揭秘5G网络,构建未来连接的奥秘

UE为了与网络取得连接，需要使UE和网络取得上下行同步，当UE解码出SSB，就已经取得了下行同步，为了建立上行同步和RRC连接，需要UE发起随机接入，获得上行授权（UL Grant），请求接入资源。这个过程我们叫做随机接入，随机接入是移动通信系统中非常重要的流程，也叫做RACH（Random Access Channel）。在5G NR中和LTE一样同样有两种接入方式:

• 基于竞争的随机接入（Contention Based Random Access）
• 基于竞争的随机接入（Contention Free Random Access）

CBRA：基于竞争的随机接入

这里的“竞争”是什么意思呢？UE会以特定的模式发送PRACH Preamble，UE会随机选择其中的一个前导码，当有多个UE的时候就会有可能出现多个UE选择相同的前导码，多个UE发送相同的前导码同时到达基站的情况。这种冲突就是这里的所指的“竞争”。gNodeB使用竞争解决机制来处理这种类型的接入请求。

竞争随机接入主要有四个流程，包括:

• Random Access Preamble（MSG1）
• Random Access Response（MSG2）
• Scheduled Transmission（MSG3）
• Contention Resolution（MSG4）

步骤一：随机接入前导码传输（MSG1）

• UE向基站发送前导码

步骤二：随机接入响应（MSG2）

• 基站在收到前导码后，为TC-RNTI、上行链路和下行链路调度资源；然后，通过PDSCH发送随机接入响应。

步骤三：调度上行传输（MSG3）

• UE通过PUSCH发送上行链路调度信息。

步骤四：竞争解决（MSG4）

• 基站使用PDCCH上的C-RNTI或PDSCH上的UE竞争解决标识IE来帮助UE解决竞争的问题。

CFRA：基于非竞争的随机接入

但是在某些情况下，竞争是不可接受的，基站会给UE分配前导码，这样就避免了竞争。这就是非竞争随机接入。在基于非竞争的随机接入中，基站分配的前导码又称为专用随机接入前导码。专用前导码通过RRC信令（可以在RRC消息中指定分配前导码）或PHY层信令（PDCCH上的DCI）提供给UE，不存在前导码冲突。当专用资源不足时，基站指示UE启动基于竞争的随机接入。

非竞争随机接入包括下面三个步骤：

• Random Access Preamble Assignment
• Random Access Preamble（MSG1）
• Random Access Response（MSG2）

步骤一：随机接入前导码分配

• 基站向UE分配随机接入前导码。

步骤二：随机接入前导码传输（MSG1）

步骤三：随机接入响应（MSG2）

• 基站发送随机接入响应。

随机接入应用场景

随机接入会应用到多个场景中，尤其是切换过程，RRC连接重建等流程中，下面是随机接入的一些应用场景：

• 初始RRC连接和RRC连接重建：基于竞争的随机接入；
• 切换过程：优先选择基于非竞争的随机接入。如果所有专用资源都已经使用，可以选择基于竞争随机接入；
• 下行数据到达：优先选择基于非竞争的随机接入。如果所有专用资源都已经使用，可以选择基于竞争随机接入；
• 上行数据到达：基于竞争的随机接入；
• 当没有SR的PUCCH资源可用时，RRC连接期间的上行数据到达：基于竞争的随机接入；
• 调度请求失败：基于竞争的随机接入；
• 从RRC-Inactive到RRC-Connected：优先选择基于非竞争的随机接入，如果专用资源都已经使用，则选择基于竞争的随机接入；
• 请求其他SI：基于非竞争的随机接入；
• 波束失败恢复：优先选择基于非竞争的随机接入，如果专用资源都已经使用，则选择基于竞争的随机接入。