LTE隨機(jī)接入技術(shù)概覽

------------------------------------------------------------------------LTE隨機(jī)接入技術(shù)概覽LTE：隨機(jī)接入過程（一）簡介

UE通過隨機(jī)接入過程（RandomAccessProcedure）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10.1.5節(jié))

1)初始接入時(shí)建立無線連接（UE從RRC_IDLE態(tài)到RRC_CONNECTED態(tài)）；

2)RRC連接重建過程（RRCConnectionRe-establishmentprocedure）；

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)；

5)RRC_CONNECTED態(tài)下，上行數(shù)據(jù)到達(dá)（例：需要上報(bào)測量報(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timingadvance。

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。

隨機(jī)接入過程有兩種不同的方式：

(1)基于競爭（Contentionbased）：應(yīng)用于之前介紹的前5種事件；

(2)基于非競爭（Non-Contentionbased或Contention-Freebased）：只應(yīng)用于之前介紹的(3)、(4)、(6)三種事件。LTE：隨機(jī)接入過程（二）preamble介紹

隨機(jī)接入過程的步驟一是傳輸randomaccesspreamble。Preamble的主要作用是告訴eNodeB有一個(gè)隨機(jī)接入請求，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)uplinktiming并將校準(zhǔn)信息通過timingadvancecommand告知UE。

Preamble在PRACH上傳輸。eNodeB會通過廣播系統(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)）

每個(gè)小區(qū)有64個(gè)可用的preamble序列，UE會選擇其中一個(gè)（或由eNodeB指定）在PRACH上傳輸。這些序列可以分成兩部分，一部分用于基于競爭的隨機(jī)接入，另一部分用于基于非競爭的隨機(jī)接入。用于基于競爭的隨機(jī)接入的preamble序列又可分為兩組：groupA和groupB（groupB可能不存在）。這些配置eNodeB是通過RACH-ConfigCommon（SIB-2）下發(fā)的。圖：randomaccesspreambles

分組groupA和groupB的原因是為了加入一定的先驗(yàn)信息，以便eNodeB在RAR中給Msg3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groupB中的preamble；否則使用groupA中的preamble。這樣eNodeB就能夠根據(jù)收到的preamble知道該preamble所屬的group，從而了解Msg3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5.1.2節(jié)）

GroupA/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)行的是基于非競爭的隨機(jī)接入(例如非競爭下的handover)，使用的preamble是由eNodeB直接指定的（見36.331的RACH-ConfigDedicated）。為了避免沖突，此時(shí)使用的preamble是除groupA和groupB外的預(yù)留preamble。

簡單地說：eNodeB通過廣播SIB-2發(fā)送RACH-ConfigCommon，告訴UEpreamble的分組、Msg3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Msg3大小以及pathloss等，選擇合適的preamble。

LTE：隨機(jī)接入過程（三）PRACH時(shí)頻資源介紹

在LTE中，提到信道的時(shí)頻資源時(shí)，通常都會涉及時(shí)域（systemframe、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（cyclicshift）等。

PRACH用于傳輸randomaccesspreamble。通常eNodeB不會在預(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，對接入該小區(qū)的所有UE而言，preamble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RApreamble結(jié)構(gòu)。

小結(jié)：頻域上占6個(gè)連續(xù)的RB。

preamble在時(shí)域上的長度取決于配置。（如下表所示，見36.211的5.7.1節(jié)）

圖：不同的preamble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，format0占1個(gè)子幀，format1和format2占2個(gè)子幀，format3占3個(gè)子幀。

不同的preamble可能有不同CP（cyclicprefix，循環(huán)前綴）。CP越大，對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1km有大約6.7μs的傳輸延遲（6.7μs/km）。以preambleformat0為例，CP長度為0.1ms，因此允許的最大小區(qū)半徑為15km（0.1*1000

/6.7≈15km）。

對于TDD，還支持額外的preamble配置：format4。該配置只用于特殊子幀的UpPTS字段，且只支持長度為或的UpPTS字段（見36.211的Table4.2-1）。由于CP的長度明顯小于前面介紹的format0~3，format4只支持覆蓋范圍很小的小區(qū)。

