LTE--随机接入流程
一、随机接入的目的
随机接入流程是执行在attach流程之前，用于UE与eNB建立无线链路，获取/恢复上行同步。由于用户的随机性、无线环境的复杂性决定了这种接入的发起及采用的资源也具有随机性，它使终端与网络建立通信连接成为可能。
二、随机接入的种类与应用场景
随机接入的种类分为两种：基于竞争和基于非竞争。其区别为针对两种流程选择随机接入前缀的方式不同。
基于竞争为UE从基于冲突的随机接入前缀中依照一定算法随机选择一个随机前缀。基于非竞争是基站侧通过下行专用信令给UE指派非冲突的随机接入前缀。
1.基于竞争的随机接入场景
1）RRC_IDLE状态下的初始接入
2）无线链路出错以后的初始接入
3）UE有上行数据发送，但检测到上行失步
RRC_CONNECTED状态下，当有上行数据传输时，例如在上行失步后“non-synchronised”， 或者没有PUCCH资源用于发送调度请求消息，也就是说在这个时候除了通过随机接入的方式外，没有其它途径告诉eNB，UE存在上行数据需要发送；
2.基于非竞争的随机接入场景
1）UE有下行数据发送，但检测到上行失步
RRC_CONNECTED状态下，当下行有数据传输时，这时上行失步“non-synchronised”，因为数据的传输除了接收外，还需要确认，如果上行失步的话，eNB无法保证能够收到UE的确认信息，因为这时下行还是同步的，因此可以通过下行消息告诉UE发起随机接入需要使用的资源，比如前导序列以及发送时机等，因为这些资源都是双方已知的，因此不需要通过竞争的方式接入系统；
2）切换后，接入新小区
切换过程中的随机接入，在切换的过程中，目标eNB可以通过服务eNB来告诉UE它可以使用的资源；
三、基于竞争的随机接入流程
基于竞争随机接入流程说明：
1）MSG1：UE在RACH上发送随机接入前缀，携带preamble码；RACH(Random Access CHannel)：随机接入信道，处于上行传输信道，该信道承载有限的控制信息，并且具有冲突碰撞特征。[随机接入前导码]
2）MSG2：eNB侧接收到MSG1后，在DL-SCH上发送在MAC层产生随机接入响应（RAR），RAR响应中携带了TA调整和上行授权指令以及T-CRNTI（临时CRNTI）；[随机接入响应]
DL-SCH(Uplink Shared CHannel)：下行共享信道，处于下行传输信道。TA(Timing Advance)用来保证eNB的时间同步。
3）MSG3（连接建立请求）：UE收到MSG2后，判断是否属于自己的RAR消息（利用preamble ID核对），并发送MSG3消息，携带UE-ID。UE的RRC层产生RRC Connection Request 并映射到UL –SCH上的CCCH逻辑信道上发送；[调度传输]
CCCH(Common Control Channel)：公共控制信道，处于逻辑信道。
4）MSG4(RRC连接建立)：RRC Contention Resolution 由eNB的RRC层产生，并在映射到DL –SCH上的CCCH or DCCH(FFS)逻辑信道上发送，UE正确接收MSG4完成竞争解决。[竞争解决]
1.在随机接入过程中，MSG1和MSG2是低层消息，L3层看不到，所以在信令跟踪上，UE入网的第一条信令便是MSG3(RRC_CONN_REQ)
2.MSG2消息由eNB的MAC层产生，并由DL_SCH承载，一条MSG2消息可以同时对应多个UE的随机接入请求响应。
3.eNB使用PDCCH调度MSG2，并通过RA-RNTI进行寻址，RA-RNTI由承载MSG1的PRACH时频资源位置确定；
4.MSG2包含上行传输定时提前量、为MSG3分配的上行资源、临时C-RNTI等；
5.UE在接收MSG2后，在其分配的上行资源上传输MSG3。
6.针对不同的场景，Msg3包含不同的内容:
初始接入：携带RRC层生成的RRC连接请求，包含UE的S-TMSI或随机数；
连接重建：携带RRC层生成的RRC连接重建请求，C-RNTI和PCI；
切换：传输RRC层生成的RRC切换完成消息以及UE的C-RNTI；
上/下行数据到达：传输UE的C-RNTI；
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竞争解决 |
初始接入和连接重建场景 |
切换，上/下行数据到达场景 |
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竞争判定 |
MSG4携带成功解调的MSG3消息的拷贝，UE将其与自身在MSG3中发送的高层标识进行比较，两者相同则判定为竞争成功 |
UE如果在PDCCH上接收到调度MSG4的命令，则竞争成功 |
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调度 |
MSG4使用由临时C-RNTI加扰的PDCCH调度 |
eNB使用C-RNTI加扰的PDCCH调度MSG4 |
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C-RNTI |
MSG2中下发的临时C-RNTI在竞争成功后升级为UE的C-RNTI |
UE之前已分配C-RNTI，在MSG3中也将其传给eNB。竞争解决后，临时C-RNTI被收回，继续使用UE原C-RNTI |
四、基于非竞争的随机接入过程
基于非竞争随机接入流程说明：
1）MSG0：eNB 通过下行专用信令给UE指派非冲突的随机接入前缀（non-contention Random Access Preamble ），这个前缀不在BCH上广播的集合中。BCH(Broadcast CHannel)：广播信道，处于下行传输信道。
2） MSG1：UE在RACH上发送指派的随机接入前缀。
3）MSG2：ENB的MAC层产生随机接入响应，并在DL-SCH上发送。对于非竞争随机接入过程，preamble码由ENB分配，到RAR正确接受后就结束。
UE根据eNB的指示，在指定的PRACH上使用指定的Preamble码发起随机接入
MSG0：随机接入指示消息
对于切换场景，eNB通过RRC信令通知UE；
对于下行数据到达和辅助定位场景，eNB通过PDCCH通知UE；
MSG1：发送Preamble码
UE在eNB指定的PRACH信道资源上用指定的Preamble码发起随机接入
MSG2：随机接入响应
MSG2与竞争机制的格式与内容完全一样，可以响应多个UE发送的MSG1
五、信令流程
例子：基于竞争的随机接入流程，具体是：UE在IDLE模式下，需要发送或接收业务数据时，发起service request过程（值得强调的是这流程之前是随机接入流程）。
准备阶段：在Sequans 4G DM tool选择LTE-MAC，cli，log，rrc-active-fam，rrcAsnMsg，ppu-rnti
下面详细的信令流程：
1）具体的LTE-MAC，和LTE的流程
2）具体的RNTI变化