2.1 随机接入过程

随机接入过程是指UE向系统请求接入，收到系统响应并分配上行信道资源的过程，目的是获取上行同步和上行调度资源。发生在用户初始接入、无线链路失败的重建、切换后接入新小区、上行失步时下行数据到达、上行失步时上行数据到达五种场景。随机接入类型分为两类：竞争模式和非竞争模式。竞争模式具有普遍适用性，适用于每种触发条件。非竞争模式目前主要适用于切换场景的目标小区接入过程。

2.1.1 竞争模式

基于竞争的随机接入流程如图2-2所示。

1.MSG1：随机接入前导

UE在PRACH信道发送随机接入请求，消息中携带Preamble码。传输前导的目的在于向基站指示当前终端的随机接入尝试，使基站能够估计eNodeB和终端之间的传输延迟。

2.MSG2：随机接入响应

eNodeB收到消息后在PDSCH上返回随机接入响应，并指示UE调整上行同步。MSG2由eNodeB的MAC层组织，并由DL_SCH承载，一条MSG2可同时响应多个UE的随机接入请求。基站使用PDCCH调度MSG2，并通过RA-RNTI进行寻址， 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，如图2-3所示。详细描述参考3GPP 36.321第6.1节。

3.MSG3：第1次调度传输

UE发送了随机接入前导后通过在随机接入响应窗口中监测RA-RNTI标识的PDCCH来接收相应的随机接入响应消息（发送MSG2时的PDCCH使用RA-RNTI加扰，使用DCI 1C格式）。这个随机接入响应窗的窗大小由基站在广播信息SIB2中发送。UE收到MSG2后，判断是属于自己的随机接入响应消息（利用Preamble ID核对），并在PUSCH上发送MSG3。针对不同的场景，MSG3包含不同的内容，主要有以下4种。

① 初始接入：携带RRC层生成的RRC连接请求，包含UE的S-TMSI或随机值。

② 连接重建：携带RRC层生成的RRC连接重建请求，C-RNTI和PCI。

③ 切换：传输RRC切换完成消息以及UE的C-RNTI。

④ 上/下行数据到达：传输UE的C-RNTI。

4.MSG4：竞争解决

当不同的UE同时使用同一前导序列时会发生冲突，冲突解决是基于PDCCH上的C-RNTI或者DL-SCH上的UE冲突解决ID进行的。有C-RNTI时，则用C-RNTI加扰MSG4的PDCCH，冲突解决基于此C-RNTI（连接状态）；无C-RNTI，则用TC-RNTI加扰PDCCH，冲突解决基于UE冲突解决识别号码（非连接状态）。MSG4与MSG3非同步，并且支持HARQ。UE只有收到属于自己的下行RRC竞争解决消息时（MSG4），才能回复HARQ ACK。

① 连接态冲突解决过程（MSG3中包括C-RNTI）。UE收到随机接入响应后，回复消息MSG3，包含C-RNTI，同时启动冲突解决定时器，并通过UE物理层来监测PDCCH。若在冲突解决定时器内，收到在C-RNTI加扰MSG4的PDCCH，则认为竞争解决成功，并通知上层。冲突解决定时器到时仍未收到C-RNTI加扰的MSG4, UE将根据最大重传次数来决定是否重传。若Preamble重试次数未达到上限，则指示RA重试Preamble发送。若Preamble重试已经达到上限，通知RRC随机接入失败。

② 空闲态冲突解决过程（冲突解决基于UE竞争解决ID）。UE收到随机接入响应后，发送MSG3，这时MSG3不含C-RNTI，并启动冲突解决定时器。若UE在冲突解决定时器内收到TC-RNTI加扰的PDCCH（MSG4），并正确解码UE竞争解决识别控制元素中的识别号，与保存的识别号（RRC在启动随机接入时告知）一致，则认为竞争解决成功，同时将TC-RNTI提升为C-RNTI，指示RRC竞争解决成功，否则认为本次竞争解决失败，重新发送Preamble。若冲突解决定时器超时还未收到TC-RNTI加扰的PDCCH，则认为本次竞争解决失败，重新发送Preamble。整个过程涉及的各种信道如表2-1所示。

2.1.2 非竞争模式

与竞争模式相比，最大差别在于非竞争模式的接入前导是由eNodeB分配，这样也就减少了竞争和冲突解决过程。非竞争随机接入包括两种情况：切换中随机接入；RRC连接状态下行数据到达，如图2-4所示。

流程说明如下。

（1）MSG0：随机接入指配。eNodeB的MAC层通过下行专用信令（DL-SCH）给UE指派一个特定的Preamble序列（该序列不是基站在广播信息中广播的随机接入序列组）。

（2）MSG1：随机接入前导。UE接收到信令指示后，在特定的时频资源发送指定的Preamble序列。

（3）MSG2：随机接入响应。基站接收到随机接入Preamble序列后，发送随机接入响应。切换时，随机接入响应中至少包含TA信息和初始上行授权信息。下行数据到达时，随机接入响应至少包含TA信息和RA前导识别。

2.1.3 RRC连接建立

UE在RRC空闲状态下收到高层请求建立信令连接的消息后，发起RRC连接建立流程。UE通过信令承载SRB0向eNode B发送RRC连接请求消息，如果RRC连接请求消息的冲突解决成功，UE将从eNode B收到RRC连接建立消息。UE根据RRC连接建立消息进行资源配置，并进入RRC连接状态，配置成功后向eNodeB反馈RRC建立完成消息。

图2-5所示为RRC连接请求主要消息携带的信息内容。

2.1.4 相关参数

随机接入相关配置参数通过SIB2消息下发给移动台，如图2-6所示。与小区接入相关的主要参数如下（3GPP TS 36.321[6]）。

（1）基于竞争的随机接入前导的签名个数60（可用的前导个数）。

（2）Group A中前导签名个数56（中心用户可用的前导个数）。

（3）PRACH的功率攀升步长POWER_RAMP_STEP。

（4）初始前缀目标接收功率PREAMBLE_INITIAL_RECEIVED_TARGET_POWER。

（5）前缀传送的最大次数PREAMBLE_TRANS_MAX。

（6）随机接入响应窗口RA-Response Window Size。

（7）MAC冲突解决定时器（MAC Contention Resolution Timer）。

（8）MSG3 HARQ的最大发送次数maxHARQ-Msg3Tx。

（9）逻辑根序列索引rootSequenceIndex，该参数为规划参数。

（10）随机接入前缀的发送配置索引PrachConfigIndex。

（11）循环移位的索引zeroCorrelationZoneconfig。

（12）eNodeB对PRACH的绝对前缀检测门限（PRACH Absolute Preamble Threshold for Enode B Detecting Preamble）。

初始接入时终端估算的发射功率定义为：

PPRACH=min{Pmax, PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER+PL}

其中Pmax表示高层配置的最大允许功率，PL表示UE计算的下行路损估计， PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER表示PRACH初始前缀目标接收功率。初始前缀目标接收功率设置过小容易造成初始发射功率过低引起接入失败，设置过大容易造成对相邻小区干扰。实际设置中可以结合网络情况进行区别设置，如郊县、农村可以适当设置大些，而城区基站密集区域适当设置较小值。