? Case3：当UE进行切换时，UE会在目标小区发起随机接入。
? Case4：下行数据到达，当? Case5：上行数据到达，当
UE处于连接态，eNodeB有下行数据需要传输给UE，却发现
UE上行失步状态，则eNodeB将控制UE发起随机接入。
UE处于连接态，UE有上行数据需要传输给eNodeB，却发现
自己处于上行失步状态，则UE将发起随机接入。
? Case6：LCS（LoCation Services）定位触发的随机接入，详细请参见参考文档[10]。
随机接入过程分为基于竞争与基于非竞争两种情况：
? 基于竞争的随机接入，接入前导由
UE产生，不同UE产生前导可能冲突，eNodeB需要
通过竞争解决不同UE的接入。Case1、Case 2和Case 5属于基于竞争的随机接入。 eNodeB分配给UE，这些接入前导属于专用前导。
在这种情况下，UE不会发生前导冲突。但在eNodeB专用前导用完时，非竞争的随机接入就变成基于竞争的随机接入。Case3、Case 4和Case6属于基于非竞争的随机接入。
? 基于非竞争的随机接入，接入前导由
RACH为传输信道，仅用于传送随机接入前导。前导在MAC层就完成处理，因此RACH没有对应的逻辑信道。PRACH是RACH映射的物理信道，负责承载RACH。PRACH有固定的时频资源，时频资源的获得通过系统消息SIB2中的公共信道配置参数获得。
随机接入前导
前导概述
在UE进行随机接入的过程中，eNodeB需要为UE分配随机接入前导。随机接入前导为一个脉冲，在时域上包括一个CP的时间长度TCP，一个前导序列的时间长度TSEQ，剩余时域部分作为GP保护间隔（Guard Period），在频域上为6个资源块。
随机接入前导有5种不同格式，分别用于不同半径的小区。用户通过参数PreambleFmt设置相应的前导格式，通过参数CellRadius设置小区半径。举例说明，表4-1表示了不同的前导格式所对应的CP与序列长度以及小区半径。 表4-1 不同格式的前导信息示例 前导格式 0 1 2 3 4
前导格式4，只用在特殊子帧UpPTS配置为
和
。
脉冲 1000us 2000us 2000us 3000us 167.9us TCP 103.1us 684.4us 203.1us 684.4us 14.58us TSEQ 800us 800us 1600us 1600us 133.33us TDD小区半径R 1.4km 号。针对每一个prach-ConfigurationIndex所指示的信息有所不同，详细请参见参考文档11-1。eNodeB将根据PRACH的负载情况，自适应调整prach-ConfigurationIndex值，避免因PRACH超载导致UE发生前导碰撞。 前导序列的生成与分组 前导序列通过导频信道估计技术的ZC（Zadoff-Chu）序列进行循环移位生成。ZC序列逻辑索引由参数RootSequenceIdx决定，取值为0~837；循环移位的位数由系统根据小区类型与小区半径决定。ZC序列的逻辑索引是循环连续的，即逻辑索引837的下一个索引为0。每个小区可以配置64个前导序列。如果ZC序列循环移位产生的序列数小于64，则对逻辑顺序的下一个ZC序列进行循环移位继续生成前导序列，直到序列个数达到64。ZC序列循环移位产生前导序列的详细内容请参见参考文档[3]。ZC序列逻辑索引和循环移位配置值包含在系统消息SIB2的PRACH-Configuration中传输。 根据随机接入分为基于竞争与基于非竞争的过程，UE需要选择使用随机前导序列或者使用eNodeB下发的专用前导序列，因此64个前导序列分为两大组：随机前导序列组和专用前导序列组。为了合理分配上行资源，随机前导序列组又可分为前导序列A组和前导序列B组。 一个小区有64个RA前导序列，分为两大部分： ? 用于非竞争接入的专用前导序列 ? 用于竞争接入的随机前导序列，竞争接入的随机前导序列又分为 A、B两组： ? 当UE需要传输的message3大小较小时选择A组序列(隐式的指定了无线信道质量较 差) ? 当UE需要传输的message3大小较大时选择B组序列(隐式的指定了无线信道质量较 好) 对一个小区内所有的PRACH时频资源，分组的配置都是一样的。分组的信息由广播消息下发。 前导序列分组方式如下图所示： eNodeB周期性对非竞争接入过程中专用前导的分配情况和竞争接入过程中随机前导碰撞情况进行统计。eNodeB根据统计情况对专用前导序列组和随机前导序列组分组情况进行调整。 系统信息更新周期到达时，如果前导序列个数有所变化，则更新广播系统消息中的随机前导序列个数和A组随机前导比例。 随机接入流程 随机接入是UE在收到PDCCH的命令或者自身决定启动，基本流程如下： 步骤 1 UE将自身的随机接入次数置为1。 步骤 2 UE获取小区PRACH配置。 ? 基于竞争的随机接入，UE读取系统消息广播SIB2中的prach-ConfigurationIndex信eNodeB通过RRC信令告知UE小区的PRACH配置。 元得到小区PRACH配置。 ? 基于非竞争的随机接入，由 步骤 3 UE向eNodeB上传随机接入前导。 步骤 4 eNodeB给UE发送随机接入响应。 基于竞争与非竞争的随机接入流程在具体操作上会有所不同，下面章节将详细介绍基于竞争的随机接入流程和基于非竞争的随机接入流程。详细的随机接入流程请参见参考文档[4]。 基于竞争的随机接入流程 基于竞争的随机接入，若PRACH配置已经指定且还未过期，则UE可直接上传随机接入前导；否则，进行PRACH配置的获取。 在获取PRACH配置时，以下条件都满足，则选择随机前导B组，否则选择随机前导A组： ? 随机前导? 如图 B组存在。 4-1所示的第三个消息中的调度传输块的大小大于随机前导A组的门限值。 ? 路径损耗小于其门限值。 选定随机前导组别后，在组内以等概率随机选择一个前导。 