(1): 前导序列传输
(2): 随机接入响应
GroupA 和GroupB的主要区别在于把要在MSG3中传输的信息的大小, 由参数message SizeGroupA 表示。在GroupB存在的情况下,如果所要传输的信息的长度(加上MAC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, UE就会选择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preamble initial Received Target Power通知UE其所期待接收到的前导序列功率, UE 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 。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, 从而利于NodeB探测出在相同的时间-频率资源上发送的接入前导序列。
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(Random Access Response)消息,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RAR, 就认为此次接入失败。
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, 因此, 相对于WCDMA系统, 初始前导序列的功率要求相对宽松一些, 初始前导序列成功的可能性也高一些。
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(用于发送随后的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是发送前导的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,(0 =< f-id <=6), 不过对于FDD系统来说,只有一个频域位置,因此f_id永远为零。
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。但此时并不能确定RAR消息是发送给UE自己而不是发送给其他的UE的。由于UE的前导序列是从公共资源中随机选取的, 因此, 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, 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UE在使用相同的资源进行随机接入。为此UE需要通过随后的MSG3 和MSG4消息, 来解决这样的随机接入冲突.
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).
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, 随机接入成功. 并将在RAR消息中得到的临时C-RNTI置为自己的C-RNTI。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.