基于竞争的随机接入：
一、Msg1
1、Preamble 的主要作用是告诉eNodeB 有一个随机接入请求，并使得 eNodeB 能估计其与 UE 之间的传输时延，以便 eNodeB 校准uplink timing 并将校准信息通过 timing advance command 告知 UE。
2、eNodeB 通过广播 SIB2 发送 prach-ConfigIndex 和 prach-FrequencyOffset，从而确定该小区可用于传输 preamble 的时频资源集合。UE 发起随机接入时，从中选择一个资源（也可能由eNodeB 指定）发送 preamble。因为 eNodeB 不知道 UE 会在哪个时频资源上发送 preamble，所以会在指示的所有 preamble 时频资源上检测并接收 preamble。一旦这两个字段确定了，对接入该小区的所有 UE 而言，preamble 的格式（format）和可选的 PRACH 资源就固定了。
基于竞争的随机接入，其 preamble index 是由 UE 随机选择的。
确定目标接收功率PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER。
//收到 Msg1 的串口打印：
Msg1 [730] [1] : preambleId[26], ta[11], tpc[7], prachConfigIdx[0]
二、Msg2
1、RAR 时间窗起始于发送 preamble 的子帧（如果 preamble 在时域上跨多个子帧，则以最后一个子帧计算） + 3 个子帧，并持续 ra-ResponseWindowSize 个子帧。
2、RA-RNTI= 1 + t_id + 10 * f_id (用于加扰)
3、当 UE 成功地接收到一个 RAR（使用前面介绍的 RA-RNTI 来解码），且该 RAR 中的 preambleindex 与 UE 发送的 preamble index 相同时，则认为成功接收了 RAR，此时 UE 就可以停止监听RAR 了。
Msg1到RAR下发只在L2处理即可。
//发送 Msg2 的串口打印，见 dat 段：
Msg2 PDU [frm:730][sfm:5] :
msg: qlen: 0002 mlen: 0007 00-->00 region: 00
dat: 5a 00 b3 f0 5c 00 3d
对于上面的码流按协议解码其含义如下：
MAC子头及RAR的格式如下：(36.321 6.1.5)
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这样，Msg2的含义解码：
//这样， Msg2 的含义如下
dat: 5a 00 b3 f0 5c 00 3d
5a : 0101 1010
E : 0
T : 1
RAPID : 11010 = 26
Msg2 RAR:
msg: qlen: 0001 mlen: 0006 00-->00 region: 00
dat: 00 b3 f0 5c 00 3d
b3 : 1011 0011 —— TA : 1011 = 11
TC-RNTI : 00 3d = 61
UL Grant : ... ...
三、Msg3
只有基于竞争的随机接入才需要步骤三和步骤四。
1、Msg3 在 UL-SCH 上传输，使用 HARQ，且 RAR 中带的 UL grant 指定的用于 Msg3 的 TB 大小至少为 80 比特。
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。对于处于 RRC_CONNECTED 态的 UE 来说，其唯一标志是 C-RNTI。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。
//发送 Msg3 PUSCH 的串口打印，见 dat 段 :
msg: qlen: 0001 mlen: 0032 00-->00 region: 00
dat: 20 06 1f 5b 73 34 35 01 36 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
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这样，Msg3整个码流在MAC部分的含义解码：
dat: 20 06 1f 5b 73 34 35 01 36 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
20：0010 0000 ：LCID 为 0 ，为CCCH，即MSG3。且F2位为0，长度小于32767byte ，E位为1，有扩展头。
06：0000 0110 ：F位为0，长度小于128 byte，使用 7 bit 长度头。长度为 000 0110，即 6。
1F：0001 1111 ：E位为0，为最后一个MAC子头，使用R/F2/E/LCID的头，LCID为11111，即padding。
5b 73 34 35 01 36 ：第一个头说明了长度为6，5b 73 34 35 01 36 这6个字节即Msg3消息的内容，后面为Padding。
剩下的递给RRC的部分（长度为 6）
5b 73 34 35 01 36
Msg3的内容往上以UL-CCCH递给RRC，按ANS.1解码（36.331 6.2.1）
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这样Msg3的RRC码流解码含义为：
Msg3 RRC ：5b 73 34 35 01 36
5B：0 1 0 1 1011
0：表示 UL-CCCH-MessageType = c1，即CHOICE中的第一个。
. 1：表示是rrcConnectionRequest，即CHOICE中的第二个。
. . 0：表示rrcConnectionRequest-r8，即CHOICE中的第一个。
. . . 1：表示InitialUE-Identity = randomValue，即CHOICE中的第二个。