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FDD而言，只支持preambleformat0~3，且每個(gè)子幀至多有一個(gè)PRACH資源，即多個(gè)RA請求只在時(shí)域上存在復(fù)用。36.211的Table5.7.1-2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format0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format1的preamble。

對FDD而言，preamble在頻域上的起始RB（

）等于prach-FrequencyOffset指定的值（用表示，且滿足條件）。

對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請求。（見36.211的5.7.1-3的）

對TDD而言，preamble在時(shí)域上的配置也是通過prach-ConfigIndex來指定的，且對應(yīng)的表為36.211的Table5.7.1-3和Table5.7.1-4。其中表示UE在一個(gè)10ms的系統(tǒng)幀內(nèi)有多少次隨機(jī)接入的機(jī)會。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&FrequencyLocationMappingforTDDPRACH》，有興趣的大家可以去研究一下，順便也能夠了解36.211的Table5.7.1-3和Table5.7.1-4是如何通過計(jì)算得來的。

對TDD而言，Table5.7.1-4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：后半幀）。指定preamble起始的上行子幀號，該子幀號位于兩個(gè)連續(xù)的downlink-to-uplinkswitchpoint之間，且從0開始計(jì)數(shù)（見下圖）。format4是個(gè)例外，其標(biāo)記為(*)。

圖：PRACH的時(shí)域資源配置（preambleformat0~3、TDDConfiguration1）

對于format4而言，其起始子幀是特殊幀，無配置。

這樣，通過prach-ConfigIndex指定的PRACHconfigurationindex，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Table5.7.1-4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format0~3的preamble在頻域上的起始RB：

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。

對于format4而言，起始RB的計(jì)算公式如下：

其中是系統(tǒng)幀號，是該系統(tǒng)幀內(nèi)DLtoULswitchpoint的個(gè)數(shù)。

小結(jié)：對于FDD而言，通過prach-ConfigIndex查表Table5.7.1-2得到preambleformat以及可以用于傳輸preamble的系統(tǒng)幀和子幀號，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）。

對于TDD而言，通過prach-ConfigIndex查表Table5.7.1-3和Table5.7.1-4得到preambleformat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，從而確定可選的時(shí)域資源。通過prach-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，這會在后續(xù)的博客中予以介紹。

簡單地說：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會在哪個(gè)時(shí)頻資源上發(fā)送preamble，所以會在指示的所有preamble時(shí)頻資源上檢測并接收preamble。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。

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：基于競爭的隨機(jī)接入過程

圖：基于非競爭的隨機(jī)接入過程

圖：RACH-ConfigCommon

步驟一：UE發(fā)送preamble

UE發(fā)送randomaccesspreamble給eNodeB，以告訴eNodeB有一個(gè)隨機(jī)接入請求，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)uplinktiming。

觸發(fā)隨機(jī)接入過程的方式有以下3種（具體會在下一章節(jié)介紹）：

1）PDCCHorder觸發(fā)：eNodeB通過特殊的DCIformat1A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PreambleIndex和PRACHMaskIndex；

2）MACsublayer觸發(fā)：UE自己選擇preamble發(fā)起接入；

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preambleindex；2）選擇用于發(fā)送preamble的PRACH資源；3）確定對應(yīng)的RA-RNTI；4）確定目標(biāo)接收功率PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER。

1、選擇preambleindex

與基于非競爭的隨機(jī)接入中的preambleindex由eNodeB指定不同，基于競爭的隨機(jī)接入，其preambleindex是由UE隨機(jī)選擇的。

UE首先要確定選擇的是groupA還是groupB中的preamble。如果存在preamblegroupB，且msg3的大小大于messageSizeGroupA，且pathloss小于–preambleInitialReceivedTargetPower

-deltaPreambleMsg3–messagePowerOffsetGroupB，則選擇groupB；否則選擇groupA。

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PRACHMaskIndex設(shè)置為0。

而對于基于非競爭的隨機(jī)接入而言，eNodeB通過為UE分配一個(gè)專用的preambleindex來避免沖突的發(fā)生并指定一個(gè)PRACHMaskIndex。

eNodeB分配preambleindex和PRACHMaskIndex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PDCCHorder觸發(fā)的隨機(jī)接入中，通過DCIformat1A的PreambleIndex和PRACHMaskIndex字段來設(shè)置（下行數(shù)據(jù)到達(dá)或定位）。

