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UE要接入LTE网络，必须经过小区搜索→获取小区系统信息→小区选择/重选等过程。本小节先介绍小区搜索过程。小区搜索的主要目的是：
● 与小区取得频率和符号同步；
● 获取系统帧定时，即下行帧的起始位置；
● 确定小区的物理层标示（Physical-layer Cell Identity，PCI）。
UE不仅需要在开机时进行小区搜索，为了支持移动性（Mobility），UE还会不停地搜索相邻小区，取得同步并估计该小区信号的接收质量，从而决定是否进行切换（Handover，当UE处于RRC_CONNECTED态时）或小区重选（Cell re-selection，当UE处于RRC_IDLE 态时）。
LTE一共定义了504个不同的PCI（对应协议36.211中的
，取值范围为0～503），且每个PCI对应一个特定的下行参考信号序列。所有PCI值集合被分成168个组（对应协议36.211中的
，取值范围为0～167），每组包含3个小区ID（对应协议36.211中的
，取值范围为0～2）。
为了支持小区搜索，LTE定义了两个下行同步信道：
● P-SCH（Primary Synchronization Channel，主同步信道）；
● S-SCH（Secondary Synchronization Channel，辅同步信道）。
对于FDD而言，P-SCH在子帧0和5的第一个时隙（Slot）的最后一个符号（Symbol）中发送；S-SCH与P-SCH在同一子帧的同一Slot中发送，但S-SCH位于倒数第2个Symbol中，比P-SCH提前一个Symbol，参见图2-7。
UE开机时并不知道系统带宽的大小，但它知道自己支持的频带和带宽（见36.101）。为了使UE能够尽快检测到系统的频率和符号同步信息，无论系统带宽是多少，与PBCH信道一样，P-SCH和S-SCH都位于中心的72个子载波上（即中心的6个RB上，不包含DC。实际只使用了频率中心DC周围的62个子载波，两边各留了5个子载波用作保护频段）。UE会在其支持的LTE频段的中心频点附近去尝试接收P-SCH和S-SCH。
P-SCH有3个取值，对应3种不同的Zadoff-Chu序列，每种序列对应一个
。
UE为了接收 P-SCH，会使用 36.211中 Table 6.11.1.1-1指定的根索引（Root index u）值集合来尝试解码 P-SCH，直到其中某个 Root index u成功解出 P-SCH为止。这样，UE就知道了该小区的
。又由于 PSS在时域上的位置是固定的，因此 UE可以得到该小区的 5ms时刻起点。但是一个系统帧内的两个 P-SCH 是完全相同的，因此 UE 不知道解出的 P-SCH是第一个还是第二个，于是只能得到 5ms定时信息（Timing）。
与 P-SCH类似，S-SCH也使用长度为 63的 Zadoff-Chu序列，但每个 LTE小区定义了两个不同的 S-SCH序列值 S-SCH1和 S-SCH2，分别位于子帧 0和子帧 5上。两个 S-SCH序列的取值范围是不同的，但都来源于 168个可选值的集合，对应 168个不同
。因此，允许UE需要最多盲检 168次不同的 S-SCH1和 S-SCH2的序列组合，就可以检测出 10ms系统帧的起始时刻（即子帧 0所在的位置）。
综上所述，通过检测P-SCH和S-SCH，UE可以得到如下信息：
● 小区的 PCI值；
● 小区专用参考信号及其时频位置，由于小区专用参考信号及其时频位置与 PCI是一一对应的，因此知道了 PCI值也就知道了该小区的下行小区专用参考信号及其时频位置；
● 10ms系统帧定时信息，即系统帧中子帧 0所在的位置（此时还不知道系统帧号，需要进一步解码 PBCH）；
● 小区是工作在 FDD还是 TDD模式下；
● CP配置是 Normal CP还是 Extended CP。
检测完同步信道之后，UE会解码PBCH，以获取最重要的系统信息，进而为后续小区选择和驻留乃至发起随机接入过程做好准备。
小区重选（Cell reselection）指UE在空闲模式下（即没有RRC连接），通过监测邻区和当前小区的信号质量以选择一个最好的小区提供服务信号的过程。当邻区的信号质量及电平满足S准则且满足一定重选判决准则时，终端将进入该小区驻留。UE驻留到合适的小区停留1s后，就可以进行小区重选的过程。小区重选过程包括测量和重选两部分过程，终端根据网络配置的相关参数，在满足条件时发起相应的流程。
与切换过程不一样的地方是，由于没有RRC连接的存在，小区重选过程完全由UE独立自主完成，不需要网络侧辅助。当然，网络侧会事先通过广播信道的系统信息告知UE相关小区重选参数和相邻小区信息。下面进行详细介绍。
