1、小區(qū)初搜過(guò)程

圖5.10 小區(qū)搜索過(guò)程
小區(qū)搜索基于三個(gè)信號(hào)完成：主同步信號(hào)、輔同步信號(hào)、下行導(dǎo)頻信道。完成：時(shí)間/頻率同步，小區(qū)ID識(shí)別，CP長(zhǎng)度檢測(cè)。完成這些操作后，UE開始讀取PBCH信道信息。主同步信號(hào)PSS占用子幀1、6的第三個(gè)符號(hào)，輔同步信號(hào)SSS占用子幀0、5的最后一個(gè)符號(hào)。PSS和SSS信號(hào)的位置相對(duì)固定。為了系統(tǒng)支持多種傳輸帶寬配置，為了保證各個(gè)系統(tǒng)帶寬下PSS和SSS位置的相對(duì)固定和檢測(cè)算法的實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化，PSS和SSS信號(hào)在頻域上總是處于整個(gè)系統(tǒng)帶寬中央1.08MHz（6個(gè)PRB塊）的位置。

主同步信號(hào)：頻域?yàn)殚L(zhǎng)度62的復(fù)數(shù)序列，3種不同的取值，用于指示物理層小區(qū)標(biāo)識(shí)組內(nèi)的物理層小區(qū)標(biāo)識(shí)。
輔同步信道：頻域?yàn)殚L(zhǎng)度62的二進(jìn)制實(shí)數(shù)序列（頻域?qū)崝?shù)序列對(duì)應(yīng)時(shí)域?qū)ΨQ的結(jié)構(gòu)，可用自相關(guān)的方法進(jìn)行搜索），10ms中的兩個(gè)輔同步時(shí)隙（0和10）采用不同的序列，168種組合，在主同步信道的基礎(chǔ)上，指示168個(gè)物理層小區(qū)組ID。
下行導(dǎo)頻信道：用于更精確的時(shí)間同步和頻率同步。
ENB一直處于開機(jī)狀態(tài)，UE無(wú)論開機(jī)還是mobility，都通過(guò)小區(qū)搜索（cell search）實(shí)現(xiàn)時(shí)、頻同步，同時(shí)獲得cell PHY ID。然后讀PBCH，得到系統(tǒng)幀號(hào)和帶寬信息，以及PHICH的配置等系統(tǒng)消息，具體步驟如下：
（1） 一般來(lái)說(shuō)應(yīng)該UE先對(duì)可能存在小區(qū)的頻率范圍內(nèi)測(cè)量小區(qū)信號(hào)強(qiáng)度RSSI，據(jù)此找到一個(gè)可能存在小區(qū)的中心頻點(diǎn)；
（2）然后在這個(gè)中心頻點(diǎn)周圍收PSS和SSS，這兩個(gè)信號(hào)和系統(tǒng)帶寬沒(méi)有限制，配置是固定的，而且信號(hào)本身以5ms為周期重復(fù)，并且是ZC序列，具有很強(qiáng)的相關(guān)性，因此可以直接檢測(cè)并接收到，據(jù)此可以得到小區(qū)Id，同時(shí)得到小區(qū)定時(shí)的5ms邊界；
（3）5ms邊界得到后，根據(jù)PBCH的時(shí)頻位置，使用滑窗方法盲檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)crc校驗(yàn)結(jié)果正確，則說(shuō)明當(dāng)前滑動(dòng)窗就是10ms的幀邊界，并且可以根據(jù)PBCH的內(nèi)容得到系統(tǒng)幀號(hào)和帶寬信息，以及PHICH的配置；
（4）至此，UE實(shí)現(xiàn)了和eNB的定時(shí)同步。

當(dāng)獲取了PBCH信息后，要獲得更多的無(wú)線信道參數(shù)等還要接受其余的SIB信息，這些信息在PDSCH上發(fā)送：
（1）接收PCFICH，此時(shí)該信道的時(shí)頻資源就是固定已知的了，可以接收并解析得到PDCCH的symbol數(shù)目；
（2）接收PHICH，根據(jù)PBCH中指示的配置信息接收PHICH；
（3）在控制區(qū)域內(nèi)，除去PCFICH和PHICH的其他CCE上，搜索PDCCH并做譯碼；
（4） 檢測(cè)PDCCH的CRC中的RNTI，如果為SI-RNTI，則說(shuō)明后面的PDSCH是一個(gè)SIB，于
是接收PDSCH，譯碼后將SIB上報(bào)給高層協(xié)議棧；
（5）不斷接收SIB，HLS會(huì)判斷接收的系統(tǒng)消息是否足夠，如果足夠則停止接收SIB
至此，小區(qū)搜索過(guò)程結(jié)束。


