行帶寬的兩端上（“低高頻位置交錯(cuò)”）。起始位置由確定，一般緊挨著PUCCH資源的位置。公式中的數(shù)字6是為了保證preamble在頻域占6個(gè)連續(xù)的RB。      對(duì)于format 4而言，起始RB的計(jì)算公式如下：      其中是系統(tǒng)幀號(hào)，是該系統(tǒng)幀內(nèi)DL to UL switch point的個(gè)數(shù)。    

21、0; 小結(jié)：對(duì)于FDD而言，通過prach-ConfigIndex查表得到preamble format以及可以用于傳輸preamble的系統(tǒng)幀和子幀號(hào)，從而確定可選的時(shí)域資源。通過prach-FrequencyOffset得到在頻域上的起始RB，從而確定頻域資源（FDD在某個(gè)子幀上只有一個(gè)頻域資源，因此是固定的）。    對(duì)于TDD而言，通過prach-ConfigIndex查表和得到preamble format以及可以用于四元組，其中 、確定時(shí)域上可用于傳輸preamble的系統(tǒng)幀和子幀號(hào)，從而確定可選的時(shí)域資源。通過prach

22、-FrequencyOffset得到，并與共同確定了可選的頻域資源（TDD在某個(gè)子幀上可能存在多個(gè)頻域資源，所以是可選擇的）。      UE選擇這些時(shí)頻資源中的哪一個(gè)，是由UE的實(shí)現(xiàn)決定的。對(duì)于第一次發(fā)起隨機(jī)接入（而不是因?yàn)榻尤胧《l(fā)起的preamble重發(fā)），個(gè)人覺得可以選用時(shí)域上最接近的子幀，而頻域上隨機(jī)選擇一個(gè)資源進(jìn)行傳輸preamble。對(duì)于由接入失敗而發(fā)起的preamble重發(fā)，其時(shí)域資源（timing）的選擇有點(diǎn)特殊，這會(huì)在后續(xù)的博客中予以介紹。      簡(jiǎn)

23、單地說：eNodeB通過廣播SIB-2發(fā)送prach-ConfigIndex和prach-FrequencyOffset，從而確定該小區(qū)可用于傳輸preamble的時(shí)頻資源集合。UE發(fā)起隨機(jī)接入時(shí)，從中選擇一個(gè)資源發(fā)送preamble。因?yàn)閑NodeB不知道UE會(huì)在哪個(gè)時(shí)頻資源上發(fā)送preamble，所以會(huì)在指示的所有preamble時(shí)頻資源上檢測(cè)并接收preamble。四、隨機(jī)接入過程      本章節(jié)主要介紹隨機(jī)接入過程的4個(gè)步驟。而在下一章節(jié)中，我會(huì)以信令流程圖的方式將之前介紹過的6種觸發(fā)隨機(jī)接入過程的事件與這4個(gè)步驟結(jié)合起來。

24、      言歸正傳，先奉上幾幅圖，然后介紹隨機(jī)接入過程的4個(gè)步驟：圖：基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入過程圖：基于非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入過程圖：RACH-ConfigCommon      步驟一：UE發(fā)送preamble      UE發(fā)送random access preamble給eNodeB，以告訴eNodeB有一個(gè)隨機(jī)接入請(qǐng)求，同時(shí)使得eNodeB能估計(jì)其與UE之間的傳輸時(shí)延并以此校準(zhǔn)uplink timing。 

25、     觸發(fā)隨機(jī)接入過程的方式有以下3種（具體會(huì)在下一章節(jié)介紹）：      1）PDCCH order觸發(fā)：eNodeB通過特殊的DCI format 1A 告訴UE需要重新發(fā)起隨機(jī)接入，并告訴UE應(yīng)該使用的Preamble Index和PRACH Mask Index；      2）MAC sublayer觸發(fā)：UE自己選擇preamble發(fā)起接入；     

26、 3）上層觸發(fā)：如初始接入，RRC連接重建，handover等。      UE要成功發(fā)送preamble，需要：1）選擇preamble index；2）選擇用于發(fā)送preamble的PRACH資源；3）確定對(duì)應(yīng)的RA-RNTI； 4）確定目標(biāo)接收功率PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER。      1、選擇preamble index      與基于非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入中