重选分为以下几类：
● 系统内小区测量及重选；
● 同频小区测量及重选；
● 异频小区测量及重选；
● 系统间小区测量及重选。
与2G/3G网络不同，LTE系统中引入了重选优先级的概念。在LTE系统中，网络可配置不同频点或频率组的优先级，通过广播信道在系统消息（SIB3/SIB5/SIB6/SIB7）中告诉UE，对应参数为cellreselectionPriority，取值为（0～7）（注：0的优先级为最低，7为最高优先级。通常现网同频设置为5）。
● 优先级配置单位是频点，因此在相同载频的不同小区具有相同的优先级。
● 通过配置各频点的优先级，网络便能方便地引导终端重选到高优先级的小区驻留，实现均衡网络负荷、提升资源利用率、保障 UE信号质量等作用。
● 重选优先级也可以通过 RRC Connection Release消息告诉 UE，此时 UE忽略广播消息中的优先级信息，以该信息为准。
小区重选过程具体包括相邻小区信号强度的测量、排序和新服务小区的选择驻留过程。下面分别说明。
（1）如果 UE当前驻留在最高优先级小区，并且当前服务小区的信号强度大于指定门限，即 S ServingCell ＞Threshserving-low，则 UE就不需要启动任何测量过程。
（2）如果 UE 当前驻留的服务小区的信号强度小于或等于指定门限，即 S ServingCell ≤ Threshserving-low ，则 UE此时就要启动对预先配置的所有相邻的 LTE系统内异频小区和所有相邻的系统间小区（即 2G/3G小区）的信号强度测量过程，而不用管这些相邻小区的优先级是多少，也不用管当前服务小区的优先级是多少。
（3）如果UE当前驻留的小区不是最高优先级，则UE根据以下情况决定是否启动测量过程。
● 优先级更高的相邻小区：UE 必须周期性测量所有比当前服务小区优先级高的小区的信号强度。这个测量周期取决于当前服务小区的信号强度，如果当前服务小区的信号强度比较差，则测量周期就要缩短；如果当前服务小区的信号强度变好些，则测量周期就可以延长一些。
● 优先级相同或更小的同频相邻小区：如果当前服务小区的信号强度大于指定门限，即S ServingCell ＞ S intrasearch ，则 UE将不会启动测量过程；如果当前服务小区的信号强度小于或等于指定门限，即 S ServingCell ≤ S intrasearch 或者 S intrasearch 没有广播给 UE，则 UE就会启动测量过程。
● 优先级相同或更小的异频或系统间相邻小区：如果当前服务小区的信号强度大于指定门限，即 S ServingCell ＞ S nonintrasearch ，则 UE将不会启动测量过程；如果当前服务小区的信号强度小于或等于指定门限，即 S ServingCell ≤ S nonintrasearch ，或者 S nonintrasearch 没有广播给UE，则 UE就会启动测量过程。
当UE测量到相邻小区的信号强度实测值以后，首先会将这些实测值转换为相对信号强度值以便更直观比较，之后会根据各小区的优先级和信号强度对这些小区进行排序。
（1）如果UE想重选到比当前服务小区优先级更高的小区，则下面的准则必须被满足：
● 该候选高优先级小区的信号强度必须在指定时间内持续大于指定门限，即 S nonServingCell-x ＞ Threshx-high during TreselectionRAT ；
● UE驻留到当前服务小区的时间大于 1s；
（2）如果 UE想重选到与当前服务小区相同优先级的小区，则下面的准则必须被满足：● 该候选同等优先级小区的信号强度必须在指定时间内持续大于当前服务小区的信号强度，即 R n ＞ R s during TreselectionRAT ；
● UE驻留到当前服务小区的时间大于 1s；
（3）如果UE想重选到比当前服务小区优先级更低的小区，则下面的准则必须被满足：
● 没有优先级等于或高于当前服务小区优先级的小区的信号强度大于指定门限，即SnonServingCell-x ＞ Threshx-high during TreselectionRAT ；
● 当前服务小区的信号强度小于指定门限，即 SservingCell ＜ Threshserving-low ；
● 该候选低优先级小区的信号强度必须在指定时间内持续大于指定门限，即 S nonServingCell-x of lower-priority ＞ Threshx-low during TreselectionRAT ；
● UE驻留到当前服务小区的时间大于 1s；
这里的小区相对信号强度值计算公式为：
S servingCell /S nonServingCell /R n /R s =S rxlev =Q rxlevmeas （dBm）-（Q rxlevmin +Q rxlevminoffset ）-P compensation
