UE接入过程(LTE和NR)
目錄
LTE隨機接入流程
MSG1-MSG4
MSG1 UE向eNB發(fā)送前導碼(Random Access Preamble on RACH in uplink)
MSG2 eNB向UE發(fā)送MSG2（Random Access Response generated by MAC on DL-SCH）
MSG3 UE向eNB發(fā)送MSG3（First scheduled UL transmission on UL-SCH）
MSG4 eNB向UE發(fā)送MSG4（Contention Resolution on DL）
LTE隨機接入信令
NR隨機接入流程
NR和LTE隨機接入區(qū)別
NR隨機接入信令
初始接入過程RRC信令作用
擴展
MIB和SIB
RNTI
5G中的RNTI
RNTI值和信道之間的映射
RB
LTE隨機接入流程
下圖是36300給出的競爭隨機接入的四步過程，包括Random Access Preamble （MSG1）和Random Access Response（MSG2）、Scheduled Transmission（MSG3）和Contention Resolution（MSG4）
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MSG1-MSG4
MSG1 UE向eNB發(fā)送前導碼(Random Access Preamble on RACH in uplink)
? ? ? ?隨機接入前導序列碼集合是由物理層生成的最大數目為64個Zadoff-Chu序列及其移位序列組成。eNB側的RRC分配部分或全部Preamble序列的索引值用于競爭隨機接入，并通過系統(tǒng)信息SIB2廣播到UE。UE隨機接入需要的PRACH物理信道資源如PRACH個數和時頻位置等也由RRC通過系統(tǒng)消息SIB2廣播到UE。UE側的RRC收到SIB2后，解析出其中的Preamble信息并配置到MAC，由MAC根據路損等信息在Preamble集合中隨機選擇一個Preamble索引配置給物理層，物理層根據MAC的Preamble索引，通過查表/公式生成有效的Preamble ZC序列并發(fā)送到eNB。
MSG2 eNB向UE發(fā)送MSG2（Random Access Response generated by MAC on DL-SCH）
eNB會在PRACH中盲檢測前導碼，如果eNB檢測到了隨機接入前導序列碼Radom Access Preamble，則上報給MAC，后續(xù)會在隨機接入響應窗口內，在下行共享信道PDSCH中反饋MAC的隨機接入響應Radom Access Response。
RA Response（MSG2）消息中包含：MSG1中的RA Preamble（供UE匹配操作）、UE上行定時提前量TA（11位，粗調）、backoff回退參數（重新發(fā)起Preamble碼應延遲再次接入的時間）、為傳輸MSG3分配的PUSCH上行調度信息UL_Grant(授予)（包括是否跳頻、調制編碼率、接入資源和接入時刻等內容）、Temple C-RNTI（供MSG3加擾使用）。
RA response（MSG2）是一個獨立的MAC PDU，在DL-SCH中承載。一個MSG2中可以包含多個UE的Preamble，即響應多個UE的隨機接入請求。UE通過檢測MSG2中是否攜帶了其發(fā)送的Preamble碼來標識是否收到了eNB的隨機接入響應，但此時還沒有完成競爭解決，并不表示此次eNB側的應答就是針對本UE的應答。
MSG3 UE向eNB發(fā)送MSG3（First scheduled UL transmission on UL-SCH）
?????? UE根據RA Response中的TA調整量可以獲得上行同步，并在eNB為其分配的上行資源中傳輸MSG3，以便進行后續(xù)的數據傳輸。
MSG3可能攜帶RRC建鏈消息（RRC Connection Request），也可能攜帶RRC重建消息（RRC Connection Re-establishment Request ）。如果有層3消息(RRC屬于網絡層，即為層3)，那么MAC需要保存該CCCH SDU信息(此處所說的是UE側的MAC保存CCCH SDU信息)，因為eNB MAC發(fā)送MSG4的時候需要將UE的這個CCCH SDU信息回發(fā)給UE，當做競爭解決標識（UE Contention Resolution Identity）使用，以便完成最終的競爭解決。
MSG4 eNB向UE發(fā)送MSG4（Contention Resolution on DL）