2、隨機(jī)接入過(guò)程
隨機(jī)接入是UE與網(wǎng)絡(luò)之間建立無(wú)線鏈路的必經(jīng)過(guò)程。只有隨機(jī)接入完成后，eNB和
UE才可能進(jìn)行常規(guī)數(shù)據(jù)傳輸和接收。


UE可以通過(guò)隨機(jī)接入過(guò)程實(shí)現(xiàn)兩個(gè)基本功能：
取得與eNB之間的上行同步：
申請(qǐng)上行資源。
隨機(jī)接入過(guò)程涉及物理層、MAC層、RRC層等多個(gè)協(xié)議層。物理層定義隨機(jī)接入過(guò)程所需要的前導(dǎo)碼（preamble）、PRACH信道資源、隨機(jī)接入過(guò)程各消息的時(shí)序關(guān)系等;MAC層負(fù)責(zé)控制隨機(jī)接入過(guò)程觸發(fā)與實(shí)施；對(duì)于一些特殊的隨機(jī)接入場(chǎng)景，例如切換過(guò)程中的隨機(jī)接入，則需要RRC層的參與。
隨機(jī)接入過(guò)程應(yīng)用于以下6種場(chǎng)景：
從RRC_IDLE狀態(tài)初始接入，即RRC連接建立；
無(wú)線鏈路失敗后初始隨機(jī)接入，即RRC連接重建；
切換
下行數(shù)據(jù)到達(dá)且UE空口處于上行失步狀態(tài)；
上行數(shù)據(jù)到達(dá)且UE空口處于上行失步狀態(tài)，或者雖未失步但需要通過(guò)隨機(jī)接入申請(qǐng)上行資源；
輔助定位，網(wǎng)絡(luò)利用隨機(jī)接入獲取時(shí)間提前量（TA，timing Advance）

根據(jù)UE發(fā)起preamble碼時(shí)是否存在碰撞的風(fēng)險(xiǎn)，隨機(jī)接入過(guò)程可分為競(jìng)爭(zhēng)隨機(jī)接入和非競(jìng)爭(zhēng)隨機(jī)接入。
基于競(jìng)爭(zhēng)模式的隨機(jī)接入：
RRC_IDLE狀態(tài)下的初始接入；
無(wú)線鏈路出錯(cuò)以后的初始接入；
RRC_CONNECTED狀態(tài)下，當(dāng)有上行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，例如在上行失步后“non-synchronised”， 或者沒(méi)有PUCCH資源用于發(fā)送調(diào)度請(qǐng)求消息，也就是說(shuō)在這個(gè)時(shí)候除了通過(guò)隨機(jī)接入的方式外，沒(méi)有其它途徑告訴eNB，UE存在上行數(shù)據(jù)需要發(fā)送
基于非競(jìng)爭(zhēng)模式的隨機(jī)接入：
RRC_CONNECTED狀態(tài)下，當(dāng)下行有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，這時(shí)上行失步“non-synchronised”，因?yàn)閿?shù)據(jù)的傳輸除了接收外，還需要確認(rèn)，如果上行失步的話，eNB無(wú)法保證能夠收到UE的確認(rèn)信息，因?yàn)檫@時(shí)下行還是同步的，因此可以通過(guò)下行消息告訴UE發(fā)起隨機(jī)接入需要使用的資源，比如前導(dǎo)序列以及發(fā)送時(shí)機(jī)等，因?yàn)檫@些資源都是雙方已知的，因此不需要通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)的方式接入系統(tǒng)
切換過(guò)程中的隨機(jī)接入，在切換的過(guò)程中，目標(biāo)eNB可以通過(guò)服務(wù)eNB來(lái)告訴UE它可以使用的資源；
是否基于競(jìng)爭(zhēng)在于在當(dāng)時(shí)終端能否監(jiān)聽到eNB傳遞的下行控制信道，以便獲得特定的資源用于傳輸上行前導(dǎo)，當(dāng)然這個(gè)判斷是由eNB作出的，而不是UE自己來(lái)決定的。


圖5.11 隨機(jī)接入過(guò)程
基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入流程如上圖所示，主要分為四個(gè)步驟：
步驟1：UE隨機(jī)選擇一個(gè)Preamble碼，在PRACH上發(fā)送；
在發(fā)送上行接入前導(dǎo)序列之前，終端應(yīng)該已經(jīng)和系統(tǒng)下行同步好了，下行同步意味著UE獲得了幀同步以及系統(tǒng)廣播消息，但是上行并沒(méi)有同步。通過(guò)前導(dǎo)序列，讓eNB知道存在一個(gè)終端試圖跟基站建立連接；
eNB負(fù)責(zé)對(duì)Preambler碼以及用于preambler碼的PRACH信道資源進(jìn)行配置，并通過(guò)系統(tǒng)消息將配置結(jié)果通知小區(qū)內(nèi)駐留的UE。