通常，Q rxlevminoffset 和P compensation 的默认值为0； Q rxlevmin 通过SIB3告诉UE，一般为-140dBm；Q rxlevmeas 为UE实际测量到的信号强度值。
由此可见，在同等条件下，UE总是趋向于选择和驻留到更高优先级小区上，而重选到更低优先级小区是最难的，需要满足的条件也是最多、最苛刻的。
当UE通过小区搜索过程成功驻留到LTE网络后，它通过随机接入过程（Random Access Procedure）与小区建立RRC连接并取得上行同步。只有取得上行同步，UE才能进行上行数据传输，发送初始资源调度请求，从而可以进行下行数据传输，最终获取LTE网络的高速数据服务。
随机接入的主要目的：获得上行同步；为UE分配一个唯一的标识C-RNTI。
随机接入过程通常由以下6类事件之一触发（见36.300的10.1.5节）：
（1）初始接入时建立无线连接（UE从RRC_IDLE态到RRC_CONNECTED态）；
（2）RRC连接重建过程（RRC Connection Re-establishment procedure）；
（3）切换（Handover）；
（4）RRC_CONNECTED态下，下行数据到达时，因为此时需要UE回复ACK/NACK，但上行处于“不同步”状态；
（5）RRC_CONNECTED态下，上行数据到达时（如：需要上报测量报告或发送用户数据），但上行处于“不同步”状态或没有可用的PUCCH资源用于SR传输，此时允许上行同步的UE使用RACH来替代SR；
（6）RRC_CONNECTED态下，为了定位 UE，需要进行上行定时调整（Timing advance）。随机接入过程还有一个特殊的用途：当 PUCCH上没有配置专用的调度请求（Scheduling Request，SR）资源时，随机接入还可作为一个 SR来使用。
随机接入过程有两种不同的方式：
● 基于竞争（Contention based），应用于之前介绍的前 5种事件；
● 基于非竞争（Non-Contention based或 Contention-Free based），只应用于之前介绍的（3）、（4）、（6）3种事件；
下面详细介绍基于竞争的随机接入过程和步骤，参见图2-20。
图2-20 基于竞争的随机接入过程
UE发送随机接入前导（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，并以此校准上行链路定时（Uplink timing）。
UE要成功发送Preamble，需要确定如下信息：选择前导索引（Preamble index）；选择用于发送preamble的PRACH资源；确定对应的RA-RNTI；确定目标接收功率PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER。
1）选择preamble index
与基于非竞争的随机接入中的preamble index由eNodeB指定不同，基于竞争的随机接入，其preamble index是由UE从64个可用前导值随机选择的。每个小区有64个可用的preamble序列，UE会选择其中一个在PRACH上传输。这些序列又可以分成两部分，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序列又可以分为两组：group A和group B（group B可能不存在）。这些配置eNodeB是通过RACH-ConfigCommon（SIB2）广播给小区内驻留的UE的。
2）决定PRACH资源
每个小区的PRACH在频域上占用6个连续RB的带宽。某小区可用的PRACH时频资源位置是由SIB2中的prach-ConfigIndex和prach-FrequencyOffset字段决定的。prach-ConfigIndex决定小区内的哪些无线帧和子帧可以用来发送PRACH，prach-FrequencyOffset决定PRACH频域资源的起点，一旦这两个字段决定了，对接入该小区的所有UE而言，preamble的格式（format）和可用的PRACH时频资源位置就固定了。
3）确定对应的RA-RNTI
UE根据Preamble所占用的PRACH时频资源位置就能计算出eNodeB所要采用的RA-RNTI的值。UE发送了preamble之后，会在RAR时间窗内根据这个RA-RNTI值监听对应的PDCCH。
4）决定目标接收功率
该值由下面的公式计算得到：
其中，preambleInitialReceivedTargetPower和powerRampingStep值由SIB2广播给小区内的所有UE。