27、的preamble index由eNodeB指定不同，基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入，其preamble index是由UE隨機(jī)選擇的。      UE首先要確定選擇的是group A還是group B中的preamble。如果存在preamble group B，且msg3的大小大于messageSizeGroupA，且pathloss小于 preambleInitialReceivedTargetPower  - deltaPreambleMsg3 messagePowerOffsetGrou

28、pB，則選擇group B；否則選擇group A。      如果之前發(fā)送過msg3且接入失敗，則再次接入嘗試時(shí)使用的preamble應(yīng)該與第一次發(fā)送msg3時(shí)對(duì)應(yīng)的preamble屬于相同的group。      確定了group之后，UE從該group中隨機(jī)選擇一個(gè)preamble并將PRACH Mask Index設(shè)置為0。      而對(duì)于基于非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入而言，eNodeB通過為UE分配一個(gè)專用的pre

29、amble index來避免沖突的發(fā)生并指定一個(gè)PRACH Mask Index。      eNodeB分配preamble index和PRACH Mask Index的方式有兩種：1）通過RACH-ConfigDedicated的ra-PreambleIndex和ra-PRACH-MaskIndex字段設(shè)置（Handover過程）；2）在PDCCH order觸發(fā)的隨機(jī)接入中，通過DCI format 1A的Preamble Index和PRACH Mask Index字段來設(shè)置（下行數(shù)據(jù)到達(dá)或定位）。  &

30、#160;   按理說，既然要使用基于非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入過程，eNodeB分配的preamble index就不應(yīng)該為0（0是用于基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入的。個(gè)人認(rèn)為此時(shí)不應(yīng)使用group A和group B的任一preamble，但協(xié)議中只針對(duì)0做了特別說明）。但如果eNodeB分配了0值，則實(shí)際的preamble index交由UE按照基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入方式選擇preamble（個(gè)人認(rèn)為這種情況主要針對(duì)eNodeB已經(jīng)沒有可用的非競(jìng)爭(zhēng)preamble，或eNodeB配置時(shí)根本沒有為非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入預(yù)留preamble的場(chǎng)景）。   

31、60;  2、選擇用于發(fā)送preamble的PRACH資源      基于prach-ConfigIndex、PRACH Mask Index以及物理層的timing限制，UE會(huì)先確定下一個(gè)包含PRACH的可用子幀。      prach-ConfigIndex指定了時(shí)域上可用的PRACH資源。      PRACH Mask Index定義了某個(gè)UE可以在系統(tǒng)幀內(nèi)的哪些PRACH上發(fā)送pream

32、ble（見36.321的Table 7.3-1，值為0表示所有可用的PRACH資源）。在基于非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入中，eNodeB可以通過該mask直接指定UE在某個(gè)特定的PRACH上發(fā)送preamble，從而保證不會(huì)與其它UE發(fā)生沖突。      以ra-PRACH-MaskIndex = 3為例，查36.321的可知，對(duì)應(yīng)PRACH Resource Index 2，即preamble應(yīng)該在系統(tǒng)幀內(nèi)的第三個(gè)PRACH資源發(fā)送。PRACH Resource Index是一個(gè)系統(tǒng)幀內(nèi)的PRACH資源的編號(hào)，從0開始并以PRACH資

33、源在36.211的和中出現(xiàn)的先后來排序。（以prach-ConfigIndex = 12為例，如果是FDD，查36.211的可知，只在子幀0,2,4,6,8上存在PRACH資源，則PRACH Resource Index 2對(duì)應(yīng)子幀4上的PARCH資源；如果是TDD，且UL/DL configuration為1，查36.211的可知， PRACH Resource Index 2對(duì)應(yīng)四元組（0,0,1,0）上的PARCH資源）      PRACH Mask Index可以為0，這說明eNodeB只為UE分配了pr

34、eamble，但PRACH資源還需UE自己選擇。      物理層的timing限制在36.213的中定義：      如果UE在子幀n接收到一個(gè)RAR MAC PDU，但對(duì)應(yīng)TB中沒有一個(gè)響應(yīng)與其發(fā)送的preamble對(duì)應(yīng)，則UE應(yīng)該準(zhǔn)備好在不遲于子幀n + 5的時(shí)間內(nèi)重新發(fā)送preamble。      如果UE在子幀n沒有接收到一個(gè)RAR MAC PDU，其中子幀n為RAR窗口的最后一個(gè)子幀，則UE應(yīng)該準(zhǔn)備好在

