随机接入

summary
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步骤一:UE发送preamble
触发随机接入过程的方式有以下3种(具体会在21.4节介绍):
(1)PDCCH order触发:eNodeB通过特殊的DCI format 1A 告诉UE需要重新发起随机接入,并告诉UE应该使用的Preamble Index和PRACH Mask Index;
(2)MAC子层触发:UE自己选择preamble发起随机接入;
(3)上层触发:如初始接入,RRC连接重建,handover等。
UE要成功发送preamble,需要:(1)选择preamble index;(2)选择用于发送preamble的PRACH资源;(3)确定对应的RA-RNTI;
步骤二:eNodeB发送Random Access Response(RAR)
RAR中包含的信息:基站检测到的UE发出的前导序列的索引号,用于上行同步的时间调整信息,初始上行资源的分配(用于发送随后的MSG3),以及一个临时的C-RNTI。

1、简单地说:UE通过RAR所带的RA-RNTI(解释见2和3点)和preamble index来确定是否成功接收到自己想要的RAR,然后再进行后续处理。

2、某个UE发送preamble的时频位置是确定的,eNodeB在解码preamble时,也获得了该preamble的时频位置,进而知道了RAR中需要使用的RA-RNTI。

3、RAR MAC PDU在DL-SCH上传输,并用以RA-RNTI加扰的PDCCH来指示。使用相同PRACH时频资源发送preamble(preamble index不一定需要相同)的所有UE监听相同RA-RNTI加扰的PDCCH,并接收相同的RAR MAC PDU,但不同preamble index对应不同的RAR。preamble index包含在RAR pdu的subheader里的RAPID里。

4、其中RAR MAC PDU由1个MAC 头(MAC header)+ 0个或多个MAC RAR(MAC Random Access Response,简称为RAR)+ 可能存在的padding组成。一个MAC 头里又可以包含多个subheader,每个subheader对应每一个RAR(包含了Temporary-CRNTI,简称为 TC-RNTI)

5、如果多个UE在同一PRACH资源(时频位置相同,使用同一RA-RNTI)发送preamble,则对应的RAR复用在同一RAR MAC PDU中。

6、当不同的UE使用相同的preamble index及相同的时频位置发送msg1时,则UE不知道哪个RAR是自己的了,此时就需要通过竞争解决机制。

步骤三:UE发送Msg3
基于非竞争的随机接入, preamble是由基站指定为某个UE专用的,所以不存在冲突;又因为该UE已经拥有在接入小区内的唯一标志C-RNTI,所以也不需要eNodeB给它分配C-RNTI。因此,只有基于竞争的随机接入才需要步骤三和步骤四。
1、之所以将第3条消息称为Msg3而不是某一条具体消息的原因在于,根据UE状态的不同和应用场景的不同,这条消息也可能不同,因此统称为Msg3。可以是RRC连接建立请求,重建请求等
2、Msg3中需要包含一个重要信息:每个UE唯一的标志,该标志将用于步骤四的冲突解决:

  1. 对于处于RRC_CONNECTED态的UE来说,其唯一标志是C-RNTI。UE会通过C-RNTI MAC control element将自己的C-RNTI告诉eNodeB,eNodeB在步骤四中使用这个C-RNTI来解决冲突.
  2. 对于非RRC_CONNECTED态的UE来说,将使用一个来自核心网的唯一的UE标志(S-TMSI或一个随机数)作为其标志。此时eNodeB需要先与核心网通信,才能响应Msg3.

3、UE Contention Resolution Identity MAC Control Element是在步骤四中使用的。
4、与随机接入的触发事件对应起来,Msg3携带的信息如下:

  1. 如果是初次接入(initial access),Msg3为在CCCH上传输的RRC Connection Request,且至少需要携带NAS UE标志信息。
  2. 如果是RRC连接重建(RRC Connection Re-establishment),Msg3为CCCH上传输的RRC Connection Re-establishment Request,且不携带任何NAS消息。
  3. 如果是切换(handover),Msg3为RRC Handover Confirm,必须包含UE的C-RNTI,且如果可能的话,需要携带BSR
  4. 对于其它触发事件,则至少需要携带C-RNTI。

步骤四:eNodeB发送contention resolution
1、UE发送了Msg3后,会启动一个mac-ContentionResolutionTimer,并在Msg3进行HARQ重传时,重启该timer。在该timer超时或停止之前,UE会一直监听PDCCH。至于使用哪种方式来接扰码,就看msg3里有没有传C-RNTI了,如果有传就用C-RNTI,如果没有就用T-RNTI.

2、如果UE监听到了PDCCH(用C-RNTI加扰),且UE在发送Msg3时携带了C-RNTI MAC control element,则在以下2种情况下,UE认为冲突解决成功(即该UE成功接入,此时UE会停止mac-ContentionResolutionTimer,并丢弃TC-RNTI。如果随机接入过程由MAC子层触发(可能是UE自己timing定时器超时发起,或者没有SR资源需要发送BSR)或者由PDCCH order触发,且UE在Msg4中接收到的PDCCH由Msg3携带的C-RNTI加扰,且给新传的数据分配了上行资源,则认为随机接入成功

3、如果msg3是RRC信令,则Msg4的PDCCH用Temporary C-RNTI 加扰, msg4中应当携带48bits的MAC控制元素“UE Contention Resolution Identity”,该控制元素就是msg3的SDU。如果该控制元素和UE保存的msg3的SDU相等,则认为自己的msg3被基站正确接收了,竞争解决完成。将TC-RNTI升级为C-RNTI。

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