步驟2：eNode B在檢測(cè)到有Preamble碼發(fā)送后，下行發(fā)送隨機(jī)接入響應(yīng)，隨機(jī)接入響應(yīng)中包含以下信息：
Backoff(回退)參數(shù)（指示如果本次隨接入失敗，UE下次發(fā)起隨機(jī)接入的時(shí)延最大值）;
所收到的Preamble碼的編號(hào)；
所收到的Preamble碼對(duì)應(yīng)的時(shí)間調(diào)整量（用于Msg3上行傳輸定時(shí)提前量）；
為該終端（Msg3）分配的上行資源位置指示信息；
臨時(shí)C-RNTI分配（小區(qū)級(jí)終端標(biāo)識(shí)）。
步驟3：UE在收到隨機(jī)接入響應(yīng)后，根據(jù)其指示，在分配的上行資源上發(fā)送上行Msg3消息（RRCConnection Request），Msg3的傳輸支持HARQ過(guò)程，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定eNB分配的上行資源至少應(yīng)支持凈載荷為56bit的信息傳輸。
Msg3的初始傳輸時(shí)唯一通過(guò)MAC層消息指示的上行數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)度傳輸，當(dāng)隨機(jī)接入過(guò)程完成后，其他動(dòng)態(tài)調(diào)度上行初始傳輸都是物理層信道（PDCCH）進(jìn)行資源分配指示。
Msg3的重傳獲得PDCCH通知UE，UE通過(guò)接收臨時(shí)C_RNTI加擾的PDCCH獲取重傳指示，其中C_RNTI在Msg2中攜帶。
針對(duì)不同場(chǎng)景攜帶不同內(nèi)容
初始接入：攜帶RRC層生成的RRC連接請(qǐng)求消息
連接重建：攜帶RRC層生成的RRC重建請(qǐng)求消息
切換：傳輸RRC層生成的RRC切換完成消息及UE的C_RNTI。
上下行數(shù)據(jù)到達(dá)：至少傳輸U(kuò)E的C-RNTI。
步驟4：Node B接收UE的上行消息，并向接入成功的UE返回競(jìng)爭(zhēng)解決消息（RRC Connection Setup）。
初始和連接重建;Msg4通過(guò)MAC層控制單元攜帶UE競(jìng)爭(zhēng)解決標(biāo)識(shí)，該MAC CE中包含UE在Msg3中傳輸?shù)腃CCH SDU，UE在接受到該MAC CE后，與其在Msg3中發(fā)送的高層標(biāo)識(shí)進(jìn)行對(duì)比，二者相同則判定為競(jìng)爭(zhēng)解決成功。在競(jìng)爭(zhēng)解決成功后，臨時(shí)C_RNTI升級(jí)為UE的C_RNTI。
Msg4采用HARQ機(jī)制，但只有成功解碼Msg4并成功解決競(jìng)爭(zhēng)的UE才反饋ACK，其他情況不進(jìn)行反饋。
UE在發(fā)送Msg3之后啟動(dòng)解決定時(shí)器，并在每次Msg3重傳是啟動(dòng)競(jìng)爭(zhēng)解決定時(shí)器。如果知道競(jìng)爭(zhēng)解決定時(shí)器超時(shí)都沒(méi)有完成競(jìng)爭(zhēng)解決，則認(rèn)為競(jìng)爭(zhēng)失敗。競(jìng)爭(zhēng)失敗后，與Msg2接收失敗的操作類似：依據(jù)backoff參數(shù)的時(shí)延制決定一下次發(fā)起隨機(jī)接入的時(shí)刻，并選擇隨機(jī)接入資源發(fā)起一下次隨機(jī)接入。到達(dá)最大的隨機(jī)接入次數(shù)后，UE MAC層向RRC層上報(bào)隨機(jī)接入問(wèn)題。

只有第一步是純粹的物理層過(guò)層，后面三個(gè)步驟跟普通的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程沒(méi)有區(qū)別，看MAC協(xié)議經(jīng)�？吹組SG3或者M(jìn)SG4等等，因?yàn)樵陔S機(jī)接入的過(guò)程中，這些消息的內(nèi)容不是固定，有時(shí)候可能攜帶的是RRC連接請(qǐng)求，有時(shí)候可能會(huì)帶一些控制消息甚至業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包，因此簡(jiǎn)稱為消息3之類，其意思就是第三條消息。
注：值得注意的是, 沖突解決消息MSG4, 也是基于HARQ的. 只有贏得沖突的UE才發(fā)送ACK值, 失去沖突或無(wú)法解碼Msg4 的UE不發(fā)送任何反饋消息