UE接入过程(LTE和NR)

目录

LTE随机接入流程

MSG1-MSG4

MSG1 UE向eNB发送前导码(Random Access Preamble on RACH in uplink)

MSG2 eNB向UE发送MSG2（Random Access Response generated by MAC on DL-SCH）

MSG3 UE向eNB发送MSG3（First scheduled UL transmission on UL-SCH）

MSG4 eNB向UE发送MSG4（Contention Resolution on DL）

LTE随机接入信令

NR随机接入流程

NR和LTE随机接入区别

NR随机接入信令

初始接入过程RRC信令作用

扩展

MIB和SIB

RNTI

5G中的RNTI

RNTI值和信道之间的映射

RB

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LTE随机接入流程

下图是36300给出的竞争随机接入的四步过程，包括Random Access Preamble （MSG1）和Random Access Response（MSG2）、Scheduled Transmission（MSG3）和Contention Resolution（MSG4）

  

MSG1-MSG4

MSG1 UE向eNB发送前导码(Random Access Preamble on RACH in uplink)

       随机接入前导序列码集合是由物理层生成的最大数目为64个Zadoff-Chu序列及其移位序列组成。eNB侧的RRC分配部分或全部Preamble序列的索引值用于竞争随机接入，并通过系统信息SIB2广播到UE。UE随机接入需要的PRACH物理信道资源如PRACH个数和时频位置等也由RRC通过系统消息SIB2广播到UE。UE侧的RRC收到SIB2后，解析出其中的Preamble信息并配置到MAC，由MAC根据路损等信息在Preamble集合中随机选择一个Preamble索引配置给物理层，物理层根据MAC的Preamble索引，通过查表/公式生成有效的Preamble ZC序列并发送到eNB。

MSG2 eNB向UE发送MSG2（Random Access Response generated by MAC on DL-SCH）

eNB会在PRACH中盲检测前导码，如果eNB检测到了随机接入前导序列码Radom Access Preamble，则上报给MAC，后续会在随机接入响应窗口内，在下行共享信道PDSCH中反馈MAC的随机接入响应Radom Access Response。

RA Response（MSG2）消息中包含：MSG1中的RA Preamble（供UE匹配操作）、UE上行定时提前量TA（11位，粗调）、backoff回退参数（重新发起Preamble码应延迟再次接入的时间）、为传输MSG3分配的PUSCH上行调度信息UL_Grant(授予)（包括是否跳频、调制编码率、接入资源和接入时刻等内容）、Temple C-RNTI（供MSG3加扰使用）。

RA response（MSG2）是一个独立的MAC PDU，在DL-SCH中承载。一个MSG2中可以包含多个UE的Preamble，即响应多个UE的随机接入请求。UE通过检测MSG2中是否携带了其发送的Preamble码来标识是否收到了eNB的随机接入响应，但此时还没有完成竞争解决，并不表示此次eNB侧的应答就是针对本UE的应答。

MSG3 UE向eNB发送MSG3（First scheduled UL transmission on UL-SCH）

       UE根据RA Response中的TA调整量可以获得上行同步，并在eNB为其分配的上行资源中传输MSG3，以便进行后续的数据传输。

MSG3可能携带RRC建链消息（RRC Connection Request），也可能携带RRC重建消息（RRC Connection Re-establishment Request ）。如果有层3消息(RRC属于网络层，即为层3)，那么MAC需要保存该CCCH SDU信息(此处所说的是UE侧的MAC保存CCCH SDU信息)，因为eNB MAC发送MSG4的时候需要将UE的这个CCCH SDU信息回发给UE，当做竞争解决标识（UE Contention Resolution Identity）使用，以便完成最终的竞争解决。

MSG4 eNB向UE发送MSG4（Contention Resolution on DL）

对于初始接入和重建的情况，MSG4中的MAC PDU会携带竞争解决标识（UE Contention Resolution Identity，即MSG3中的CCCH SDU，RRC Connection Request、RRC Connection Re-establishment Request 等消息）。(相当于MSG4中带着，ue通过MSG3带到基站的信物，这样才能保证正确识别到ue，从而准确地接入)