图4-1 基于竞争的随机接入流程图 基于竞争的随机接入具体流程如图4-1所示。包含以下四个步骤：UE发送随机接入前导preamble、eNodeB发送随机接入响应response、UE进行上行调度传输scheduled transmission以及eNodeB进行竞争决议contention resolution。 UE发送随机接入前导random access preamble UE在PRACH上发送随机接入前导，前导发射功率PPRACH的计算具体请参见《功率控制特性参数描述》。UE将寻找下一个最近的PRACH，以功率PPRACH在指定的PRACH上发送前导。前导一般携带有6位信息：5位标识RA-RNTI，1位表示msg3上行调度传输时的传输数据大小。 eNodeB发送随机接入响应random access response eNodeB收到UE的前导后，申请分配Temporary临时的 C-RNTI并进行上下行调度资源的申 请。eNodeB在下行同步信道DL-SCH上发送随机接入响应，携带的信息有：RA-前导识别符preamble identifier，Timing Alignment 计时队列information，initial 起始的UL grant准许，Temporary临时的 C-RNTI。在一条DL-SCH消息中可为多个UE发送随机接入响应。 UE发送了前导后，在随机接入滑窗内不断监听PDCCH信道，直到获取所需的随机接入响应random access response为止。 ? 如果收到的随机接入前导识别符? 如果在随机接入滑窗中 RA-preamble identifier 与先前发送的ID一致，则UE认 为响应成功，然后将进行上行调度传输。 UE没有收到响应信息，或接收响应信息失败，则UE 认为接收响 应失败。响应失败后，如果UE的随机接入尝试次数小于最大尝试次数，则重新进行一次随机接入尝试，否则随机接入流程失败。 UE进行上行调度传输scheduled transmission UE在上行同步信道UL-SCH信道上传输上行调度信息，传输块大小由前导中的信息指定，但不能小于80bits。不同的随机接入场景，传输的信令以及携带的信息不同。 ? 初始 RRC连接建立 通过CCCH传输RRC CONNECTION REQUEST，携带有NAS UE_ID，RLC TM且无分段。 ? RRC 连接重建 传输RRC CONNECTION RE-ESTABLISHMENT，RLC TM且无分段，不包含NAS消息。 ? 切换流程中接入目标小区，因为没有专用前导而转为基于竞争的随机接入 在DCCH上传送RRC Handover Confirm，C-RNTI，根据情况还会携带BSR（Buffer缓冲器Status Report）。 ? 其他情况 至少会传送UE的C-RNTI。 eNodeB进行竞争决议contention resolution UE在发送了Msg3（图4-1中的Scheduled transmission）后，启动竞争决议定时器。eNodeB在MAC层进行竞争决议，并通过在PDCCH上使用CRTN或者在DL-SCH上通过UE Contention Resolution Identity指示UE。 在竞争决议定时器超时前，UE一直监控PDCCH信道，若有以下两种情况，UE则认为竞争决议成功，并通知上层，断开定时器： ? 在 PDCCH监听到C-RNTI。 ? 上行消息中含有CCCH上传输消息且在PDCCH上监听到Temporary C-RNTI，并且MAC PDU解码成功。 若竞争决议成功，则基于竞争的随机接入流程结束。 若竞争决议定时器超时，UE将认为此次竞争决议失败。失败后，如果UE的随机接入尝试次数小于最大尝试次数，则UE重新进行一次随机接入尝试，否则随机接入流程失败。 基于非竞争的随机接入过程 基于非竞争的随机接入前导是由eNodeB分配的，与基于竞争的随机接入相比，基于非竞争的随机接入减少了竞争和冲突的解决过程。 图4-2 基于非竞争的随机接入流程图 基于非竞争的随机接入流程如图4-2所示。 步骤 1 eNodeB通过专用信令为UE分配随机接入前导： ? 切换时，源 eNodeB传送的HANDOVER COMMAND中携带有分配的前导。 层信令中携带有分配的前导。 ? 下行数据到达时，MAC 步骤 2 UE在RACH上传送分配的专用前导。 步骤 3 eNodeB在DL-SCH上发送随机接入响应。 ? 切换时，随机接入响应中至少包含计时队列信息 Timing Alignment information and 最 Timing Alignment information 初上行链路准许initial UL grant。 ? 下行数据到达时，随机接入响应至少包含计时队列信息 和随机接入前导识别符 RA-preamble identifier。 随机接入回退机制 在LTE系统中，RACH的碰撞概率较低，RACH不会对其他上行信道产生干扰。但如果在一个PRACH上接入的UE过多，则会导致UE发生前导碰撞而接入失败。为了减少这种情况的发生，LTE系统中引入了回退机制，控制UE进行前导重传的时间。 eNodeB通过随机接入响应告知UE一个回退值，UE如果需要进行前导重传，则在0到这个回退值之间随机选择一个值作为退避时间，在退避时间结束后再进行前导重传。但在如下两种情况中不会执行回退机制： ? UE 在首次进行前导传输时，不会执行回退机制。 UE在进行前导重传时，不会执行回退机制。 ? 基于非竞争随机接入的 建立信令连接 信令连接由Uu接口的RRC连接和S1接口的专用S1连接组成。信令连接是业务承载连接的前提，但并不是所有信令连接之后都会出现业务承载的连接。例如用户位置更新过程就是为了一个信令过程而不是为了业务承载。 信令连接处理提供了UE和MME之间信令连接的建立，以及信令连接和业务承载的释放功能，同时也为UE和MME之间的NAS消息服务。LTE网络信令连接协议栈架构如图5-1所示：