35、不遲于子幀n + 4的時(shí)間內(nèi)重新發(fā)送preamble。      如果隨機(jī)接入過程是由PDCCH order在子幀n觸發(fā)，則UE將在子幀n + 算起，第一個(gè)有可用PRACH的子幀中發(fā)送，其中  6。      至此，已經(jīng)選定PRACH所在的子幀，接下來，我們開始選擇頻域上的位置。      在TDD模式且PRACH Mask Index為0的情況下：如果eNodeB指定了ra-Pream

36、bleIndex且其值不為0，則在之前確定的子幀上隨機(jī)選擇一個(gè)PRACH；否則在之前確定的子幀及其后續(xù)的兩個(gè)子幀（共3個(gè)子幀）內(nèi)隨機(jī)選擇一個(gè)PRACH。      如果是FDD模式或PRACH Mask Index不為0，則根據(jù)PRACH Mask Index選擇一個(gè)PRACH。      3、確定對(duì)應(yīng)的RA-RNTI      preamble的時(shí)頻位置決定了RA-RNTI的值，UE發(fā)送了preamble之后，會(huì)在

37、RAR時(shí)間窗內(nèi)根據(jù)這個(gè)RA-RNTI值來監(jiān)聽對(duì)應(yīng)的PDCCH。RA-RNTI的計(jì)算會(huì)在步驟二中介紹。      4、確定目標(biāo)接收功率PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER      preamble的目標(biāo)接收功率PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER通過下面的公式計(jì)算（見36.321的節(jié)）：preambleInitialReceivedTargetPower + DELTA_PREAMBLE + (PREAMBLE_TRA

38、NSMISSION_COUNTER 1) * powerRampingStep      其中preambleInitialReceivedTargetPower是eNodeB期待接收到的preamble的初始功率。DELTA_PREAMBLE與preamble format相關(guān)，其值見36.321的的Table 7.6-1。而powerRampingStep是每次接入失敗后，下次接入時(shí)提升的發(fā)射功率。      而preamble的實(shí)際發(fā)射功率的計(jì)算公式為

39、0;     其中， 是UE在PCell的子幀i上所配置的最大輸出功率，是UE通過測(cè)量PCell的Cell-specific參考信號(hào)得到的下行路徑損耗。      步驟二：eNodeB發(fā)送Random Access Response      UE發(fā)送了preamble之后，將在RAR時(shí)間窗（RA Response window）內(nèi)監(jiān)聽PDCCH，以接收對(duì)應(yīng)RA-RNTI的RAR。如果在此RAR時(shí)間窗內(nèi)沒有接收到eN

40、odeB回復(fù)的RAR，則認(rèn)為此次隨機(jī)接入過程失敗。      RAR時(shí)間窗起始于發(fā)送preamble的子幀（如果preamble在時(shí)域上跨多個(gè)子幀，則以最后一個(gè)子幀計(jì)算） + 3個(gè)子幀，并持續(xù)ra-ResponseWindowSize個(gè)子幀。圖：RA response window      與preamble相關(guān)聯(lián)的RA-RNTI通過如下公式計(jì)算：       RA-RNTI = 1 + t_i

41、d + 10 * f_id      其中，t_id是發(fā)送preamble的PRACH所在的第一個(gè)子幀號(hào)（0  t_id 10），f_id是在該子幀發(fā)送preamble的PRACH在頻域上的索引（0  f_id  6）。對(duì)于FDD而言，每個(gè)子幀只有一個(gè)PRACH資源，因此f_id固定為0。（RA-RNTI的計(jì)算見36.321的節(jié)）      某個(gè)UE發(fā)送的preamble時(shí)頻位置是固定的，eNodeB在解碼

42、preamble時(shí)，也獲得了該preamble時(shí)頻位置，進(jìn)而知道了RAR中需要使用的RA-RNTI。      接下來，我會(huì)從Random Access Response的MAC PDU構(gòu)成的角度來介紹RAR需要攜帶的信息。圖：由MAC頭和MAC RARs組成的MAC PDU      從上圖可以看出，該MAC PDU由一個(gè)MAC 頭（MAC header）+ 0個(gè)或多個(gè)MAC RAR（MAC Random Access Response）+ 可能存在的p

