LTE信令之接入流程

今天我主要帶大家了解一下LTE主要信令之隨機(jī)接入流程，首先我們了解一下隨機(jī)接入的概述：只有上行傳輸時(shí)間嚴(yán)格同步的情況下，才會(huì)被安排傳送上行數(shù)據(jù)包，為了達(dá)成這條，LTE RACH(Random Access Channel)隨機(jī)接入信道扮演了非常關(guān)鍵的角色，它是不同步的UE和正交同步的上行無線接入的接口。

在WCDMA網(wǎng)絡(luò)，RACH（隨機(jī)接入信道）的主要作用是初始網(wǎng)絡(luò)接入和短消息傳送。在LTE網(wǎng)絡(luò)，RACH（隨機(jī)接入信道）仍然用初始網(wǎng)絡(luò)接入，但是不再承載任何用戶數(shù)據(jù)，用戶數(shù)據(jù)全部由PUSCH（物理上行共享信道）負(fù)責(zé)承載。LTE RACH（隨機(jī)接入信道）負(fù)責(zé)幫助UE實(shí)現(xiàn)上行鏈路的時(shí)間同步，它面對的UE要么還沒有獲得上行時(shí)間同步，或者丟失了這種時(shí)間同步。一旦UE獲得上行鏈路同步，eNodeB就可以給它分配上行鏈路的正交傳輸資源。RACH的相關(guān)場景包括：

（1）UE處于RRC_CONNECTED狀態(tài)（從UE接收/發(fā)送單播數(shù)據(jù)），但沒有實(shí)現(xiàn)上行鏈路同步。此時(shí)UE打算發(fā)送新的上行數(shù)據(jù)包或者控制信息（比如事件觸發(fā)的測量報(bào)告）；

（2）UE處于RRC_CONNECTED狀態(tài)，但沒有實(shí)現(xiàn)上行鏈路同步。此時(shí)UE打算接收新的下行數(shù)據(jù)包，并且需要在上行鏈路回復(fù)相應(yīng)的ACK/NACK信息；

（3）UE處于RRC_CONNECTED狀態(tài)，正從服務(wù)小區(qū)切換到目標(biāo)小區(qū)；

（4）UE正從RRCIDLE（空閑態(tài)）狀態(tài)轉(zhuǎn)換到RRCCONNECTED狀態(tài)，比如正在進(jìn)行初始接入或者位置區(qū)更新；

（5）UE正從無線鏈路失敗的狀態(tài)中恢復(fù)；

上述場景要求LTE RACH的時(shí)延比較小，同時(shí)在低信噪比（SINR）的情況下（比如小區(qū)邊緣，切換狀態(tài)等）確保良好的探測概率，從而使得RACH的覆蓋范圍與PUSCH（Physical Uplink Shared Channel物理上行共享信道）和PUCCH（Physical Uplink Control Channel物理上行鏈路控制信道）基本一致。

一次成功的RACH嘗試意味著這個(gè)UE隨后的上行數(shù)據(jù)包會(huì)被插入其它UE已經(jīng)被分配好的同步數(shù)據(jù)包中，這決定了RACH必須能夠達(dá)到所要求的時(shí)間估計(jì)精度，以及需要的RACH傳輸帶寬。由于上行鏈路使用了循環(huán)前綴（CP），LTE RACH只需要估算雙向時(shí)延，而需要的RACH帶寬也比WCDMA網(wǎng)絡(luò)少。

和WCDMA不同，LTE RACH必須要適應(yīng)上行鏈路的同步時(shí)頻結(jié)構(gòu)，這樣eNodeB就能夠避免RACH和PUSCH/PUCCH之間的干擾。同樣重要的是，應(yīng)該盡可能小地減少RACH對相鄰小區(qū)PUSCH/PUCCH信道的干擾。

隨機(jī)接入的三點(diǎn)知識:隨機(jī)接入過程、基于競爭的隨機(jī)接入、基于非競爭的隨機(jī)接入

隨機(jī)接入過程是指從用戶發(fā)送隨機(jī)接入前導(dǎo)碼，開始嘗試接入網(wǎng)絡(luò)到與網(wǎng)絡(luò)間建立起基本的信令連接之前的過程。LTE隨機(jī)接入過程有兩種類型：有競爭的隨機(jī)接入和沒有競爭的隨機(jī)接入。在上面提到的所有5種場景中，UE都會(huì)先初始化一個(gè)有競爭的隨機(jī)過程。在這個(gè)過程中，UE隨機(jī)選擇一個(gè)隨機(jī)接入前綴標(biāo)志（preamble signature），為隨后的競爭解決過程做準(zhǔn)備。不同的UE有可能選擇相同的前綴標(biāo)志。

隨機(jī)接入實(shí)現(xiàn)的基本功能是申請上行資源和與eNodeB間的上行時(shí)間同步�；�于競爭接入過程的使用場景是：從RRC-IDLE狀態(tài)到RRC-CONNECT的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，即RRC連接過程，如初始接入和TAU更新無線鏈路失敗后的初始接入，即RRC連接重建過程在RRC-CONNECTED狀態(tài)，未獲得上行同步但需發(fā)送上行數(shù)據(jù)和控制信息，或雖未上行失步但需要通過隨機(jī)接入，申請上行資源在RRC-CONNECTED狀態(tài)，從服務(wù)小區(qū)切換到目標(biāo)小區(qū)，在RRC-CONNECTED狀態(tài)，未獲得上行同步但需接收下行數(shù)據(jù)。