對于初始接入和重建的情況，MSG4中的MAC PDU會攜帶競爭解決標識（UE Contention Resolution Identity，即MSG3中的CCCH SDU，RRC Connection Request、RRC Connection Re-establishment Request 等消息）。(相當于MSG4中帶著，ue通過MSG3帶到基站的信物，這樣才能保證正確識別到ue，從而準確地接入)
（1）UE在解碼TC-RNTI(臨時小區(qū))加擾的PDCCH信道后（The Temporary C-RNTI on PDCCH for initial access and after radio link failure），繼續(xù)在PDSCH信道中獲取MSG4的MAC PDU內容，解碼成功后，與UE之前在MSG3中發(fā)送的CCCH SDU進行比較，二者相同則競爭解決成功（因為不同的UE，其標識不同）。此時MSG3的MAC-CE中不會攜帶CRNTI字段，對于重建而言，CCCH SDU中則會攜帶CRNTI信息(也就是原來小區(qū)的RNTI)，RRC據此區(qū)分不同的UE。競爭解決后，TC-RNTI轉正為CRNTI(The Temporary C-RNTI is promoted to C-RNTI for a UE which detects RA success and does not already have a C-RNTI; it is dropped by others. )
（2）對于切換、上/下行數據傳輸但失步等其他場景進行的競爭隨機接入場景，此時因為UE已經分配了C-RNTI，在MSG3的MAC-CE中會將C-RNTI通知到eNB，因此eNB使用舊的C-RNTI加擾的PDCCH調度MSG4，而不使用TCRNTI加擾MSG4(The C-RNTI on PDCCH for UE in RRC_CONNECTED)。UE解碼出PDCCH調度命令的時候表示完成競爭解決，MSG4中的具體內容已經與競爭解決無關。這時，MSG2中由eNB分配的TC-RNTI失效，后續(xù)由eNB繼續(xù)分配給其它UE使用(A UE which detects RA success and already has a C-RNTI, resumes using its C-RNTI.)。因此，此種場景MSG4中不包括UE競爭解決標識。
除了MSG3支持HARQ重傳外，MSG4消息也支持HARQ過程，UE通過PUCCH指示ACK，eNB PHY收到ACK后報給MAC。只有成功完成競爭解決的UE才反饋ACK。
LTE隨機接入信令
1.Random Access Preamble，處在RRC_IDLE態(tài)的UE進行Attach過程，首先發(fā)起隨機接入過程，即MSG1消息；
2.eNB檢測到MSG1消息后，向UE發(fā)送隨機接入響應消息(RA Response)，即MSG2消息；
3.UE收到隨機接入響應后，根據MSG2的TA調整上行發(fā)送時機，向eNB發(fā)送RRCConnectionRequest消息，即MSG3消息；
4.eNB向UE發(fā)送RRCConnectionSetup消息，包含建立SRB1承載信息(建立SRB1)和無線資源配置信息，即MSG4消息；
5.UE完成SRB1承載和無線資源配置(表示SRB1已經建立成功)，向eNB發(fā)送RRCConnectionSetupComplete消息，包含NAS層Attach request信息；此時SRB1建立之后UE就從RRC_IDLE進入RRC_Connected狀態(tài)
6.eNB選擇MME，向MME發(fā)送INITIAL UE MESSAGE消息，包含NAS層Attach request消息；
7.MME向eNB發(fā)送INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST（上下文）消息，請求建立默認承載，包含NAS層Attach Accept、Activate default EPS bearer context request消息；
8.eNB接收到INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息，如果不包含UE能力信息，則eNB向UE發(fā)送UECapabilityEnquiry消息，查詢UE能力(手機能力，即UE Capability，是一堆參數集合，包括UE Category，PDCP參數、RLC參數、物理層參數、RF參數等等。其中的UE Category就表示這部手機下載和上傳能達到的最高速率)
9.UE向eNB發(fā)送UECapabilityInformation消息，報告UE能力信息；
10.eNB向MME發(fā)送UE CAPABILITY INFO INDICATION消息，更新MME的UE能力信息；
11.eNB根據INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息中UE支持的安全信息，向UE發(fā)送?
