1、小區(qū)初搜過程

圖5.10 小區(qū)搜索過程
小區(qū)搜索基于三個信號完成：主同步信號、輔同步信號、下行導頻信道。完成：時間/頻率同步，小區(qū)ID識別，CP長度檢測。完成這些操作后，UE開始讀取PBCH信道信息。主同步信號PSS占用子幀1、6的第三個符號，輔同步信號SSS占用子幀0、5的最后一個符號。PSS和SSS信號的位置相對固定。為了系統(tǒng)支持多種傳輸帶寬配置，為了保證各個系統(tǒng)帶寬下PSS和SSS位置的相對固定和檢測算法的實現(xiàn)簡化，PSS和SSS信號在頻域上總是處于整個系統(tǒng)帶寬中央1.08MHz（6個PRB塊）的位置。

主同步信號：頻域為長度62的復數(shù)序列，3種不同的取值，用于指示物理層小區(qū)標識組內(nèi)的物理層小區(qū)標識。
輔同步信道：頻域為長度62的二進制實數(shù)序列（頻域?qū)崝?shù)序列對應時域?qū)ΨQ的結(jié)構(gòu)，可用自相關(guān)的方法進行搜索），10ms中的兩個輔同步時隙（0和10）采用不同的序列，168種組合，在主同步信道的基礎上，指示168個物理層小區(qū)組ID。
下行導頻信道：用于更精確的時間同步和頻率同步。
ENB一直處于開機狀態(tài)，UE無論開機還是mobility，都通過小區(qū)搜索（cell search）實現(xiàn)時、頻同步，同時獲得cell PHY ID。然后讀PBCH，得到系統(tǒng)幀號和帶寬信息，以及PHICH的配置等系統(tǒng)消息，具體步驟如下：
（1） 一般來說應該UE先對可能存在小區(qū)的頻率范圍內(nèi)測量小區(qū)信號強度RSSI，據(jù)此找到一個可能存在小區(qū)的中心頻點；
（2）然后在這個中心頻點周圍收PSS和SSS，這兩個信號和系統(tǒng)帶寬沒有限制，配置是固定的，而且信號本身以5ms為周期重復，并且是ZC序列，具有很強的相關(guān)性，因此可以直接檢測并接收到，據(jù)此可以得到小區(qū)Id，同時得到小區(qū)定時的5ms邊界；
（3）5ms邊界得到后，根據(jù)PBCH的時頻位置，使用滑窗方法盲檢測，一旦發(fā)現(xiàn)crc校驗結(jié)果正確，則說明當前滑動窗就是10ms的幀邊界，并且可以根據(jù)PBCH的內(nèi)容得到系統(tǒng)幀號和帶寬信息，以及PHICH的配置；
（4）至此，UE實現(xiàn)了和eNB的定時同步。

當獲取了PBCH信息后，要獲得更多的無線信道參數(shù)等還要接受其余的SIB信息，這些信息在PDSCH上發(fā)送：
（1）接收PCFICH，此時該信道的時頻資源就是固定已知的了，可以接收并解析得到PDCCH的symbol數(shù)目；
（2）接收PHICH，根據(jù)PBCH中指示的配置信息接收PHICH；
（3）在控制區(qū)域內(nèi)，除去PCFICH和PHICH的其他CCE上，搜索PDCCH并做譯碼；
（4） 檢測PDCCH的CRC中的RNTI，如果為SI-RNTI，則說明后面的PDSCH是一個SIB，于
是接收PDSCH，譯碼后將SIB上報給高層協(xié)議棧；
（5）不斷接收SIB，HLS會判斷接收的系統(tǒng)消息是否足夠，如果足夠則停止接收SIB
至此，小區(qū)搜索過程結(jié)束。


2、隨機接入過程
隨機接入是UE與網(wǎng)絡之間建立無線鏈路的必經(jīng)過程。只有隨機接入完成后，eNB和
UE才可能進行常規(guī)數(shù)據(jù)傳輸和接收。


UE可以通過隨機接入過程實現(xiàn)兩個基本功能：
取得與eNB之間的上行同步：
申請上行資源。
隨機接入過程涉及物理層、MAC層、RRC層等多個協(xié)議層。物理層定義隨機接入過程所需要的前導碼（preamble）、PRACH信道資源、隨機接入過程各消息的時序關(guān)系等;MAC層負責控制隨機接入過程觸發(fā)與實施；對于一些特殊的隨機接入場景，例如切換過程中的隨機接入，則需要RRC層的參與。
隨機接入過程應用于以下6種場景：
從RRC_IDLE狀態(tài)初始接入，即RRC連接建立；
無線鏈路失敗后初始隨機接入，即RRC連接重建；
切換
下行數(shù)據(jù)到達且UE空口處于上行失步狀態(tài)；
上行數(shù)據(jù)到達且UE空口處于上行失步狀態(tài)，或者雖未失步但需要通過隨機接入申請上行資源；
輔助定位，網(wǎng)絡利用隨機接入獲取時間提前量（TA，timing Advance）