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

2、選擇用于發(fā)送preamble的PRACH資源

基于prach-ConfigIndex、PRACHMaskIndex以及物理層的timing限制，UE會先確定下一個(gè)包含PRACH的可用子幀。

prach-ConfigIndex指定了時(shí)域上可用的PRACH資源。

PRACHMaskIndex定義了某個(gè)UE可以在系統(tǒng)幀內(nèi)的哪些PRACH上發(fā)送preamble（見36.321的Table7.3-1，值為0表示所有可用的PRACH資源）。在基于非競爭的隨機(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，從而保證不會與其它UE發(fā)生沖突。

以ra-PRACH-MaskIndex=3為例，查36.321的Table7.3.1可知，對應(yīng)PRACHResourceIndex2，即preamble應(yīng)該在系統(tǒng)幀內(nèi)的第三個(gè)PRACH資源發(fā)送。PRACHResourceIndex是一個(gè)系統(tǒng)幀內(nèi)的PRACH資源的編號，從0開始并以PRACH資源在36.211的Table5.7.1-2和Table5.7.1-4中出現(xiàn)的先后來排序。（以prach-ConfigIndex=12為例，如果是FDD，查36.211的Table5.7.1-2可知，只在子幀0,2,4,6,8上存在PRACH資源，則PRACHResourceIndex2對應(yīng)子幀4上的PARCH資源；如果是TDD，且UL/DLconfiguration為1，查36.211的Table5.7.1-4可知，PRACHResourceIndex2對應(yīng)四元組（0,0,1,0）上的PARCH資源）

PRACHMaskIndex可以為0，這說明eNodeB只為UE分配了preamble，但PRACH資源還需UE自己選擇。

物理層的timing限制在36.213的6.1.1中定義：

如果UE在子幀n接收到一個(gè)RARMACPDU，但對應(yīng)TB中沒有一個(gè)響應(yīng)與其發(fā)送的preamble對應(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)RARMACPDU，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PDCCHorder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PRACHMaskIndex為0的情況下：如果eNodeB指定了ra-PreambleIndex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PRACHMaskIndex不為0，則根據(jù)PRACHMaskIndex選擇一個(gè)PRACH。

3、確定對應(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，會在RAR時(shí)間窗內(nèi)根據(jù)這個(gè)RA-RNTI值來監(jiān)聽對應(yīng)的PDCCH。RA-RNTI的計(jì)算會在步驟二中介紹。

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5.1.3節(jié)）：preambleInitialReceivedTargetPower+DELTA_PREAMBLE+(PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER–1)*powerRampingStep

其中preambleInitialReceivedTargetPower是eNodeB期待接收到的preamble的初始功率。DELTA_PREAMBLE與preambleformat相關(guān)，其值見36.321的的Table7.6-1。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

其中，是UE在PCell的子幀i上所配置的最大輸出功率，是UE通過測量PCell的Cell-specific參考信號得到的下行路徑損耗。

步驟二：eNodeB發(fā)送RandomAccessResponse

UE發(fā)送了preamble之后，將在RAR時(shí)間窗（RAResponsewindow）內(nèi)監(jiān)聽PDCCH，以接收對應(yīng)RA-RNTI的RAR。如果在此RAR時(shí)間窗內(nèi)沒有接收到eNodeB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：RAresponsewindow

與preamble相關(guān)聯(lián)的RA-RNTI通過如下公式計(jì)算：

RA-RNTI=1+t_id+10*f_id

其中，t_id是發(fā)送preamble的PRACH所在的第一個(gè)子幀號（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5.1.4節(jié)）

某個(gè)UE發(fā)送的preamble時(shí)頻位置是固定的，eNodeB在解碼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，我會從RandomAccessResponse的MACPDU構(gòu)成的角度來介紹RAR需要攜帶的信息。圖：由MAC頭和MACRARs組成的MACPDU