SecurityModeCommand消息，進行安全激活；
12.UE向eNB發(fā)送SecurityModeComplete消息，表示安全激活完成；
13.eNB根據INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息中的ERAB建立信息，向UE發(fā)送RRCConnectionReconfiguration消息進行UE資源重配，包括重配SRB1和無線資源配置，建立SRB2、DRB（包括默認承載）等；
14.UE向eNB發(fā)送RRCConnectionReconfigurationComplete消息，表示資源配置完成（表示SRB2無線承載建立成功）；
15.eNB向MME發(fā)送INITIAL CONTEXT SETUP RESPONSE響應消息，表明UE上下文建立完成；
16.UE向eNB發(fā)送ULInformationTransfer消息，包含NAS層Attach Complete、Activate default EPS bearer context accept消息；
17.eNB向MME發(fā)送上行直傳UPLINK NAS TRANSPORT消息，包含NAS層Attach Complete、Activate default EPS bearer context accept消息。
NR隨機接入流程
NR和LTE隨機接入區(qū)別
NR下UE接入由于NR采用CUDU分離，使得原本圖一UE<->?eNB<->?MME的信令交互關系變成圖二所示的UE<->gNB_DU<->gNB_CU<->?AMF信令交互關系。
原先UE與eNB通過控制面RRC<->PDCP<->RLC<->MAC<->PHY進行信令傳遞。CUDU分離之后CU與DU間通過F1AP進行消息傳遞，因此原先的RRC信令需要通過F1AP進行組包透傳。其中，Inital UL RRC Message進行Msg3透傳，DL RRC Message Transfer?(回復MSG3透傳消息)和UL RRC Message Transfer?進行其他RRC消息的透傳。
NR隨機接入信令
1、UE向gNB-DU發(fā)送RRC連接請求消息 RRCConectionRquest(MSG3)。
2、gNB-DU收到RRC消息，并且如果UE被允許的狀態(tài)，則在F1AP接口發(fā)起INITIAL UL RRC MESSAGE TRANSFER消息中包括用于UE的相應低層配置，并且傳輸到gNB-CU。初始UL RRC消息傳輸消息包括由gNB-DU分配的C-RNTI（?這是什么意思？是在重建立嗎？）。
3、gNB-CU為UE分配gNB-CU UE F1AP ID，并向UE生成RRC CONNECTION SETUP消息。RRC消息被封裝在F1AP DL RRC MESSAGE TRANSFER消息中。
4、gNB-DU向UE發(fā)送RRC CONNECTION SETUP消息 MSG4。
5、UE將RRC CONNECTION SETUP COMPLETE消息發(fā)送到gNB-DU。
6、gNB-DU將RRC消息封裝在F1AP UL RRC MESSAGE TRANSFER消息中并將其發(fā)送到gNB-CU。
7、gNB-CU將INITIAL UE MESSAGE消息發(fā)送到AMF。
8、AMF將初始UE上下文建立請求Initial UE Context Setup Request消息發(fā)送到gNB-CU。
9、gNB-CU發(fā)送UE上下文建立請求消息UE Context Setup Request以在gNB-DU中建立UE上下文。在該消息中，它還可以封裝RRC SECURITY MODE COMMAND消息。
10、gNB-DU向UE發(fā)送RRC SECURITY MODE COMMAND消息。
11、gNB-DU將UE CONTEXT SETUP RESPONSE消息發(fā)送給gNB-CU(針對UE Context Setup Request的響應)。
12、UE以RRC SECURITY MODE COMPLETE消息進行響應