基于非競爭接入過程的使用場景是：在RRC-CONNECTED狀態(tài)，從服務(wù)小區(qū)切換到目標(biāo)小區(qū)在RRC-CONNECTED狀態(tài)，未獲得上行同步但需接收下行數(shù)據(jù)，在RRC-CONNECTED狀態(tài)，UE位置輔助定位需要，網(wǎng)絡(luò)利用隨機(jī)接入獲取時(shí)間提前量（TA: Timing Advance），這里在RRC-CONNECTED狀態(tài)，從服務(wù)小區(qū)切換到目標(biāo)小區(qū)，在RRC-CONNECTED狀態(tài)，未獲得上行同步但需接收下行數(shù)據(jù)，既基于競爭接入過程的使用場景又基于非競爭接入過程的使用場景。

競爭的隨機(jī)接入流程有四步，首先終端向eNodeB發(fā)送Random Access Preamble（隨機(jī)接入前導(dǎo)）然后eNodeB向終端回復(fù)Random Access Response（隨機(jī)接入響應(yīng)，eNB檢測到有UE發(fā)送接入前導(dǎo)之后向用戶發(fā)送隨機(jī)接入響應(yīng)，以告知UE可以使用的上行資源信息），終端向基站發(fā)送First scheduled UL transmission（UE收到隨機(jī)接入響應(yīng)后，在隨機(jī)接入響應(yīng)消息所指定的上行資源中發(fā)送調(diào)度消息，該消息主要包括UE的唯一標(biāo)示信息），基站發(fā)送Contention Resolution（eNB發(fā)送沖突解決消息到終端）。UE隨機(jī)選擇preamble碼發(fā)起Msg1：發(fā)送Preamble碼，eNB可以選擇64個(gè)Preamble碼中的部分或全部用于競爭接入，Msg1承載于PRACH上，Msg2：隨機(jī)接入響應(yīng)，Msg2由eNB的MAC層組織，并由DL_SCH承載一條Msg2，可同時(shí)響應(yīng)多個(gè)UE的隨機(jī)接入請求，eNB使用PDCCH（Physical Downlink Control Channel物理下行控制信道）調(diào)度Msg2，并通過RA-RNTI（標(biāo)示用戶發(fā)隨機(jī)接入前導(dǎo)所使用的資源塊）進(jìn)行尋址，RA-RNTI由承載Msg1的PRACH（Physical Random Access Channel物理隨機(jī)接入信道）時(shí)頻資源位置確定，Msg2包含上行傳輸定時(shí)提前量、為Msg3分配的上行資源、臨時(shí)C-RNTI等，Msg3：第一次調(diào)度傳輸，UE在接收Msg2后，在其分配的上行資源上傳輸Msg3，針對不同的場景，Msg3包含不同的內(nèi)容：初始接入：攜帶RRC層生成的RRC連接請求，包含UE的S-TMSI（是臨時(shí)UE識別號）或隨機(jī)數(shù)；連接重建：攜帶RRC層生成的RRC連接重建請求，C-RNTI（Radio Network Temporary Identifier小區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)標(biāo)識適用范圍）和PCI；切換：傳輸 RRC層生成的RRC切換完成消息以及UE的C-RNTI；上/下行數(shù)據(jù)到達(dá)：傳輸U(kuò)E的C-RNTI。最后一步Msg4：競爭解決，分為兩種情況，初始接入和連接重建場景，切換，上下行數(shù)據(jù)到達(dá)場景，競爭判定在初始接入和連接重建場景下：Msg4攜帶成功解調(diào)的Msg3消息的拷貝，UE將其與自身在Msg3中發(fā)送的高層標(biāo)識進(jìn)行比較，兩者相同則判定為競爭成功；在切換，上下行數(shù)據(jù)到達(dá)場景下：UE如果在PDCCH（Physical Downlink Control Channel物理下行控制信道）上接收到調(diào)度Msg4的命令，則競爭成功。調(diào)度在初始接入和連接重建場景下：Msg4使用由臨時(shí)C-RNT加擾的PDCCH調(diào)度；在切換，上下行數(shù)據(jù)到達(dá)場景下：eNB使用C-RNT加擾的PDCCH調(diào)度Msg4。C-RNTI在初始接入和連接重建場景下：Msg2中下發(fā)的臨時(shí)C-RNTI在競爭成功后升級為UE的C-RNTI；C-RNTI在切換，上下行數(shù)據(jù)到達(dá)場景下：UE之前分配C-RNTI，在Msg3中也將它傳給eNB。競爭解決后，臨時(shí)C-RNTI被收回，繼續(xù)使用UE原C-RNTI。

基于非競爭的隨機(jī)接入:UE根據(jù)eNB的指示，在指定的PRACH上使用指定的Preamble碼發(fā)起隨機(jī)接入。Msg0（Random Access Preamble assignment）：隨機(jī)接入指示，對于切換場景，eNB通過RRC信令通知UE，對于下行數(shù)據(jù)到達(dá)和輔助定位場景，eNB通過PDCCH通知UE。Msg1（Random Access Preamble）：發(fā)送Preamble碼，UE在eNB指定的PRACH信道資源上用指定的Preamble碼發(fā)起隨機(jī)接入。Msg2（Random Access Response）：隨機(jī)接入響應(yīng)，Msg2與競爭機(jī)制的格式與內(nèi)容完全一樣，可以響應(yīng)多個(gè)UE發(fā)送的Msg1。