UE接入LTE网络过程——获取小区系统信息和随机接入

1 系统信息

小区搜索过程之后，UE已经与小区取得下行同步，得到小区的PCI以及检测到系统帧的timing（即10ms timing）。接着，UE需要获取到小区的系统信息（System Information），这样才能知道该小区是如何配置的，以便接入该小区并在该小区内正确地工作。

UE通过检测PBCH，能得到以下信息：
（1）通过接收到的MasterInformationBlock可以知道小区的下行系统带宽、PHICH配置（详见4.3节关于“PHICH”的介绍）、系统帧号（System Frame Number，SFN。更确切地说，获取到的是SFN的高8位，最低2位需要在PBCH盲检时得到，这会在后面介绍）。
（2）小区特定的天线端口（cell-specific antenna port）的数目：1或2或4。
（3）用于L1/L2控制信令（包括PCFICH、PHICH、PDCCH）的传输分集模式（transmit-diversity scheme）：PBCH和L1/L2控制信令都只能使用单天线传输或传输分集，如果使用传输分集， PBCH和L1/L2控制信令会使用相同的多天线传输分集模式。

MIB会在物理信道PBCH上传输，PBCH时域上位于每个系统帧的子帧0的第2个slot的前4个OFDM符号上，并在频域上占据72个中心子载波（不含DC）。对应RE不能用于发送DL-SCH数据。
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把BCH传输限制在72个中心的子载波，而不考虑小区的下行系统带宽的原因在于：UE在接收BCH时并不知道小区的下行系统带宽。因此UE在第一次接收BCH时，可以假定小区的下行系统带宽等于可能的最小下行系统带宽（6个RB，对应72个子载波）。在解码了MIB后，UE就能从MIB中得到实际的下行系统带宽。

MIB在40ms周期内重复4次，每一次发送的PBCH都携带相同的coded bit，也就是说，每一次都是可以独自解码的。因此，在信道质量（SIR）足够好的情况下，UE可能只接收这40ms内的其中一个，就能够成功解码出PBCH的内容；如果不行，就与下一个10ms发送的PBCH的内容进行软合并，再进行解码，直到成功解码出PBCH。

单个SI消息中包含的信息比特不能超过一个TB块所能传输的最大比特数。
物理层限制了1个SIB（个人觉得更好的描述是SI和SIB1）的最大size。如果使用DCI format 1C，则最大size为1736比特（217 byte）；如果使用DCI format 1A，则最大size为2216比特（277 byte）。

小区有2种方式通知UE系统信息发生了变化：
Paging消息包含了一个systemInfoModification字段，用于指示SI是否发生了变化；
SIB1中包含了一个systemInfoValueTag字段，每当SI消息发生变化时，systemInfoValueTag的值会加1。

2 随机接入
在小区搜索过程之后，UE已经与小区取得了下行同步，因此UE能够接收下行数据。但UE只有与小区取得上行同步，才能进行上行传输。UE通过随机接入过程（Random Access Procedure）与小区建立连接并取得上行同步。

随机接入的主要目的：（1）获得上行同步；（2）为UE分配一个唯一的标识C-RNTI。

Preamble在PRACH上传输。eNodeB会通过广播系统信息SIB2来通知所有的UE，允许在哪些时频资源上传输preamble。（由prach-ConfigIndex和prach-FreqOffset字段决定，详见36.211的5.7节）

每个小区有64个可用的preamble序列，UE会选择其中一个（或由eNodeB指定）在PRACH上传输。

这些序列可以分成两部分，一部分用于基于竞争的随机接入，另一部分用于基于非竞争的随机接入。用于基于竞争的随机接入的preamble序列又可分为两组：group A和group B（group B可能不存在）。eNodeB是通过RACH-ConfigCommon（SIB2）来发送这些配置的。如图：
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简单地说：eNodeB通过广播SIB2发送RACH-ConfigCommon，告诉UE preamble的分组、Msg3大小的阈值、功率配置等信息。UE发起随机接入时，根据可能的Msg3大小以及pathloss等，选择合适的preamble。

PRACH 在频域上占6 个连续的RB。某小区可用的PRACH时频资源是由SIB2的prach-ConfigIndex和prach-FrequencyOffset字段决定的。一旦这两个字段确定了，对接入该小区的所有UE而言，preamble的格式（format）和可选的PRACH资源就固定了。

3 随机接入Modem侧的log
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步骤1： UE发送Preamble
1） eNodeB会通过广播系统信息SIB2来通知所有的UE，允许在哪些时频资源上传输指定的preamble。
//获取手机随机接入信道过程中配置的参数信息
（A）选择preamble
SIB2消息中对指定preamble的配置在rach-ConfigCommom中，如下：
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numberOfRA-Preambles参数表示该小区竞争接入过程中可以使用的preamble码总个数。sizeOfRA-PreamblesGroupA参数表示GroupA的preamble码个数。

一旦sizeOfRA-PreamblesGroupA参数确定，那么GroupA的前导码集合就是【0，sizeOfRA-PreamblesGroupA-1】。GroupB是可选的，它的前导码范围是【sizeOfRA-PreamblesGroupA，numberOfRA-Preambles-1】。如果配置的参数numberOfRA-Preambles=sizeOfRA-PreamblesGroupA，那么该小区就不存在Group B，竞争接入的前导码全部属于GroupA。

（B）选择用于发送preamble的PRACH资源

允许传输preamble的时频资源，由SIB2中的prach-ConfigIndex和prach-FreqOffset决定，一旦这两个字段确定了，对接入该小区的所有UE而言，preamble的格式（format）和可选的PRACH资源就固定了。

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对FDD而言，prach-ConfigIndex为3，通过查表如下，可知preamble属于Format 0，UE可以选择任意系统帧的子帧1来发送preamble。

对FDD而言，preamble在频域上的起始RB等于prach-FreqOffset的值。

对TDD 而言，preamble在时域上的配置也是通过prach-ConfigIndex来指定的，通过prach-ConfigIndex 指定的PRACH configuration index，从而知道可以在哪些子帧上发送preamble。

对于TDD 而言，preamble 在频域上的起始RB 是由prach-ConfigIndex 和prach-FrequencyOffset确定的。

highSpeedFlag表示高速小区指示，取值为true时，表示本小区为高速小区。当取值为FALSE对，表示不是高速小区时。

zeroCorrelationZoneConfig：零相关配置，该参数指示PRACH前导序列生成使用的循环移位配置的索引值。

//获得随机接入RACH的配置信息
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2）UE发送random access preamble给eNodeB，以告诉eNodeB有一个随机接入请求，同时使得eNodeB能估计其与UE之间的传输时延并以此校准上行timing。

（C）确定对应的RA-RNTI
preamble 的时频位置决定了RA-RNTI 的值，UE 发送了preamble 之后，会在RAR 时间窗内根据这个RA-RNTI 值来监听对应的PDCCH

（D）确定目标接收功率PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER
发送preamble，MSG1
//获取MSG1 消息的相关信息（起始帧号），由手机发送给网络
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PRACH Config Index（0到63之间取值）决定了小区中PRACH可以出现的帧和子帧的位置以及所使用的PRACH的类型。
RA RNTI: 对应PRACH的位置——eNB检测到Preamble的时频位置，对应到PRACH_Config中的索引；值为 PRACH Timing Sub-fn+1。

步骤2： eNodeB发送Random Access Response
UE通过RAR所带的RA-RNTI和preamble index来确定是否成功接收到自己想要的RAR，然后再进行后续处理。
// 获取MSG2 消息的相关信息，由网络发送给手机
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步骤3： UE发送Msg3