43、adding組成。      從MAC PDU的結(jié)構(gòu)可以看出，如果eNodeB同一時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到來自多個(gè)UE的隨機(jī)接入請(qǐng)求，則使用一個(gè)MAC PDU就可以對(duì)這些接入請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)，每個(gè)隨機(jī)接入請(qǐng)求的響應(yīng)對(duì)應(yīng)一個(gè)MAC RAR。      如果多個(gè)UE在同一PRACH資源（時(shí)頻位置相同，使用同一RA-RNTI）發(fā)送preamble，則對(duì)應(yīng)的RAR復(fù)用在同一MAC PDU中。      MAC PDU在DL-SCH上傳輸，并

44、用以RA-RNTI加擾的PDCCH。前面已經(jīng)介紹過，使用相同時(shí)頻位置發(fā)送preamble的所有UE都監(jiān)聽相同的RA-RNTI指示的PDCCH。圖：E/T/RAPID subheader圖：E/T/R/R/BI subheader（Backoff Indicator subheader）圖：MAC RAR      MAC header由一個(gè)或多個(gè)MAC subheader組成。除了Backoff Indicator subheader外，每個(gè)subheader對(duì)應(yīng)一個(gè)MAC RAR。如果包含Backoff Indicator subh

45、eader，則該subheader只出現(xiàn)一次，且位于MAC header的第一個(gè)subheader處。      BI（Backoff Indicator）指定了UE重發(fā)preamble前需要等待的時(shí)間范圍（取值范圍見36.321的7.2節(jié)）。如果UE在RAR時(shí)間窗內(nèi)沒有接收到RAR，或接收到的RAR中沒有一個(gè)preamble與自己的相符合，則認(rèn)為此次RAR接收失敗。此時(shí)UE需要等待一段時(shí)間后，再發(fā)起隨機(jī)接入。等待的時(shí)間為在0至BI指定的等待時(shí)間區(qū)間內(nèi)選取一個(gè)隨機(jī)值。（注：如果在步驟四中，沖突解決失敗，也會(huì)有這樣的后退機(jī)制） 

46、;     值得需要注意的是： BI指定的UE重發(fā)preamble前需要等待的時(shí)間可能與前面介紹的物理層timing存在沖突。（具體如何選擇發(fā)送preamble的子幀，取決于UE的實(shí)現(xiàn)，協(xié)議中并沒有給出答案！我只在一篇文章中有相關(guān)介紹，大家可以參考一下，見LTE隨機(jī)接入(很全).docx）      BI的取值從側(cè)面反映了小區(qū)的負(fù)載情況，如果接入的UE多，則該值可以設(shè)置得大些；如果接入的UE少，該值就可以設(shè)置得小些。     

47、 RAPID為Random Access Preamble IDentifier的簡(jiǎn)稱，為eNodeB在檢測(cè)preamble時(shí)得到的preamble index。如果UE發(fā)現(xiàn)該值與自己發(fā)送preamble時(shí)使用的索引相同，則認(rèn)為成功接收到對(duì)應(yīng)的RAR。      11-bit的Timing advance command用于指定UE上行同步所需要的時(shí)間調(diào)整量。（這里不做詳細(xì)描述，可能的話，以后會(huì)做一下上行同步的介紹。感興趣的，可以看36.213的5.2節(jié)）      

48、;20-bit UL grant指定了分配給msg3的上行資源。當(dāng)有上行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，例如需要解決沖突，eNodeB在RAR中分配的grant不能小于56bit。圖：20-bit UL grant      關(guān)于RAR里20-bit UL grant的詳細(xì)說明，參見36.213的6.2節(jié)。      在隨機(jī)接入過程中，如果用于同一preamble group的RAR中UL grant指定的資源大小與隨機(jī)接入過程中第一次分配的UL grant不同，則UE的行為是未定義，換句話說，