（1）UE在解码TC-RNTI(临时小区)加扰的PDCCH信道后（The Temporary C-RNTI on PDCCH for initial access and after radio link failure），继续在PDSCH信道中获取MSG4的MAC PDU内容，解码成功后，与UE之前在MSG3中发送的CCCH SDU进行比较，二者相同则竞争解决成功（因为不同的UE，其标识不同）。此时MSG3的MAC-CE中不会携带CRNTI字段，对于重建而言，CCCH SDU中则会携带CRNTI信息(也就是原来小区的RNTI)，RRC据此区分不同的UE。竞争解决后，TC-RNTI转正为CRNTI(The Temporary C-RNTI is promoted to C-RNTI for a UE which detects RA success and does not already have a C-RNTI; it is dropped by others. )
（2）对于切换、上/下行数据传输但失步等其他场景进行的竞争随机接入场景，此时因为UE已经分配了C-RNTI，在MSG3的MAC-CE中会将C-RNTI通知到eNB，因此eNB使用旧的C-RNTI加扰的PDCCH调度MSG4，而不使用TCRNTI加扰MSG4(The C-RNTI on PDCCH for UE in RRC_CONNECTED)。UE解码出PDCCH调度命令的时候表示完成竞争解决，MSG4中的具体内容已经与竞争解决无关。这时，MSG2中由eNB分配的TC-RNTI失效，后续由eNB继续分配给其它UE使用(A UE which detects RA success and already has a C-RNTI, resumes using its C-RNTI.)。因此，此种场景MSG4中不包括UE竞争解决标识。

除了MSG3支持HARQ重传外，MSG4消息也支持HARQ过程，UE通过PUCCH指示ACK，eNB PHY收到ACK后报给MAC。只有成功完成竞争解决的UE才反馈ACK。

LTE随机接入信令

1.Random Access Preamble，处在RRC_IDLE态的UE进行Attach过程，首先发起随机接入过程，即MSG1消息；
2.eNB检测到MSG1消息后，向UE发送随机接入响应消息(RA Response)，即MSG2消息；
3.UE收到随机接入响应后，根据MSG2的TA调整上行发送时机，向eNB发送RRCConnectionRequest消息，即MSG3消息；
4.eNB向UE发送RRCConnectionSetup消息，包含建立SRB1承载信息(建立SRB1)和无线资源配置信息，即MSG4消息；
5.UE完成SRB1承载和无线资源配置(表示SRB1已经建立成功)，向eNB发送RRCConnectionSetupComplete消息，包含NAS层Attach request信息；此时SRB1建立之后UE就从RRC_IDLE进入RRC_Connected状态
6.eNB选择MME，向MME发送INITIAL UE MESSAGE消息，包含NAS层Attach request消息；
7.MME向eNB发送INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST（上下文）消息，请求建立默认承载，包含NAS层Attach Accept、Activate default EPS bearer context request消息；

8.eNB接收到INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息，如果不包含UE能力信息，则eNB向UE发送UECapabilityEnquiry消息，查询UE能力(手机能力，即UE Capability，是一堆参数集合，包括UE Category，PDCP参数、RLC参数、物理层参数、RF参数等等。其中的UE Category就表示这部手机下载和上传能达到的最高速率)
9.UE向eNB发送UECapabilityInformation消息，报告UE能力信息；
10.eNB向MME发送UE CAPABILITY INFO INDICATION消息，更新MME的UE能力信息；
11.eNB根据INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息中UE支持的安全信息，向UE发送 
SecurityModeCommand消息，进行安全激活；
12.UE向eNB发送SecurityModeComplete消息，表示安全激活完成；
13.eNB根据INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息中的ERAB建立信息，向UE发送RRCConnectionReconfiguration消息进行UE资源重配，包括重配SRB1和无线资源配置，建立SRB2、DRB（包括默认承载）等；
14.UE向eNB发送RRCConnectionReconfigurationComplete消息，表示资源配置完成（表示SRB2无线承载建立成功）；
15.eNB向MME发送INITIAL CONTEXT SETUP RESPONSE响应消息，表明UE上下文建立完成；
16.UE向eNB发送ULInformationTransfer消息，包含NAS层Attach Complete、Activate default EPS bearer context accept消息；
17.eNB向MME发送上行直传UPLINK NAS TRANSPORT消息，包含NAS层Attach Complete、Activate default EPS bearer context accept消息。

NR随机接入流程

NR和LTE随机接入区别

NR下UE接入由于NR采用CUDU分离，使得原本图一UE<-> eNB<-> MME的信令交互关系变成图二所示的UE<->gNB_DU<->gNB_CU<-> AMF信令交互关系。

原先UE与eNB通过控制面RRC<->PDCP<->RLC<->MAC<->PHY进行信令传递。CUDU分离之后CU与DU间通过F1AP进行消息传递，因此原先的RRC信令需要通过F1AP进行组包透传。其中，Inital UL RRC Message进行Msg3透传，DL RRC Message Transfer (回复MSG3透传消息)和UL RRC Message Transfer 进行其他RRC消息的透传。