之后是40 bit的random Value，因此这里5B中的B属于random Value
random Value(40 bit) : b 73 34 35 01 3
还剩下一个 6：0 1 1 0
0 1 1：表示establishmentCause，是一个最大值为7的枚举，占3位，这里011表示为3，即establishmentCause = mo-Signalling
. . . 0：表示BIT STRING (SIZE (1))的spare
那么Msg3就解析完了。
四、Msg4
1、UE 会在 Msg3 有携带自己唯一的标志： C-RNTI 或来自核心网的 UE标志（S-TMSI 或一个随机数）。 eNodeB 在冲突解决机制中，会在 Msg4（我们把步骤四的消息称为 Msg4）中携带该唯一的标志以指定胜出的 UE。而其它没有在冲突解决中胜出的 UE 将重新发起随机接入。
2、eNodeB 会通过 PCell 上使用 C-RNTI （RAR 中指定的 TC-RNTI）加扰的 PDCCH，或 DL-SCH 上传输的 UE ContentionResolution Identity MAC control element 来指明哪个 UE 在冲突解决中胜出。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。
对于如下串口打印
Msg3 RRC pdu: [frm:913][sfm:8]
msg: qlen: 0001 mlen: 0006 00-->00 region: 00
dat: 52 6e 5a 97 05 16
Msg4 subHeader [frm:915][sfm:4] :
msg: qlen: 0001 mlen: 0001 00-->00 region: 00
dat: 3c
Msg4 Contention Resolution Identity [frm:915][sfm:4] :
msg: qlen: 0001 mlen: 0006 00-->00 region: 00
dat: 52 6e 5a 97 05 16
Msg4 TB :
msg: qlen: 0003 mlen: 0041 00-->00 region: 00
dat: 3c 00 52 6e 5a 97 05 16 60 72 98 17 fc c4 11 83 81 b9 88 0b 08 28 02 00 f3 cc 55 5c 30 e4 4c 00 05 84 14 00 26 b0 50 06 00
按协议消息解读：（36.321 6.1.3.4）
image.png
dat: 3c 00 52 6e 5a 97 05 16 60 72 98 17 fc c4 11 83 81 b9 88 0b 08 28 02 00 f3 cc 55 5c 30 e4 4c 00 05 84 14 00 26 b0 50 06 00
3C：0011 1100 ：LCID = 11100，即UE Contention Resolution Identity，E位为1，还有其它头。
00：0000 0000 ：E位为0，为最后一个头，LCID为0。
52 6e 5a 97 05 16 ：为UE Contention Resolution Identity，即L2保存的Msg3的消息内容。
从而得到Msg4在RRC部分的码流
Msg4的内容：60 72 98 17 fc c4 11 83 81 b9 88 0b 08 28 02 00 f3 cc 55 5c 30 e4 4c 00 05 84 14 00 26 b0 50 06 00
按协议解码
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Msg4的内容：60 72 98 17 fc c4 11 83 81 b9 88 0b 08 28 02 00 f3 cc 55 5c 30 e4 4c 00 05 84 14 00 26 b0 50 06 00
继续解析：（36.331 6.2.1 DL-CCCH）
60：0110 0000
0：DL-CCCH-MessageType = c1，即CHOICE的第一个。
11：3，c1中有4个可能，3表示rrcConnectionSetup。
0 0：RRC-TransactionIdentifier范围为0~3，占两位，为0
0：表示c1，取CHOICE的第一个。
00：接后面。
72：0111 0010
000：前面60中有两个0，加72中的一个0，表示CHOICE中的第1个，共8个占三位，第一个即rrcConnectionSetup-r8。
1：表示 rrcConnectionSetup-r8 中的OPTIONAL——RRCConnectionSetup-v8a0-IEs——存在。
1：RadioResourceConfigDedicated是可扩展的，这里占1位，0和1各表示什么含义，目前还没弄明白。
1 0010：接后面。
98： 1001 1000
100101：接上面的1 0010加这里的一个1，100101表示RadioResourceConfigDedicated 中的OPTIONAL，110010，表示存在srb-ToAddModList 、mac-MainConfig、physicalConfigDedicated存在，而drb-ToAddModList、drb-ToReleaseList、sps-Config则不存在。
0：SRB-ToAddModList的范围为1~2，占一位，0表示1。
0：SRB-ToAddMod是可扩展的，占1位。
1 1：SRB-ToAddMod中的两个OPTIONAL，存在。
0：srb-Identity范围为1~2，占一位，0表示1。
0：CHOICE为0，即RLC-Config.
0：RLC-Config是可扩展的，占1位。
17：0001 0111
00：CHOICE有4个可能，占两位，0表示为am。
01 0111：T-PollRetransmit有64种可能的值，占6位，01 0111即23，即ms120。
// 按这种方法解析，不详述
...