49、就不應(yīng)該出現(xiàn)這種情況。      TC-RNTI用于UE和eNodeB的后續(xù)傳輸。沖突解決后，該值可能變成C-RNIT。      UE隨機(jī)選擇一個(gè)preamble用于隨機(jī)接入，就可能導(dǎo)致多個(gè)UE同時(shí)選擇同一PRACH資源的同一個(gè)preamble，從而導(dǎo)致沖突的出現(xiàn)（使用相同的RA-RNTI和preamble，因此還不確定RAR是對(duì)哪個(gè)UE的響應(yīng)），這時(shí)需要一個(gè)沖突解決機(jī)制來解決這個(gè)問題。沖突的存在也是RAR不使用HARQ的原因之一。   

50、60;  如果UE使用專用的preamble用于隨機(jī)接入，則不會(huì)有沖突，也就不需要后續(xù)的沖突解決處理，隨機(jī)接入過程也就到此結(jié)束了。（基于非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入）      如果接入過程失敗，且未達(dá)到最大的隨機(jī)接入嘗試次數(shù)preambleTransMax， 則UE將在上次發(fā)射功率的基礎(chǔ)上，提升功率powerRampingStep來發(fā)送下次preamble，以提高發(fā)射成功的概率。      簡(jiǎn)單地說：UE通過RAR所帶的RA-RNTI和preamble i

51、ndex來確定是否成功接收到自己想要的RAR，然后再進(jìn)行后續(xù)處理。      步驟三：UE發(fā)送msg3      基于非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入， preamble是某個(gè)UE專用的，所以不存在沖突；又因?yàn)樵揢E已經(jīng)擁有在接入小區(qū)內(nèi)的唯一標(biāo)志C-RNTI，所以也不需要eNodeB給它分配C-RNTI。因此，只有基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入才需要步驟三和步驟四。      之所以稱為msg3而不是某一條具體消息的原因在于，根據(jù)UE

52、狀態(tài)的不同和應(yīng)用場(chǎng)景的不同，這條消息也可能不同，因此統(tǒng)稱為msg3，即第3條消息。      如果UE在子幀n成功地接收了自己的RAR，則UE應(yīng)該在n + （其中  6）開始的第一個(gè)可用上行子幀（對(duì)于FDD而言，就是n + 6；對(duì)于TDD而言，n + 6可能不是上行子幀，所以 可能 6）發(fā)送msg3。RAR所帶的UL grant中包含一個(gè)1 bit的字段UL delay，如果該值為0，則n + 為第一個(gè)可用于msg3的上行子幀；如果該值為1，則UE會(huì)在n + 之后的

53、第一個(gè)可用上行子幀來發(fā)送msg3。（見36.213的節(jié)）      正常的上行傳輸是在收到UL grant之后的4個(gè)子幀發(fā)送上行數(shù)據(jù)，其UL grant在PDCCH中傳輸。但對(duì)于msg3來說，是在收到RAR之后的6個(gè)子幀上傳輸，這是因?yàn)镽AR（包含msg3的UL grant）是在PDSCH而不是PDCCH中傳輸，所以UE需要更多的時(shí)間去確定UL grant、傳輸格式等。     msg3在UL-SCH上傳輸，使用HARQ，且RAR中帶的UL grant指定的用于msg3的TB大小至少為

54、80比特。      msg3中需要包含一個(gè)重要信息：每個(gè)UE唯一的標(biāo)志。該標(biāo)志將用于步驟四的沖突解決。      對(duì)于處于RRC_CONNECTED態(tài)的UE來說，其唯一標(biāo)志是C-RNTI。      對(duì)于非RRC_CONNECTED態(tài)的UE來說，將使用一個(gè)來自核心網(wǎng)的唯一的UE標(biāo)志（S-TMSI或一個(gè)隨機(jī)數(shù)）作為其標(biāo)志。此時(shí)eNodeB需要先與核心網(wǎng)通信，才能響應(yīng)msg3。   

55、60;  當(dāng)UE處于RRC_CONNECTED態(tài)但上行不同步時(shí)，UE有自己的C-RNTI，在隨機(jī)接入過程的msg3中，UE會(huì)通過C-RNTI MAC control element將自己的C-RNTI告訴eNodeB，eNodeB在步驟四中使用這個(gè)C-RNTI來解決沖突。圖：C-RNTI MAC control element      當(dāng)UE在隨機(jī)接入過程中使用上行CCCH來發(fā)送msg3消息時(shí)， UE還沒有C-RNTI，此時(shí)UE會(huì)使用來自核心網(wǎng)的UE標(biāo)志（S-TMSI或一個(gè)隨機(jī)數(shù)）。步驟四中，eNode