NR随机接入信令

1、UE向gNB-DU发送RRC连接请求消息 RRCConectionRquest(MSG3)。

2、gNB-DU收到RRC消息，并且如果UE被允许的状态，则在F1AP接口发起INITIAL UL RRC MESSAGE TRANSFER消息中包括用于UE的相应低层配置，并且传输到gNB-CU。初始UL RRC消息传输消息包括由gNB-DU分配的C-RNTI（?这是什么意思？是在重建立吗？）。

3、gNB-CU为UE分配gNB-CU UE F1AP ID，并向UE生成RRC CONNECTION SETUP消息。RRC消息被封装在F1AP DL RRC MESSAGE TRANSFER消息中。

4、gNB-DU向UE发送RRC CONNECTION SETUP消息 MSG4。

5、UE将RRC CONNECTION SETUP COMPLETE消息发送到gNB-DU。

6、gNB-DU将RRC消息封装在F1AP UL RRC MESSAGE TRANSFER消息中并将其发送到gNB-CU。

7、gNB-CU将INITIAL UE MESSAGE消息发送到AMF。

8、AMF将初始UE上下文建立请求Initial UE Context Setup Request消息发送到gNB-CU。

9、gNB-CU发送UE上下文建立请求消息UE Context Setup Request以在gNB-DU中建立UE上下文。在该消息中，它还可以封装RRC SECURITY MODE COMMAND消息。

10、gNB-DU向UE发送RRC SECURITY MODE COMMAND消息。

11、gNB-DU将UE CONTEXT SETUP RESPONSE消息发送给gNB-CU(针对UE Context Setup Request的响应)。

12、UE以RRC SECURITY MODE COMPLETE消息进行响应

13、gNB-DU将RRC消息封装在F1AP UL RRC MESSAGE TRANSFER消息中并将其发送到gNB-CU。

14、gNB-CU生成RRC CONNECTION RECONFIGURATION消息并将其封装在F1APDL RRC MESSAGE TRANSFER消息中

15、gNB-DU向UE发送RRC CONNECTION RECONFIGURATION消息。

16、UE向gNB-DU发送RRC CONNECTION RECONFIGURATIONCOMPLETE消息(上下文建立成功)。

17、gNB-DU将RRC消息封装在F1AP UL RRC MESSAGE TRANSFER消息中并将其发送到gNB-CU。

18、gNB-CU向AMF发送INITIAL UE CONTEXT SETUP RESPONSE消息。

初始接入过程RRC信令作用

1. RRC Connection Request主要进行RRC连接建立请求，携带初始UE_ID和连接建立原因。

2. RRC Connection Setup主要携带UE进行SRB1信令承载建立的参数(收到complete表示承载SRB1建立完成)。

3. RRC Connection Setup Complete 主要是告知NR完成RRC连接建立，并携带Attach Request的NAS消息，NAS消息中携带UE的IMSI，用于核心网鉴权。

4. RRC Security Mode Command 主要携带AS层安全激活参数，UE通过SIM卡中的用户数据完成安全激活。

5. RRC Security Mode Complete 主要告知NR完成了安全激活。

6. RRC Connection Reconfiguration 主要是发送UE进行信令承载SRB2和数据承载DRB的参数，以及Attach Accept的NAS消息，并可以携带测量等其他相关参数。

7. RRC Connection Reconfiguration Complete 通知NR 重配完成，表示承载SRB2建立成。

8. UL NAS Transfer 主要携带Attach Complete的NAS消息以及承载激活。

扩展

MIB和SIB

为了能正常接入小区，UE在完成扫频（无论是指定频点扫频还是全频段扫频，目的都是为了找到合适的中心载波频点，和小区同步之后，还需要继续读取小区的系统信息。系统信息是由网侧不断的重复广播的，这样无论UE什么时候开机，都能及时的获取到系统信息。

LTE的系统信息被分为两大类：MasterInformationBlock（MIB）消息和多个SystemInformationBlocks（SIBs）消息。MIB消息在PBCH中传输，不使用RNTI加扰；而SIB消息是在PDSCH中传输，使用SI-RNTI加扰。

MIB消息包含的参数(LTE)dl-Bandwidth：下行带宽参数，指示当前下行链路的带宽大小、phich-Config：PHICH配置参数，systemFrameNumber：系统帧号，用于UE和网侧的帧同步

