1 在LTE中，需要識別3個主要的同步需求
- 符號和幀定時的捕獲，通過它來確定正確的符號起始位置（如設置DFT窗位置）；
- 載波頻率同步，需要它來減少或消除頻率誤差的影響（注：頻率誤差是由本地振盪器在發射端和接收端間的頻率不匹配和UE移動導致的多普勒偏移造成的）；
- 采樣時鍾的同步
2 兩個物理信號
- 主同步信號（PSS，Primary Synchronization Signal）
- 和輔同步信號（SSS，Secondary Synchronization Signal）
注：對於這兩個信號的檢測，不僅使得時間和頻率獲得同步，也為UE提供了小區的物理標識及循環前綴的長度，以及通知UE該小區是使用TDD還是FDD方式。
- 在FDD小區內，PSS總是位於無線幀的第1個和第11個時隙的最后一個OFDM符號上，使得UE在不考慮循環前綴（CP）長度下獲得時隙邊界定時；SSS直接位於PSS之前；
- 在TDD小區內，PSS位於每個無線幀的第3個和第13個時隙上，從而SSS比PSS早3個符號
圖1 PSS與SSS的位置
3 UE開機流程
圖2 UE開機流程
4 小區搜索過程
eNB一直處於開機狀態，UE無論開機還是mobility，都通過小區搜索（cell search）實現時、頻同步，同時獲得PCI（Physical Cell Identity）。然后讀PBCH，得到系統幀號和帶寬信息，以及PHICH的配置等系統消息，具體步驟如下：
- 一般來說應該UE先對可能存在小區的頻率范圍內測量小區信號強度RSSI，據此找到一個可能存在小區的中心頻點；
- 然后在這個中心頻點周圍收PSS和SSS，這兩個信號和系統帶寬沒有限制，配置是固定的，而且信號本身以5ms為周期重復，並且是ZC序列，具有很強的相關性，因此可以直接檢測並接收到，據此可以得到小區Id，同時得到小區定時的5ms邊界；
- 5ms邊界得到后，根據PBCH的時頻位置，使用滑窗方法盲檢測，一旦發現CRC校驗結果正確，則說明當前滑動窗就是10ms的幀邊界，並且可以根據PBCH的內容得到系統幀號和帶寬信息，以及PHICH的配置；
- 至此，UE實現了和eNB的定時同步。
當獲取了PBCH信息后，要獲得更多的無線信道參數等還要接受其余的SIB信息，這些信息在PDSCH上發送：
- 接收PCFICH，此時該信道的時頻資源就是固定已知的了，可以接收並解析得到PDCCH的symbol數目；
- 接收PHICH，根據PBCH中指示的配置信息接收PHICH；
- 在控制區域內，除去PCFICH和PHICH的其他CCE上，搜索PDCCH並做譯碼；
- 檢測PDCCH的CRC中的RNTI，如果為SI-RNTI，則說明后面的PDSCH是一個SIB，於是接收PDSCH，譯碼后將SIB上報給高層協議棧；
- 不斷接收SIB，HLS會判斷接收的系統消息是否足夠，如果足夠則停止接收SIB
至此，小區搜索過程才差不多結束。
5 UE隨機接入過程
- 為什么要進行隨機接入過程？？
申請上行資源
UE通過隨機接入與基站進行信息交互，完成后續操作（如呼叫、資源請求、數據傳輸等操作）
實現與系統的上行時間同步
隨機接入的性能直接影響到用戶體驗，能夠適應各種應用場景、快速接入、容納更多用戶的方案
- 隨機接入過程包括：
隨機接入前導（Preamble）的發送
隨機接入響應
注：Preamble——>當UE收到eNB的廣播信息需要接入時，從序列集中隨機選擇一個preamble序列發給eNB，然后eNB根據不同的前導序列來區分不同的UE
- UE側隨機接入流程
Step1：解析傳輸請求，獲得隨機接入配置信息；
Step2：選擇preamble序列
1)基於競爭的隨機接入：隨機選擇preamble
2)無競爭的隨機接入：由高層指定preamble
Step3：按照指定功率發送preamble
Step4：盲檢用RA-RNTI標識的PDCCH
--檢測到，接收對應的PDSCH並將信息上傳；
--否則直接退出物理層隨機接入過程，由高層邏輯決定后續操作；
圖3 UE側隨機接入流程
5.1 基於競爭的隨機接入流程
圖4 基於競爭的RA流程
Step1：UE端通過在特定的時頻資源上，發送可以標識其身份的preamble序列，進行上行同步
說明：
eNB可以選擇64個preamble碼中的部分或全部用於競爭接入；
Msg1承載於PRACH上
Step2：基站端在對應的時頻資源對preamble序列進行檢測，完成序列檢測后，發送隨機接入響應。
說明：
Msg2由eNB的MAC層組織，並由DL_SCH承載；
一條Msg2可同時響應多個UE的隨機接入請求；
eNB使用PDCCH調度Msg2，並通過RA-RNTI進行尋址，RA-RNTI由承載Msg1的PRACH時頻資源位置決定；
Msg2包含上行傳輸定時提前量，為Msg3分配的上行資源，臨時C-RNTI等；
Step3：UE端在發送preamble序列后，在后續的一段時間內檢測基站發送的隨機接入響應；UE在檢測到屬於自己的隨機接入響應，該隨機接入響應中包含UE進行上行傳輸的資源調度信息