56、B會(huì)通過發(fā)送UE  Contention  Resolution  Identity  MAC  Control  Element（攜帶了這個(gè)UE標(biāo)志）來解決沖突。注意：UE  Contention  Resolution  Identity  MAC  Control  Element是在步驟四中使用的。圖：UE  Contention

57、  Resolution  Identity  MAC  Control  Element      與隨機(jī)接入的觸發(fā)事件對(duì)應(yīng)起來，msg3攜帶的信息如下：      1、如果是初次接入（initial access），msg3為在CCCH上傳輸?shù)腞RC Connection Request，且至少需要攜帶NAS UE標(biāo)志信息。    &

58、#160; 2、如果是RRC連接重建（RRC  Connection Re-establishment），msg3為CCCH上傳輸?shù)腞RC Connection Re-establishment Request，且不攜帶任何NAS消息。      3、如果是切換（handover），msg3為在DCCH上傳輸?shù)慕?jīng)過加密和完整性保護(hù)的RRC Handover Confirm，必須包含UE的C-RNTI，且如果可能的話，需要攜帶BSR。     4、對(duì)于其它觸

59、發(fā)事件，則至少需要攜帶C-RNTI。      上行傳輸通常使用UE特定的信息，如C-RNTI，對(duì)UL-SCH的數(shù)據(jù)進(jìn)行加擾。但由于此時(shí)沖突還未解決，UE也還沒有被分配最終的標(biāo)志，所以加擾不能基于C-RNTI，而只能使用TC-RNTI。      步驟四：eNodeB發(fā)送contention resolution      在步驟三中已經(jīng)介紹過，UE會(huì)在msg3有攜帶自己唯一的標(biāo)志： C-RNTI或來自核心

60、網(wǎng)的UE標(biāo)志（S-TMSI或一個(gè)隨機(jī)數(shù)）。eNodeB在沖突解決機(jī)制中，會(huì)在msg4（我們把步驟四的消息稱為msg4）中攜帶該唯一的標(biāo)志以指定勝出的UE。而其它沒有在沖突解決中勝出的UE將重新發(fā)起隨機(jī)接入。      UE發(fā)送了msg3后，會(huì)啟動(dòng)一個(gè)mac-ContentionResolutionTimer，或在msg3的HARQ重傳時(shí)，重啟mac-ContentionResolutionTimer。在該timer超時(shí)或停止之前，UE會(huì)一直監(jiān)聽PDCCH。      如果UE

61、監(jiān)聽到了PDCCH，且它在msg3中帶了C-RNTI MAC control element，則在以下2種情況下，UE認(rèn)為沖突解決成功（即該UE成功接入，此時(shí)UE會(huì)停止mac-ContentionResolutionTimer，并丟棄TC-RNTI。注意：這2種情況下TC-RNTI不會(huì)提升為C-RNTI）：      1）隨機(jī)接入過程由MAC子層觸發(fā)，且UE在msg4中接收到的PDCCH由msg3帶的C-RNTI加擾，并給新傳的數(shù)據(jù)分配了上行資源；      2）隨機(jī)接入過程

62、由PDCCH order觸發(fā)，且UE在msg4中接收到的PDCCH由msg3帶的C-RNTI加擾。      如果msg3在CCCH發(fā)送，且在msg4中接收到的PDCCH由RAR中指定的TC-RNTI加擾，則當(dāng)成功解碼出的MAC PDU中包含的UE Contention Resolution Identity MAC control element與msg3發(fā)送的CCCH SDU匹配時(shí)，UE會(huì)認(rèn)為隨機(jī)接入成功并將自己的C-RNTI設(shè)置成TC-RNTI。（只要成功解碼MAC PDU，就停止mac-ContentionResolution

63、Timer，并不需要等待沖突解決成功。注意：這種情況下TC-RNTI會(huì)提升為C-RNTI）      如果mac-ContentionResolutionTimer超時(shí)，UE會(huì)丟棄TC-RNTI并認(rèn)為沖突解決失敗。      如果沖突解決失敗，UE需要      1）清空msg3對(duì)應(yīng)的HARQ buffer；      2）將PREAMBLE_TRANSMI