從上圖可以看出，該MACPDU由一個(gè)MAC頭（MACheader）+0個(gè)或多個(gè)MACRAR（MACRandomAccessResponse）+可能存在的padding組成。

從MACPDU的結(jié)構(gòu)可以看出，如果eNodeB同一時(shí)間內(nèi)檢測到來自多個(gè)UE的隨機(jī)接入請求，則使用一個(gè)MACPDU就可以對這些接入請求進(jìn)行響應(yīng)，每個(gè)隨機(jī)接入請求的響應(yīng)對應(yīng)一個(gè)MACRAR。

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，則對應(yīng)的RAR復(fù)用在同一MACPDU中。

MACPDU在DL-SCH上傳輸，并用以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/RAPIDsubheader圖：E/T/R/R/BIsubheader（BackoffIndicatorsubheader）圖：MACRAR

MACheader由一個(gè)或多個(gè)MACsubheader組成。除了BackoffIndicatorsubheader外，每個(gè)subheader對應(yīng)一個(gè)MACRAR。如果包含BackoffIndicatorsubheader，則該subheader只出現(xiàn)一次，且位于MACheader的第一個(gè)subheader處。

BI（BackoffIndicator）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，也會有這樣的后退機(jī)制）

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）

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。

RAPID為RandomAccessPreambleIDentifier的簡稱，為eNodeB在檢測preamble時(shí)得到的preambleindex。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)為成功接收到對應(yīng)的RAR。

11-bit的Timingadvancecommand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，以后會做一下上行同步的介紹。感興趣的，可以看36.213的5.2節(jié)）

20-bitULgrant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-bitULgrant

關(guān)于RAR里20-bitULgrant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preamblegroup的RAR中ULgrant指定的資源大小與隨機(jī)接入過程中第一次分配的ULgrant不同，則UE的行為是未定義，換句話說，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。

如果UE使用專用的preamble用于隨機(jī)接入，則不會有沖突，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。（基于非競爭的隨機(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。

簡單地說：UE通過RAR所帶的RA-RNTI和preambleindex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。LTE：隨機(jī)接入過程（五）隨機(jī)接入過程（續(xù)）

步驟三：UE發(fā)送msg3

基于非競爭的隨機(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，只有基于競爭的隨機(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狀態(tài)的不同和應(yīng)用場景的不同，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（對于FDD而言，就是n+6；對于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ULgrant中包含一個(gè)1bit的字段ULdelay，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會在n+

之后的第一個(gè)可用上行子幀來發(fā)送msg3。（見36.213的6.1.1節(jié)）

正常的上行傳輸是在收到ULgrant之后的4個(gè)子幀發(fā)送上行數(shù)據(jù)，其ULgrant在PDCCH中傳輸。但對于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ULgrant）是在PDSCH而不是PDCCH中傳輸，所以UE需要更多的時(shí)間去確定ULgrant、傳輸格式等。

msg3在UL-SCH上傳輸，使用HARQ，且RAR中帶的ULgrant指定的用于msg3的TB大小至少為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。

對于處于RRC_CONNECTED態(tài)的UE來說，其唯一標(biāo)志是C-RNTI。

對于非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。

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會通過C-RNTIMACcontrolelement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-RNTIMACcontrolelement

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，eNodeB會通過發(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

Resolution

Identity

MAC

Control

Element

與隨機(jī)接入的觸發(fā)事件對應(yīng)起來，msg3攜帶的信息如下：

1、如果是初次接入（initialaccess），msg3為在CCCH上傳輸?shù)腞RCConnectionRequest，且至少需要攜帶NASUE標(biāo)志信息。

2、如果是RRC連接重建（RRC

ConnectionRe-establishment），msg3為CCCH上傳輸?shù)腞RCConnectionRe-establishmentRequest，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RRCHandoverConfirm，必須包含UE的C-RNTI，且如果可能的話，需要攜帶BSR。

4、對于其它觸發(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contentionresolution

在步驟三中已經(jīng)介紹過，UE會在msg3有攜帶自己唯一的標(biāo)志：C-RNTI或來自核心網(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，會啟動一個(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會一直監(jiān)聽PDCCH。