說明：
UE在接收Msg2后，在其分配的上行資源上傳輸Msg3，並映射到UL-SCH上的CCCH邏輯信道上發送；
針對不同場景，Msg3包含不同的內容：
-
- 初始接入：攜帶RRC層生成的RRC連接請求，包含UE的S-TMSI或隨機數；
- 連接重建：攜帶RRC層生成的RRC連接重建請求,C-RNTI和PCI；
- 切換：傳輸RRC層生成的RRC切換完成消息以及UE的C-RNTI；
- 上/下行數據到達：傳輸UE的C-RNTI。
Step4：基站發送沖突解決響應，UE判斷是否競爭成功
圖5 競爭判決
5.2 基於非競爭的隨機接入流程
圖6 基於非競爭的RA流程
Step1：基站根據此時的業務需求，給UE分配一個特定的preamble序列。（該序列不是基站在廣播信息中廣播的隨機接入序列組）
說明：
對於切換場景，eNB通過RRC信令通知UE；
對於下行數據到達和輔助定位場景，eNB通過PDCCH通知UE
Step2：UE接收到信令指示后，在特定的時頻資源發送指定的preamble序列
Step3：基站接收到隨機接入preamble序列后，發送隨機接入響應。進行后續的信令交互和數據傳輸。
6 UE附着過程（Attach）
- Attac的功能
向EPC注冊EPS業務或non-EPS服務；
為UE分配IP，建立UE和PDN GW之間的缺省承載(default bearer)，使得UE的IP連接永遠在線.(always-on IP connectivity)；
還可激活多個專用承載(dedicated bearers)；
Attach過程中產生安全上下文，投入使用后，對NAS信令進行安全保護
- UE開機Attach過程
圖7 UE開機Attach流程
Step1：處於RRC_IDLE的UE進行Attach過程，首先發起隨機接入過程，即Msg1消息；
Step2：eNB檢測到Msg1消息后，向UE發送隨機接入響應消息，即Msg2消息；
Step3：UE收到隨機接入響應后，根據Msg2的TA調整上行發送時機，向eNB發送RRC Connection Request消息；
Step4：eNB向UE發送RRC Connection Setup消息，包含建立SRB1承載信息和無線資源配置信息；
Step5：UE完成SRB1承載和無線資源配置，向eNB發送RRC Connection Setup Complete消息，包含NAS層Attach Request消息；
Step6：eNB選擇MME，向MME發送Initial UE Message消息，包含NAS層Attach Request消息；
Step7：MME向eNB發送Initial Context Setup Request消息，請求建立默認承載，包含NAS層Attach Accept、Activate Default EPS Bearer Context Request消息；
Step8：eNB接收到Initial Context Setup Request消息，如果不包含UE能力信息，則eNB向UE發送UE Capability Enquiry消息，查詢UE能力；
Step9：UE向eNB發送UE Capability Information，報告UE的能力信息；
Step10：eNB向MME發送UE Capability Information Indication消息，更新MME的UE能力信息；
Step11：eNB根據Initial Context Setup Request消息中UE支持的安全信息，向UE發送Security Mode Command消息，進行安全激活；
Step12：UE向eNB發送Security Mode Complete消息，表示安全激活完成；
Step13：eNB根據Initial Context Setup Request消息中的ERAB建立信息，向UE發送RRC Connection Reconfiguration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；
Step14：UE向eNB發送RRC Connection Reconfiguration Complete消息，表示資源配置完成；
Step15：eNB向MME發送Initial Context Setup Response響應消息，表明UE上下文建立完成；
Step16：UE向eNB發送UL Information Transfer消息，包含NAS層Attach Complete、Activate Default EPS Bearer Context Accept消息；
Step17：eNB向MME發送上行直傳UL NAS Transport消息，包含NAS層Attach Complete、Activate Default EPS Bearer Context Accept消息；
說明：
步驟1~5建立RRC連接，步驟6、9完成S1連接，完成這些標志着NAS signaling connection建立完成