13、gNB-DU將RRC消息封裝在F1AP UL RRC MESSAGE TRANSFER消息中并將其發(fā)送到gNB-CU。
14、gNB-CU生成RRC CONNECTION RECONFIGURATION消息并將其封裝在F1APDL RRC MESSAGE TRANSFER消息中
15、gNB-DU向UE發(fā)送RRC CONNECTION RECONFIGURATION消息。
16、UE向gNB-DU發(fā)送RRC CONNECTION RECONFIGURATIONCOMPLETE消息(上下文建立成功)。
17、gNB-DU將RRC消息封裝在F1AP UL RRC MESSAGE TRANSFER消息中并將其發(fā)送到gNB-CU。
18、gNB-CU向AMF發(fā)送INITIAL UE CONTEXT SETUP RESPONSE消息。
初始接入過程RRC信令作用
1.?RRC Connection Request主要進行RRC連接建立請求，攜帶初始UE_ID和連接建立原因。
2.?RRC?Connection?Setup主要攜帶UE進行SRB1信令承載建立的參數(收到complete表示承載SRB1建立完成)。
3.?RRC Connection Setup?Complete?主要是告知NR完成RRC連接建立，并攜帶Attach Request的NAS消息，NAS消息中攜帶UE的IMSI，用于核心網鑒權。
4.?RRC?Security Mode Command?主要攜帶AS層安全激活參數，UE通過SIM卡中的用戶數據完成安全激活。
5.?RRC Security Mode?Complete?主要告知NR完成了安全激活。
6.?RRC?Connection?Reconfiguration?主要是發(fā)送UE進行信令承載SRB2和數據承載DRB的參數，以及Attach Accept的NAS消息，并可以攜帶測量等其他相關參數。
7.?RRC Connection Reconfiguration?Complete?通知NR?重配完成，表示承載SRB2建立成。
8.?UL NAS Transfer?主要攜帶Attach?Complete的NAS消息以及承載激活。
擴展
MIB和SIB
為了能正常接入小區(qū)，UE在完成掃頻（無論是指定頻點掃頻還是全頻段掃頻，目的都是為了找到合適的中心載波頻點，和小區(qū)同步之后，還需要繼續(xù)讀取小區(qū)的系統(tǒng)信息。系統(tǒng)信息是由網側不斷的重復廣播的，這樣無論UE什么時候開機，都能及時的獲取到系統(tǒng)信息。
LTE的系統(tǒng)信息被分為兩大類：MasterInformationBlock（MIB）消息和多個SystemInformationBlocks（SIBs）消息。MIB消息在PBCH中傳輸，不使用RNTI加擾；而SIB消息是在PDSCH中傳輸，使用SI-RNTI加擾。
MIB消息包含的參數(LTE)dl-Bandwidth：下行帶寬參數，指示當前下行鏈路的帶寬大小、phich-Config：PHICH配置參數，systemFrameNumber：系統(tǒng)幀號，用于UE和網側的幀同步
MIB中承載的信息只是系統(tǒng)信息中非常有限的一部分，大多數的系統(tǒng)信息仍然需要通過SIB塊發(fā)送。eNB在發(fā)出MIB之后，會繼續(xù)發(fā)送若干條不同類型的SIB（System Information Block），這些SIB為UE提供了小區(qū)駐留、重傳、鏈路建立等等所需的若干參數。LTE的SIB類型有很多種，對于R9版本的協議來說，SIB具體包括SIB1、SIB2、SIB3、SIB4、SIB5、SIB6、SIB7、SIB8、SIB9、SIB10、SIB11、SIB12、SIB13這13類。
SIB1：主要攜帶小區(qū)接入和小區(qū)選擇相關信息，以及LTE-TDD子幀配置、其他SIB塊的調度和窗口信息等。
SIB2：主要攜帶公共的無線資源配置相關信息，包括接入BAR信息、PRACH配置信息、上行頻點信息、MBSFN配置等。
SIB3：攜帶同頻、異頻、跨制式小區(qū)重選相關的公共信息。
SIB4：攜帶用于同頻小區(qū)重選的鄰區(qū)信息。