UE发送了preamble之后，会在RAR时间窗（RA Response window）内使用上面计算出的RA-RNTI值来监听PDCCH，进而解调PDSCH信道获取RAR。如果在此RAR时间窗内没有接收到eNodeB回复的RAR，或接收到的RAR中没有一个preamble与自己发送的Preamble相符合，则认为此次随机接入过程失败。如果接入过程失败，且未达到最大的随机接入尝试次数preambleTransMax，则UE将在上次发射功率的基础上，提升功率（+powerRampingStep）来发送下次preamble，以提高随机接入的成功率。此时UE需要等待一段时间后再发起随机接入。等待的时间为在0至回退指示值（Back Indication，BI）指定的等待时间区间内选取一个随机值。BI的取值从侧面反映了小区的负载情况，如果接入的UE多，则该值可以设置得大一些；如果接入的UE少，该值就可以设置得小一些。
RAR时间窗起始于发送preamble的子帧（如果preamble在时域上跨多个子帧，则以最后一个子帧计算）+3个子帧，并持续ra-ResponseWindowSize个子帧。
每个RAR包含如下信息：
● 上行传输定时提前量（Time advance）；
● 为发送 Msg3分配的上行资源授权信息（UL Grant Info，分配传输块不小于 80比特）；
● 临时 C-RNTI。
如果UE在子帧n成功地接收了自己的RAR，则它会在收到RAR之后的6个子帧上发送msg3，正常的上行传输是在收到UL grant之后的4个子帧发送上行数据，因为正常的上行传输资源即UL grant是在PDCCH中传输的，而RAR（包含msg3的UL grant）是在PDSCH而不是PDCCH中传输的，因此UE需要更多的时间去解调PDSCH确定UL grant、传输格 式等。
与随机接入的触发事件对应起来，msg3可能携带的上层信息如下。
（1）如果是初次接入（initial access），msg3为在CCCH上传输的RRC Connection Request，且至少需要携带NAS UE标志信息（S-TMSI或IMSI）。
（2）如果是RRC连接重建（RRCConnection Re-establishment），msg3为CCCH上传输的RRC Connection Re-establishment Request，且不携带任何NAS消息。
（3）如果是切换（handover），msg3为在DCCH上传输的经过加密和完整性保护的RRC Handover Confirm，必须包含UE的C-RNTI，且如果可能，需要携带BSR（Buffer Status Report）。
（4）对于其他触发事件，则至少需要携带C-RNTI。
UE发送完msg3后，会使用临时C-RNTI值来监听解调PDCCH，成功后再解调相应的PDSCH以获取msg4内容。
在步骤3中已经介绍过，UE会在msg3中携带自己唯一的标志：临时C-RNTI或来自核心网的UE标志（S-TMSI或IMSI）。eNodeB在冲突解决机制中，会在msg4中携带该唯一的标志以指定胜出的UE。而其他没有在冲突解决中胜出的UE将重新发起随机接入。通常msg4会包含如下上层来的消息：
（1）RRC Connection Setup；
（2）RRC Connection Reconfiguration。
上面详细介绍了基于竞争的初始随机接入过程和步骤，至于其他类型的随机接入过程相比而言要简单很多，这里就不一一介绍了。
当UE完成小区搜索和选择过程并且接收相关系统信息以后，它就可以向LTE网络发起附着（Attach）过程，该过程通常还伴随有默认EPS承载（default EPS Bearer）的建立过程。附着过程完成以后，UE获得IP地址信息，也就进入到随时在线状态（Always On）以获得网络侧提供的高速分组数据业务。当然，如果是在空闲状态下发起附着过程，也必然会触发随机接入过程及RRC连接建立过程。
图2-21给出了附着过程的信令消息流程，图中没有画出NAS层用户身份识别、鉴权和安全模式过程。详细的附着过程的信令消息解析参见本书第6.1节的内容。
图2-21 附着过程的信令消息流程
当UE处于空闲状态下，即没有建立RRC连接时，LTE网络是无法确切知道它当前所处的位置的。当网络侧需要向处于ECM-IDLE态（UE在MME中的状态）的UE发送下行数据时，MME会向UE所注册的所有TA内的所有eNodeB发送一条PAGING消息（MME发往eNodeB），然后eNodeB会通过空口发送一条Paging消息（eNodeB发往UE）以寻呼UE。处于RRC_IDLE态的UE收到Paging消息后，可能会发起一个RRC连接建立过程以便接收呼叫。