MIB中承载的信息只是系统信息中非常有限的一部分，大多数的系统信息仍然需要通过SIB块发送。eNB在发出MIB之后，会继续发送若干条不同类型的SIB（System Information Block），这些SIB为UE提供了小区驻留、重传、链路建立等等所需的若干参数。LTE的SIB类型有很多种，对于R9版本的协议来说，SIB具体包括SIB1、SIB2、SIB3、SIB4、SIB5、SIB6、SIB7、SIB8、SIB9、SIB10、SIB11、SIB12、SIB13这13类。

SIB1：主要携带小区接入和小区选择相关信息，以及LTE-TDD子帧配置、其他SIB块的调度和窗口信息等。

SIB2：主要携带公共的无线资源配置相关信息，包括接入BAR信息、PRACH配置信息、上行频点信息、MBSFN配置等。

SIB3：携带同频、异频、跨制式小区重选相关的公共信息。

SIB4：携带用于同频小区重选的邻区信息。

SIB5：携带用于异频小区重选的邻区信息。

SIB6：携带用于跨制式（UTRA）小区重选的邻区信息。

SIB7：携带用于跨制式（GERAN）小区重选的邻区信息。

SIB8：携带用于跨制式（CDMA2000）小区重选的邻区信息。

SIB9：携带HOME eNB（HNB）的相关信息。

SIB10/11：携带ETWS（Earthquake and Tsunami Warning System）的相关信息。当UE从寻呼消息中解码发现有ETWS消息存在时，就需要从SIB10/11中获取具体的ETWS内容。

SIB12：携带CMAS（Commercial Mobile Alerting System）的相关信息。当UE从寻呼消息中解码发现有CMAS消息存在时，就需要从SIB12中获取具体的CMAS内容。

SIB13：携带MBMS（Multimedia Broadcast Multicast Service）的相关信息。

所有SIB中最重要的当属SIB1，因为SIB1除携带了UE接入小区等所需的参数之外，还携带了其他SIB类型的调度信息。如果UE解码不到SIB1，也就无法解码其他类型的SIB。基于此，协议规定eNB通过两种不同的方式广播SIB：第一种是通过SystemInformationBlockType1消息周期广播SIB1，第二种是通过多个SI（SystemInformation）消息周期广播除SIB1之外的其它SIB，如图所示。（MIB也是周期广播的）

RNTI

Radio Network Temporary Identifier，无线网络临时标识。RNTI是终端在LTE无线网络内的唯一标识。
RNTI是LTE技术从WCDMA技术中继承过来的：在WCDMA系统中，在终端UE与无线网络的信令连接建立后，RNC将为UE分配一个RNTI，作为终端在WCDMA无线网络内的唯一标识。在LTE系统中也采用了类似的处理方式，在终端UE与无线网络的信令连接建立后，eNB将为 UE分配一个RNTI，作为终端在LTE无线网络内的唯一标识。

在WCDMA系统中，RNTI分为S-RNTI和C-RNTI，在LTE系统中RNTI的种类更多。

5G中的RNTI

RNTI代表无线网络临时标识符。RNTIs用于区分/识别小区中连接的UE、特定无线信道、寻呼情况下的一组UE、由eNB发出功率控制的一组UE、由5G gNB为所有UE发送的系统信息。

RNTI的类型

根据3GPP规范38.321，以下是为新无线电定义的RNTI列表。许多RNTIs类似于LTE，而一些新的RNTIs被引入以支持为NR定义的新用途。

1. SI-RNTI : System Information RNTI
2. P-RNTI : Paging RNTI
3. RA-RNTI: Random Access RNTI
4. TC-RNTI : Temporary Cell RNTI
5. C-RNTI : Cell RNTI
6. MCS-C-RNTI : Modulcation Coding Scheme Cell RNTI
7. CS-RNTI : Configured Scheduling RNTI
8. TPC-PUCCH-RNTI :Transmit Power Control-PUCCH – RNTI
9. TPC-PUSCH-RNTI :Transmit Power Control-PUSCH – RNTI
10. TPC-SRS-RNTI : Transmit Power Control-Sounding Reference Symbols – RNTI
11. INT-RNTI : Interruption RNTI
12. SFI-RNTI : Slot Format Indication RNTI
13. SP-CSI-RNTI : Semi-Persistent CSI RNTI

1. 系统信息RNTI（SI-RNTI）用于系统信息的广播。它是一个公共RNTI，意思是，它没有被显式地分配给任何UE，也没有被分配给小区中的所有UE。SI-RNTI的长度为16位，其值固定为65535（0xFFFF）。单个SI-RNTI用于处理所有SI消息，系统信息的广播使用BCCH逻辑信道，BCCH逻辑信道映射到DL-SCH传输信道，后者内部映射到PDSCH物理信道。ue应该知道携带系统信息的PDSCH的调度信息。所需的调度信息包含在DCI（下行链路控制信息）中，DCI的CRC被SI-RNTI置乱。UE在SI窗口的开始处（对于相关SI消息）开始解码用SI-RNTI置乱的PDCCH，直到SI窗口的结束，或者直到接收到SI消息（不包括以下子帧）。