根據(jù)UE發(fā)起preamble碼時是否存在碰撞的風險，隨機接入過程可分為競爭隨機接入和非競爭隨機接入。
基于競爭模式的隨機接入：
RRC_IDLE狀態(tài)下的初始接入；
無線鏈路出錯以后的初始接入；
RRC_CONNECTED狀態(tài)下，當有上行數(shù)據(jù)傳輸時，例如在上行失步后“non-synchronised”， 或者沒有PUCCH資源用于發(fā)送調(diào)度請求消息，也就是說在這個時候除了通過隨機接入的方式外，沒有其它途徑告訴eNB，UE存在上行數(shù)據(jù)需要發(fā)送
基于非競爭模式的隨機接入：
RRC_CONNECTED狀態(tài)下，當下行有數(shù)據(jù)傳輸時，這時上行失步“non-synchronised”，因為數(shù)據(jù)的傳輸除了接收外，還需要確認，如果上行失步的話，eNB無法保證能夠收到UE的確認信息，因為這時下行還是同步的，因此可以通過下行消息告訴UE發(fā)起隨機接入需要使用的資源，比如前導序列以及發(fā)送時機等，因為這些資源都是雙方已知的，因此不需要通過競爭的方式接入系統(tǒng)
切換過程中的隨機接入，在切換的過程中，目標eNB可以通過服務eNB來告訴UE它可以使用的資源；
是否基于競爭在于在當時終端能否監(jiān)聽到eNB傳遞的下行控制信道，以便獲得特定的資源用于傳輸上行前導，當然這個判斷是由eNB作出的，而不是UE自己來決定的。


圖5.11 隨機接入過程
基于競爭的隨機接入流程如上圖所示，主要分為四個步驟：
步驟1：UE隨機選擇一個Preamble碼，在PRACH上發(fā)送；
在發(fā)送上行接入前導序列之前，終端應該已經(jīng)和系統(tǒng)下行同步好了，下行同步意味著UE獲得了幀同步以及系統(tǒng)廣播消息，但是上行并沒有同步。通過前導序列，讓eNB知道存在一個終端試圖跟基站建立連接；
eNB負責對Preambler碼以及用于preambler碼的PRACH信道資源進行配置，并通過系統(tǒng)消息將配置結(jié)果通知小區(qū)內(nèi)駐留的UE。

步驟2：eNode B在檢測到有Preamble碼發(fā)送后，下行發(fā)送隨機接入響應，隨機接入響應中包含以下信息：
Backoff(回退)參數(shù)（指示如果本次隨接入失敗，UE下次發(fā)起隨機接入的時延最大值）;
所收到的Preamble碼的編號；
所收到的Preamble碼對應的時間調(diào)整量（用于Msg3上行傳輸定時提前量）；
為該終端（Msg3）分配的上行資源位置指示信息；
臨時C-RNTI分配（小區(qū)級終端標識）。
步驟3：UE在收到隨機接入響應后，根據(jù)其指示，在分配的上行資源上發(fā)送上行Msg3消息（RRCConnection Request），Msg3的傳輸支持HARQ過程，標準規(guī)定eNB分配的上行資源至少應支持凈載荷為56bit的信息傳輸。
Msg3的初始傳輸時唯一通過MAC層消息指示的上行數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)度傳輸，當隨機接入過程完成后，其他動態(tài)調(diào)度上行初始傳輸都是物理層信道（PDCCH）進行資源分配指示。
Msg3的重傳獲得PDCCH通知UE，UE通過接收臨時C_RNTI加擾的PDCCH獲取重傳指示，其中C_RNTI在Msg2中攜帶。
針對不同場景攜帶不同內(nèi)容
初始接入：攜帶RRC層生成的RRC連接請求消息
連接重建：攜帶RRC層生成的RRC重建請求消息
切換：傳輸RRC層生成的RRC切換完成消息及UE的C_RNTI。
上下行數(shù)據(jù)到達：至少傳輸UE的C-RNTI。
步驟4：Node B接收UE的上行消息，并向接入成功的UE返回競爭解決消息（RRC Connection Setup）。
初始和連接重建;Msg4通過MAC層控制單元攜帶UE競爭解決標識，該MAC CE中包含UE在Msg3中傳輸?shù)腃CCH SDU，UE在接受到該MAC CE后，與其在Msg3中發(fā)送的高層標識進行對比，二者相同則判定為競爭解決成功。在競爭解決成功后，臨時C_RNTI升級為UE的C_RNTI。
Msg4采用HARQ機制，但只有成功解碼Msg4并成功解決競爭的UE才反饋ACK，其他情況不進行反饋。
UE在發(fā)送Msg3之后啟動解決定時器，并在每次Msg3重傳是啟動競爭解決定時器。如果知道競爭解決定時器超時都沒有完成競爭解決，則認為競爭失敗。競爭失敗后，與Msg2接收失敗的操作類似：依據(jù)backoff參數(shù)的時延制決定一下次發(fā)起隨機接入的時刻，并選擇隨機接入資源發(fā)起一下次隨機接入。到達最大的隨機接入次數(shù)后，UE MAC層向RRC層上報隨機接入問題。

只有第一步是純粹的物理層過層，后面三個步驟跟普通的數(shù)據(jù)傳輸過程沒有區(qū)別，看MAC協(xié)議經(jīng)�？吹組SG3或者MSG4等等，因為在隨機接入的過程中，這些消息的內(nèi)容不是固定，有時候可能攜帶的是RRC連接請求，有時候可能會帶一些控制消息甚至業(yè)務數(shù)據(jù)包，因此簡稱為消息3之類，其意思就是第三條消息。
注：值得注意的是, 沖突解決消息MSG4, 也是基于HARQ的. 只有贏得沖突的UE才發(fā)送ACK值, 失去沖突或無法解碼Msg4 的UE不發(fā)送任何反饋消息