SIB5：攜帶用于異頻小區(qū)重選的鄰區(qū)信息。
SIB6：攜帶用于跨制式（UTRA）小區(qū)重選的鄰區(qū)信息。
SIB7：攜帶用于跨制式（GERAN）小區(qū)重選的鄰區(qū)信息。
SIB8：攜帶用于跨制式（CDMA2000）小區(qū)重選的鄰區(qū)信息。
SIB9：攜帶HOME eNB（HNB）的相關信息。
SIB10/11：攜帶ETWS（Earthquake and Tsunami Warning System）的相關信息。當UE從尋呼消息中解碼發(fā)現有ETWS消息存在時，就需要從SIB10/11中獲取具體的ETWS內容。
SIB12：攜帶CMAS（Commercial Mobile Alerting System）的相關信息。當UE從尋呼消息中解碼發(fā)現有CMAS消息存在時，就需要從SIB12中獲取具體的CMAS內容。
SIB13：攜帶MBMS（Multimedia Broadcast Multicast Service）的相關信息。
所有SIB中最重要的當屬SIB1，因為SIB1除攜帶了UE接入小區(qū)等所需的參數之外，還攜帶了其他SIB類型的調度信息。如果UE解碼不到SIB1，也就無法解碼其他類型的SIB。基于此，協議規(guī)定eNB通過兩種不同的方式廣播SIB：第一種是通過SystemInformationBlockType1消息周期廣播SIB1，第二種是通過多個SI（SystemInformation）消息周期廣播除SIB1之外的其它SIB，如圖所示。（MIB也是周期廣播的）
RNTI
Radio Network Temporary Identifier，無線網絡臨時標識。RNTI是終端在LTE無線網絡內的唯一標識。
RNTI是LTE技術從WCDMA技術中繼承過來的：在WCDMA系統(tǒng)中，在終端UE與無線網絡的信令連接建立后，RNC將為UE分配一個RNTI，作為終端在WCDMA無線網絡內的唯一標識。在LTE系統(tǒng)中也采用了類似的處理方式，在終端UE與無線網絡的信令連接建立后，eNB將為 UE分配一個RNTI，作為終端在LTE無線網絡內的唯一標識。
在WCDMA系統(tǒng)中，RNTI分為S-RNTI和C-RNTI，在LTE系統(tǒng)中RNTI的種類更多。
5G中的RNTI
RNTI代表無線網絡臨時標識符。RNTIs用于區(qū)分/識別小區(qū)中連接的UE、特定無線信道、尋呼情況下的一組UE、由eNB發(fā)出功率控制的一組UE、由5G gNB為所有UE發(fā)送的系統(tǒng)信息。
RNTI的類型
根據3GPP規(guī)范38.321，以下是為新無線電定義的RNTI列表。許多RNTIs類似于LTE，而一些新的RNTIs被引入以支持為NR定義的新用途。
1.?系統(tǒng)信息RNTI（SI-RNTI）用于系統(tǒng)信息的廣播。它是一個公共RNTI，意思是，它沒有被顯式地分配給任何UE，也沒有被分配給小區(qū)中的所有UE。SI-RNTI的長度為16位，其值固定為65535（0xFFFF）。單個SI-RNTI用于處理所有SI消息，系統(tǒng)信息的廣播使用BCCH邏輯信道，BCCH邏輯信道映射到DL-SCH傳輸信道，后者內部映射到PDSCH物理信道。ue應該知道攜帶系統(tǒng)信息的PDSCH的調度信息。所需的調度信息包含在DCI（下行鏈路控制信息）中，DCI的CRC被SI-RNTI置亂。UE在SI窗口的開始處（對于相關SI消息）開始解碼用SI-RNTI置亂的PDCCH，直到SI窗口的結束，或者直到接收到SI消息（不包括以下子幀）。
2.?尋呼RNTI（P-RNTI）被ue用于接收尋呼。這也是一個常見的RNTI，意味著它沒有顯式地分配給任何UE。P-RNTI的長度為16位，其值固定為65534（0xFFFE）。尋呼消息由映射到PCH傳輸信道的PCCH邏輯信道攜帶。PCH傳輸信道被映射到PDSCH物理信道。gNB對PDCCH的CRC和P-RNTI進行置亂，以傳輸攜帶尋呼信息的PDSCH，DCI格式攜帶尋呼的調度信息。