五、Msg5
对于如下串口打印
PUSCH TB [frm : 537] [sfm : 2]:
msg: qlen: 0001 mlen: 0032 00-->00 region: 00
dat: 3a 3d 01 39 0f 88 00 00 20 00 d6 0e 82 e4 10 12 20 20 20 64 a8 0c 8c 0b e0 e1 80 80 22 00 5e 04
PUSCH TB [frm : 538] [sfm : 2]:
msg: qlen: 0002 mlen: 0097 00-->00 region: 00
dat: 3f 3f 3d 01 00 b0 01 15 a0 62 4e 53 01 00 42 20 02 00 00 21 02 0c 00 00 00 01 06 0c 00 00 00 00 00 1a 00 00 06 00 00 02 00 00 18 00 00 14 00 00 0a 00 00 20 00 b8 14 00 62 07 cb c0 7d 20 22 06 ae b1 0c 40 14 c0 28 08 45 23 02 00 24 1c 20 80 10 08 04 c0 00 00 04 3e 00 ba 02 07 82 00 00 00 00
RRCConnectionSetupComplete，属于UL-DCCH。走SRB1，要经过PDCP的校验。
解析大致流程同前面。
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// 解析：
3a ：0011 1010：E = 1，LCID = 11010 = Power Headroom Report
3d ：0011 1101：E = 1，LCID = 11101 = Short BSR
01 ：0000 0001：E = 0，LCID = 00001 = SRB1
39 ：0011 1001：PH = 57
0f ：0000 1111：BS Index = 15，means 78 < BS <= 91
88 ：1000 1000：DC = 1（data），FI = 01，E = 0
00 ：0000 0000：RLC SN = 0
00 ：0000 0000：PDCP SN = 0
Data1：20 00 d6 0e 82 e4 10 12 20 20 20 64 a8 0c 8c 0b e0 e1 80 80 22 00 5e 04
// 解析：
3f ：0011 1111：E = 1，LCID = 11111 = Padding
3f ：0011 1111：E = 1，LCID = 11111 = Padding
3d ：0011 1101：E = 1，LCID = 11101 = Short BSR
01 ：0000 0001：E = 0，LCID = 00001 = SRB1
00 ：0000 0000：BS Index = 0
b0 ：1011 0000：DC = 1（data），P = 1，FI = 10，E = 0
01 ：0000 0001：RLC SN = 1
Data2：15 a0 62 4e 53 01 00 42 20 02 00 00 21 02 0c 00 00 00 01 06 0c 00 00 00 00 00 1a 00 00 06 00 00 02 00 00 18 00 00 14 00 00 0a 00 00 20 00 b8 14 00 62 07 cb c0 7d 20 22 06 ae b1 0c 40 14 c0 28 08 45 23 02 00 24 1c 20 80 10 08 04 c0 00 00 04 3e 00 ba 02 07 82
00 00 00 00 ：PDCP MAC-I
所以，PDCP递给RRC的数据应该是：
// Data1 + Data2 ：
20 00 d6 0e 82 e4 10 12 20 20 20 64 a8 0c 8c 0b e0 e1 80 80 22 00 5e 04 15 a0 62 4e 53 01 00 42 20 02 00 00 21 02 0c 00 00 00 01 06 0c 00 00 00 00 00 1a 00 00 06 00 00 02 00 00 18 00 00 14 00 00 0a 00 00 20 00 b8 14 00 62 07 cb c0 7d 20 22 06 ae b1 0c 40 14 c0 28 08 45 23 02 00 24 1c 20 80 10 08 04 c0 00 00 04 3e 00 ba 02 07 82
然后，PDCP将最后的数据送往RRC，打印如下：
[PER ASN.1 Library] cm_pasn3.c:509 Decoding Element nhUL_DCCH_Msg
[PER ASN.1 Library] cm_pasn3.c:509 Decoding Element nhUL_DCCH_MsgTyp
Buf :
msg: qlen: 0003 mlen: 0110 00-->00 region: 00
dat: 20 00 d6 0e 82 e4 10 12 20 20 20 64 a8 0c 8c 0b e0 e1 80 80 22 00 5e 04 15 a0 62 4e 53 01 00 42 20 02 00 00 21 02 0c 00 00 00 01 06 0c 00 00 00 00 00 1a 00 00 06 00 00 02 00 00 18 00 00 14 00 00 0a 00 00 20 00 b8 14 00 62 07 cb c0 7d 20 22 06 ae b1 0c 40 14 c0 28 08 45 23 02 00 24 1c 20 80 10 08 04 c0 00 00 04 3e 00 ba 02 07 82