图解5GNR随机接入过程.pdf

《5G NR随机接入过程详解》 5G NR（New Radio）随机接入过程是移动通信系统中至关重要的一环，主要用于UE（用户设备）与gNB（基站）建立初始连接，确保上行链路同步，并分配特定的标识符（C-RNTI）以进行后续通信。在更通俗的术语中，这一过程被称为“RACH（Random Access Channel）过程”。根据文档，初始接入可能包括下行链路同步和RACH，但在本文中，我们将主要关注RACH过程。 5G NR的随机接入流程与LTE RACH流程相当类似，尽管在细节参数上有所不同。对于不熟悉LTE RACH的人来说，建议首先了解LTE RACH的基础知识，这将有助于更好地理解5G NR的RACH过程。 **随机接入的必要性** RACH的存在有其深刻的原理基础。在任何通信系统中，发送器和接收器的定时同步是关键。在5G NR中，下行链路同步由SS/PBCH（同步信号块/物理广播信道）完成，但这并不适用于上行链路。由于上行链路的特性，如UE的动态活动和能效考虑，采用广播/始终在线的同步机制并不实际。因此，RACH过程应运而生，它在需要时进行同步，且专用于特定UE，确保高效且低干扰的通信。 此外，RACH过程的另一重要功能是为Msg3（如RRC Connection Request）分配资源。Msg3是请求建立连接的消息，根据不同的场景，可能有不同的Msg3类型。 **随机接入的两类：竞争性和非竞争性** 在5G NR中，随机接入有两种方式：基于竞争和基于非竞争。在基于竞争的RACH过程中，UE随机选择一个Preamble签名发送，可能存在多个UE选择相同的签名，导致冲突。基站随后会通过竞争解决步骤来处理这些冲突。这种过程常见于UE的初始接入或恢复连接的情况。 相反，基于非竞争的RACH过程适用于已知UE身份或有时间限制的情况，如切换过程。此时，网络会预先分配Preamble签名给UE，避免冲突，确保无竞争的接入。 **典型的竞争性RACH过程如下：** 1. UE向网络发送RACH Preamble，包含RA-RNTI和L2/L3消息大小指示。 2. 网络回应Random Access Response，包含定时提前信息（Timing Advance）、TC-RNTI和上行链路资源分配。 3. UE利用分配的资源发送L2/L3消息。 4. 网络发送早期冲突解决消息。 若在第一步出现冲突，如两个UE使用同一Preamble，它们将在第二步收到相同的响应，然后在第三步尝试使用相同的资源，导致进一步的冲突。基站会通过后续步骤解决这些冲突，最终实现UE的正确接入。 总结，5G NR的随机接入过程是保证通信系统有效运行的关键环节，它通过竞争性和非竞争性两种方式实现UE的上行同步和资源分配。理解这一过程对于优化网络性能、提高用户体验以及解决潜在的通信问题具有重要意义。