3.隨機存取RNTI（RA-RNTI）是在隨機存取過程中使用的，gNB的MAC產生隨機存取響應（RAR）作為對UE發(fā)送的隨機存取前導碼的響應。RAR在DL-SCH傳輸信道上傳輸，該信道將實習生映射到PDSCH。gNB將PDCCH的CRC與RA-RNTI進行置亂，以傳輸攜帶RAR的PDSCH。RA-RNTI可以被尋址到多個ue，即多個ue可以解碼被同一個ue擾亂的PDCCH。（msg2競爭還沒有解決）
4.?臨時小區(qū)RNTI（TC-RNTI）也用于隨機接入過程中，gNB的MAC產生隨機接入響應（RAR）作為對UE發(fā)送的隨機接入前導碼的響應。MAC RAR包含臨時C-RNTI。在基于競爭的隨機訪問過程中，UE存儲接收到的Temp C-RNTI（在RAR中接收），并在隨機訪問過程中使用它。在非基于競爭的隨機訪問過程中，UE應丟棄RAR中接收到的臨時C-RNTI值。UE應使用Temp C-RNTI對msg3（對應于RAR授權的PUSCH）進行置亂和重發(fā)。在基于競爭的RA過程中，UE監(jiān)視使用Temp C-RNTI的PDCCH加擾。對于檢測RA成功并且還沒有C-RNTI的UE，Temp C-RNTI提升為C-RNTI。
5.?小區(qū)RNTI（Cell RNTI）是一種用于識別專用于特定UE的RRC連接和調度的唯一標識。gNB為不同的ue分配不同的C-RNTI值。gNB使用C-RNTI來分配具有上行鏈路授權、下行鏈路分配等的UE。gNB使用C-RNTI來區(qū)分UE的上行鏈路傳輸（例如PUSCH、PUCCH）與其他UE。
6.發(fā)射功率控制RNTI（TPC-RNTI）用于上行功率控制。TPC-RNTI有三種類型，即TPC-PUSCH-RNTI、TPC-PUCCH-RNTI和TPC-SRS-RNTI。通常，TPC RNTI被分配給一組ue。gNB可以通過更高層信令（RRC）為UE配置TPC-PUSCH-RNTI、TPC-PUCCH-RNTI和TPC-SRS-RNTI。
RNTI值和信道之間的映射
RB
Radio Bearer (RB)是Uu接口連接eNodeB和UE的通道（包括PHY、MAC、RLC和PDCP），任何在Uu接口上傳輸的數據都要經過RB。RB包括SRB和DRB，SRB是系統(tǒng)的信令消息實際傳輸的通道，DRB是用戶數據實際傳輸的通道。SRB0是缺省承載，UE在RRC_IDLE時該承載已經存在。
RRC是管理RB的協議實體，通過RRC信令的交互完成RB的建立、修改以及釋放等功能。
通俗的講RRC連接指的是UE和eNodeB之間建立的SRB1,因為標準規(guī)定SRB0是不需要建立的，UE在RRC_IDLE狀態(tài)就可以獲得SRB0的配置和資源，如果需要可以直接使用。
(1)系統(tǒng)中業(yè)務發(fā)起的過程是通過SRB0上傳輸信令，建立SRB1,SRB1建立之后UE就進入RRC_Connected狀態(tài)；
(2)進而通過SRB1傳輸信令，建立SRB2用來傳輸NAS信令；
利用SRB1傳輸信令建立DRB來傳輸用戶數據，在業(yè)務過程中通過SRB1進行管理；當業(yè)務結束后，SRB1上傳輸的信令可以將所有的DRB、SRB釋放，使得UE進入到RRC_IDLE狀態(tài)，在需要時UE唯一可以使用的資源就是SRB0，而且需要在完成隨機接入之后進行。
附加：LTE中的SRB0是默認存在的，在ATTACH中，RRC connection Request 和RRC connection setup就是走的SRB0通道。而RRC connection setup complete這條消息就是確認SRB1的建立。SRB1建立后，才開始建立SRB2和DRB，而RRC connection reconfig complete這條消息就是確認建立了SRB2和DRB?RRCConnectionReconfiguration
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的UE接入过程(LTE和NR)的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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