2. 寻呼RNTI（P-RNTI）被ue用于接收寻呼。这也是一个常见的RNTI，意味着它没有显式地分配给任何UE。P-RNTI的长度为16位，其值固定为65534（0xFFFE）。寻呼消息由映射到PCH传输信道的PCCH逻辑信道携带。PCH传输信道被映射到PDSCH物理信道。gNB对PDCCH的CRC和P-RNTI进行置乱，以传输携带寻呼信息的PDSCH，DCI格式携带寻呼的调度信息。

3.随机存取RNTI（RA-RNTI）是在随机存取过程中使用的，gNB的MAC产生随机存取响应（RAR）作为对UE发送的随机存取前导码的响应。RAR在DL-SCH传输信道上传输，该信道将实习生映射到PDSCH。gNB将PDCCH的CRC与RA-RNTI进行置乱，以传输携带RAR的PDSCH。RA-RNTI可以被寻址到多个ue，即多个ue可以解码被同一个ue扰乱的PDCCH。（msg2竞争还没有解决）

4. 临时小区RNTI（TC-RNTI）也用于随机接入过程中，gNB的MAC产生随机接入响应（RAR）作为对UE发送的随机接入前导码的响应。MAC RAR包含临时C-RNTI。在基于竞争的随机访问过程中，UE存储接收到的Temp C-RNTI（在RAR中接收），并在随机访问过程中使用它。在非基于竞争的随机访问过程中，UE应丢弃RAR中接收到的临时C-RNTI值。UE应使用Temp C-RNTI对msg3（对应于RAR授权的PUSCH）进行置乱和重发。在基于竞争的RA过程中，UE监视使用Temp C-RNTI的PDCCH加扰。对于检测RA成功并且还没有C-RNTI的UE，Temp C-RNTI提升为C-RNTI。

5. 小区RNTI（Cell RNTI）是一种用于识别专用于特定UE的RRC连接和调度的唯一标识。gNB为不同的ue分配不同的C-RNTI值。gNB使用C-RNTI来分配具有上行链路授权、下行链路分配等的UE。gNB使用C-RNTI来区分UE的上行链路传输（例如PUSCH、PUCCH）与其他UE。

6.发射功率控制RNTI（TPC-RNTI）用于上行功率控制。TPC-RNTI有三种类型，即TPC-PUSCH-RNTI、TPC-PUCCH-RNTI和TPC-SRS-RNTI。通常，TPC RNTI被分配给一组ue。gNB可以通过更高层信令（RRC）为UE配置TPC-PUSCH-RNTI、TPC-PUCCH-RNTI和TPC-SRS-RNTI。

RNTI值和信道之间的映射

RB

Radio Bearer (RB)是Uu接口连接eNodeB和UE的通道（包括PHY、MAC、RLC和PDCP），任何在Uu接口上传输的数据都要经过RB。RB包括SRB和DRB，SRB是系统的信令消息实际传输的通道，DRB是用户数据实际传输的通道。SRB0是缺省承载，UE在RRC_IDLE时该承载已经存在。

RRC是管理RB的协议实体，通过RRC信令的交互完成RB的建立、修改以及释放等功能。

通俗的讲RRC连接指的是UE和eNodeB之间建立的SRB1,因为标准规定SRB0是不需要建立的，UE在RRC_IDLE状态就可以获得SRB0的配置和资源，如果需要可以直接使用。

(1)系统中业务发起的过程是通过SRB0上传输信令，建立SRB1,SRB1建立之后UE就进入RRC_Connected状态；

(2)进而通过SRB1传输信令，建立SRB2用来传输NAS信令；

利用SRB1传输信令建立DRB来传输用户数据，在业务过程中通过SRB1进行管理；当业务结束后，SRB1上传输的信令可以将所有的DRB、SRB释放，使得UE进入到RRC_IDLE状态，在需要时UE唯一可以使用的资源就是SRB0，而且需要在完成随机接入之后进行。

附加：LTE中的SRB0是默认存在的，在ATTACH中，RRC connection Request 和RRC connection setup就是走的SRB0通道。而RRC connection setup complete这条消息就是确认SRB1的建立。SRB1建立后，才开始建立SRB2和DRB，而RRC connection reconfig complete这条消息就是确认建立了SRB2和DRB RRCConnectionReconfiguration