如果UE監(jiān)聽到了PDCCH，且它在msg3中帶了C-RNTIMACcontrolelement，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會停止mac-ContentionResolutionTimer，并丟棄TC-RNTI。注意：這2種情況下TC-RNTI不會提升為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)接入過程由PDCCHorder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MACPDU中包含的UEContentionResolutionIdentityMACcontrolelement與msg3發(fā)送的CCCHSDU匹配時(shí)，UE會認(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MACPDU，就停止mac-ContentionResolutionTimer，并不需要等待沖突解決成功。注意：這種情況下TC-RNTI會提升為C-RNTI）

如果mac-ContentionResolutionTimer超時(shí)，UE會丟棄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對應(yīng)的HARQbuffer；

2）將PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER加1，如果此時(shí)PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER=preambleTransMax+1，則通知上層隨機(jī)接入失?。?/p>

3）在0~BI值之間隨機(jī)選擇一個(gè)backofftime，UE延遲backofftime后，再發(fā)起隨機(jī)接入；

如果UE接入成功，UE會

1）如果收到ra-PreambleIndex和ra-PRACH-MaskIndex，則丟棄；

2）清空msg3對應(yīng)的HARQbuffer。

對于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；而對處于RRC_CONNECTED態(tài)的UE而言，使用C-RNTI加擾。

簡單地說：

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會通過C-RNTIMACcontrolelement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)）。步驟三中，msg3會將該唯一標(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preambleTransMax時(shí)，協(xié)議要求MAC層發(fā)送一個(gè)RandomAccessproblem到上層（通常是RRC層），但MAC層并不會停止發(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：《》和《》。LTE：隨機(jī)接入過程（六）隨機(jī)接入過程：各種觸發(fā)事件下的信令流

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）PDCCHorder觸發(fā)；2）MACsublayer觸發(fā)；3）上層觸發(fā)。

由PDCCHorder發(fā)起的初始隨機(jī)接入過程（“initiatedbyaPDCCHorder”）只有在如下場景才會發(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會通過特殊的DCIformat1A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PreambleIndex和PRACHMaskIndex。（見36.212的5.3.3.1.3節(jié)、36.213的Table8-4）圖：DCIformat1A用于PDCCHorder時(shí)的格式

對應(yīng)的信令流程如下（注：UE定位的處理流程與基于非競爭的下行數(shù)據(jù)到達(dá)場景類似）：

圖：下行數(shù)據(jù)到達(dá)（基于競爭）

圖：下行數(shù)據(jù)到達(dá)（基于非競爭）

由MACsublayer發(fā)起隨機(jī)接入過程的場景有：UE有上行數(shù)據(jù)要發(fā)送，但在任意TTI內(nèi)都沒有可用于發(fā)送SR的有效PUCCH資源。此時(shí)上行數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鞒套優(yōu)椋?/p>

1）UE發(fā)送preamble；

2）eNodeB回復(fù)RAR，RAR攜帶了ULgrant信息；

3）UE開始發(fā)送上行數(shù)據(jù)。

什么情況下UE可能沒有SR資源呢？場景一：從36.331可以看出，SchedulingRequestConfig是一個(gè)UE級的可選的IE（optional），默認(rèn)為release。如果eNodeB不給某UE配置SR（這取決于不同廠商的實(shí)現(xiàn)），則該UE只能通過隨機(jī)接入來獲取ULgrant。因此，是否配置SR主要影響用戶面的延遲，并不影響上行傳輸?shù)墓δ埽?/p>

場景二：當(dāng)UE丟失了上行同步，它也會釋放SR資源，如果此時(shí)有上行數(shù)據(jù)要發(fā)送，也需要觸發(fā)隨機(jī)接入過程。

從上面的描述可以看出，當(dāng)UE沒有被分配SR資源時(shí)，基于競爭的randomaccess可以替代SR的功能用于申請上行資源。但這只適用于低密集度的上行資源請求的情況。圖：上行數(shù)據(jù)到達(dá)

上層觸發(fā)的隨機(jī)接入過程包括：1）初始接入；2）RRC連接重建；3）切換。圖：初始接入（initialaccess）

圖：RRC連接重建（RRCReestablishm