- 進一步理解Attach過程
圖8 Attac流程進一步理解
Step1：在已經建立NAS信令連接基礎上，UE通過向MME發送 ATTACH REQUEST 消息來發起attach規程；該消息中包含：IMSI或GUTI、last visited TAI、UE network capbility、PDN IP option、connect type等
Step2：如果UE最新連接的（新）MME與最后一次離開網絡時連接的（舊）MME相比已經發生改變，新MME就會向舊MME發送一個ID請求來申請當前UE的IMSI，用於為當前UE重新分配GUTI。
Step3：如果新MME和舊MME都不能識別當前的UE，那么新MME會給UE發送一個ID請求，隨后，UE應告訴新MME自己的IMSI。
Step4：如果當前網絡中沒有UE的安全上下文，那么MME會發起一個鑒權規程，UE和MME相互鑒權之后會在兩側產生相關的安全下文。（漫游情況下，MME應從HSS獲取UE的簽約信息等內容）
Step5：鑒權結束后，MME可能發送移動設備標識檢查請求到EIR（Equipment Identity Register）（MME的經營可能會檢查EIR中的移動設備標識，至少在漫游時，MME應將移動設備標識傳給HSS）。
Step6：如果MME中有激活的承載上下文（比如之前連接嘗試失敗時已經創建了承載），那么MME會發送消息到各個P-GW來刪除這些無效的承載上下文。
Step7：由於位置已經變化（MME變化），新MME就發送一個位置更新請求到HSS（指明MME標識、IMSI和ME標識等）。
Step8：新MME向HSS發送位置更新請求后，舊的MME就可以刪除其中保存的UE的位置信息以及相應的承載上下文。
Step9：HSS向新MME回送一個位置更新響應，來指明位置更新的狀態。若HSS拒絕位置更新，那么MME就拒絕UE的attach請求。
Step10：位置更新完畢后，新MME就可以與PDN-GW之間建立默認承載，建立默認承載后P-GW就為UE創建了PDN地址、EPS承載標識、協議配置選項等，並將相關消息返回給MME，S-GW可以緩存一些來自P-GW的下行數據包。
Step11：MME接受attach及附着完成：MME通過eNB將APN、GUTI、PDN地址、TAI列表等信息反饋給UE，並請求UE建立無線承載；UE完成無線承載建立后向MME返回一個完成消息指明attach完成。
7 Detach過程
Detach過程完成UE在網絡側的注銷和所有EPS承載的刪除；
UE/MME/S-GW/HSS均可發起Detach過程；
若網絡側長時間沒有獲得UE的信息，則會發起隱式的Detach過程，即核心網將該UE的所有承載釋放而不通知UE
7.1 UE發起Detach過程
圖9 UE發起的Detach流程
Step1：處在RRC_CONNECTION狀態的UE進行Detach過程，向eNB發送UL NAS Transfer消息，包含NAS層Detach Request信息；
Step2：eNB向MME發送上行直傳UL NAS Transport 消息，包含NAS層Detach Request信息；
Step3：MME向S-GW發送Delete Session Request，以刪除EPS承載；
Step4：S-GW向MME發送Delete Session Response，以確認EPS承載刪除；
Step5：MME向eNB發送下行直傳DL NAS Transport消息，包含NAS層Detach Accept信息；
Step6：eNB向UE發送DL Information Transfer消息，包含NAS層Detach Accept信息；
Step7：MME向eNB發送UE Context Release Command消息，請求eNB釋放UE上下文；
Step8：eNB接收到UE Context Release Command消息，向UE發送RRC Connection Release消息，釋放RRC連接；
Step9：eNB釋放UE上下文信息，向MME發送UE Context ReleaseComplete消息進行響應
7.2 MME發起Detach過程
圖10 MME發起的Detach流程
8 Service Request過程
- 作用
當UE無RRC連接且有上行數據發起需求時
當UE處於ECM IDLE狀態且有下行數據到達時
在S1接口上建立S1承載，在Uu接口上建立數據無線承載
- 說明：
當UE發起Service Request時，需先發起隨機接入過程；
Service Request由RRC Connection Setup Complete攜帶上去；
當下行數據到達時，網絡側先對UE進行呼叫，隨后UE發起隨機接入過程，並發起Service Request過程；
UE發起Service Request相當於主叫過程；
下行數據到達發起的Service Request相當於被叫接入
圖11 Service Request流程