处于RRC_IDLE态的UE具备以下属性：
● 在 eNodeB上并没有 RRC上下文，即 eNodeB并不知道存在该 UE；
● UE与 eNodeB之间不存在 RRC连接；
● UE在所处的 TA（Tracking Area）内已经被分配了一个唯一的标识；
● UE已经在 MME注册，且在 MME中存在上下文；
● UE与核心网之间不存在 NAS信令的连接。
Paging消息的作用包括：
● 向处于 RRC_IDLE态的 UE发送语音业务或数据业务请求；
● 通知处于 RRC_IDLE和 RRC_CONNECTED态的 UE系统信息发生了变化；
● 通知 UE开始接收 ETWS primary和/或 ETWS secondary广播消息；
● 通知 UE开始接收 CMAS广播消息。
为了接收来自eNodeB的Paging消息，处于RRC_IDLE态的UE会监听使用P-RNTI（值为0xFFFE）加扰的PDCCH。
Paging支持非连续接收（Discontinuous Reception，DRX），使得处于RRC_IDLE态的UE只在预先定义好的时间段内“醒来”以接收Paging指示消息，而在其他时间可以保持“休眠”状态，这样能够降低功耗，提升UE的电池使用时间。
Paging时频资源：
● Paging指示消息所占的频域资源是由 P-RNTI加扰的 PDCCH（见 36.213的 Table 7.1-2）指定的；
● 在时域上，UE只会在其 Paging周期内的某个特定无线帧（10ms，称为 PF-Paing Frame）中的某个特定子帧（1ms，称为 PO-Paging Occasion）去尝试接收 Paging消息。
在该特定子帧上可能会有使用P-RNTI加扰，并指示Paging消息的PDCCH。当使用了DRX时，UE在每个DRX cycle上只需要检测1个PO，也就是说，对应每个UE，在每个Paging周期内只有1个子帧可用于发送Paging指示。DRX cycle与Paging周期是同一概念。
PF（Paging Frame）是一个无线帧，该帧可能包含一个或多个PO。每个UE所对应的PF和PO值都与其 IMSI值有关。
处于 RRC_IDLE状态的 UE在 DRX cycle内的绝大部分时间里是休眠的，而只在对应 PF的对应 PO上醒来，去监听使用 P-RNTI加扰的 PDCCH。如果 UE在 PO上检测到使用 P-RNTI加扰的 PDCCH，UE会去解码 PDSCH并读取 pagingRecordList中的每一个 PagingRecord，PagingRecord中包含了被寻呼的 UE的标志 ue-Identity。如果 UE发现自己的 UE标志与某个ue-Identity一致，就会把 ue-Identity和 cn-Domain发往上层继续处理。如果 UE没有找到一个与其 UE标志一致的 ue-Identity，UE会丢弃接收到的 Paging消息，重新进入休眠状态直到下一个 PO时刻的带来，从而节省了手机电池消耗。
图2-22直观地画出了一个具体的寻呼示意，图中给出了寻呼周期、PF和PO个数及位置（帧号和子帧号）的示例。
图2-22 一个具体的寻呼示意例子
从图2-22可以看出：该UE需要每320ms（T=32×10ms）醒来一次，即该UE的DRX cycle为32个系统帧，PF=18/50/82/…，PO=5，即在系统帧18和50、82等中的子帧5尝试解码PDCCH来接收Paging指示消息，如果成功再解码PDSCH查询自己是否被击中并获取具体的寻呼消息内容，然后根据具体寻呼消息内容发起相应动作，如响应被叫CSFB。
为了保证用户在移动状态下正在进行的数据业务的连续性，切换过程（Handover procedure）是不可少的。所谓切换（Handover），是指UE在有RRC连接状态下，由于当前服务小区信号变得足够差而导致的更换服务小区的过程。不同于空闲模式下的小区重选过程，切换过程是需要网络侧辅助完成的。
不像3G网络，LTE网络摈弃了宏分集概念，因此在LT网络内外都没有软切换这一说。所有类型的切换，不管是同频（Intra-Frequency）还是异频（Inter-Frequency）切换，也不管是eNodeB内部（Intra-eNodeB）还是eNodeB之间（Inter-eNodeB）的切换，均为硬切换，即先断后连。因此，在切换过程中有用户数据业务的短暂中断时间。图2-23是基于X2接口两个eNodeB之间的切换流程图。由图可见，大部分切换都是由UE的对无线信号的测量触发的。当然，也有特殊情形，即切换可能会由网络侧触发，如某小区要紧急关闭或负载平衡。
其他类型的切换流程在这里就不一一介绍了，有兴趣的读者可以参考专门论述LTE 原理方面的书。
图2-23 eNodeB之间的切换流程图