64、SSION_ COUNTER加1，如果此時(shí)PREAMBLE_TRANSMISSION_ COUNTER = preambleTransMax + 1，則通知上層隨機(jī)接入失??；      3）在0BI值之間隨機(jī)選擇一個(gè)backoff time，UE延遲backoff time后，再發(fā)起隨機(jī)接入；      如果UE接入成功，UE會(huì)      1）如果收到ra-PreambleIndex和 

65、ra-PRACH-MaskIndex，則丟棄；      2）清空msg3對(duì)應(yīng)的HARQ buffer。      對(duì)于msg4而言，也使用HARQ，但不需要與msg3同步。從前面的介紹可以看出，對(duì)于初始接入和無線鏈路失效而言，使用TC-RNTI加擾，且使用RLC-TM模式；而對(duì)處于RRC_CONNECTED態(tài)的UE而言，使用C-RNTI加擾。      簡(jiǎn)單地說：    &#

66、160; 1）如果UE原本就處于RRC_CONNECTED態(tài)，則該UE在小區(qū)內(nèi)有唯一的標(biāo)志C-RNTI。步驟三中，msg3會(huì)通過C-RNTI MAC control element把這個(gè)C-RNTI帶給eNodeB；步驟四中，如果此UE在沖突解決中勝出，eNodeB就使用這個(gè)C-RNTI對(duì)PDCCH進(jìn)行加擾。UE收到以此C-RNTI加擾的PDCCH，就知道自己接入成功了。      2）如果UE原本不處于RRC_CONNECTED態(tài)，則該UE在小區(qū)內(nèi)不存在C-RNTI，其唯一標(biāo)志就是來自核心網(wǎng)（S-TMSI或一個(gè)隨機(jī)數(shù)）。步

67、驟三中，msg3會(huì)將該唯一標(biāo)志帶給eNodeB；步驟四中，如果此UE在沖突解決中勝出，eNodeB會(huì)通過UE  Contention Resolution  Identity  MAC  Control  Element將步驟三中接收到的信息發(fā)回給UE，UE比較msg3和msg4，發(fā)現(xiàn)二者匹配，就知道自己接入成功了。附：在36.321中，介紹到一個(gè)字段preambleTransMax，該字段指定了preamble的最大傳輸次數(shù)。當(dāng)UE發(fā)送的preamble數(shù)超過preambleTran

68、sMax時(shí)，協(xié)議要求MAC層發(fā)送一個(gè)Random Access problem到上層（通常是RRC層），但MAC層并不會(huì)停止發(fā)送preamble。也就是說，MAC層被設(shè)計(jì)成“無休止”地發(fā)送preamble，而出現(xiàn)“UE發(fā)送的preamble數(shù)超過preambleTransMax”時(shí)如何處理是由上層（RRC層）決定的。有一篇文章（分2部分）詳細(xì)介紹了如何處理這種情況，大家可以參考一下：Random Access Supervision - Part 1和Random Access Supervision - Part 2。五、隨機(jī)接入過程：各種觸發(fā)事件下的信令流   

69、;   本文主要介紹各種觸發(fā)事件是如何觸發(fā)隨機(jī)接入過程的，主要以信令流程圖的方式予以說明。大家需要將本章節(jié)的內(nèi)容和之前的博客結(jié)合起來看，才能更深刻地理解隨機(jī)接入過程。      觸發(fā)隨機(jī)接入過程的事件有6種，見之前介紹。      觸發(fā)隨機(jī)接入過程的方式有3種：1）PDCCH order觸發(fā)；2）MAC sublayer觸發(fā)；3）上層觸發(fā)。      由PDCCH order發(fā)起的初始隨機(jī)接入過程（“initiated by a PDCCH order”）只有在如下場(chǎng)景才會(huì)發(fā)生：1）eNodeB要發(fā)送下行數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)丟失了UE的上行同步，它會(huì)強(qiáng)制UE重新發(fā)起隨機(jī)接入過程以獲取正確的時(shí)間調(diào)整量；2）UE定位。這時(shí)eNodeB會(huì)通過特殊的DCI format 1A 告訴UE需要重新發(fā)起隨機(jī)接入，并告訴