5G NR 随机接入--PRACH

高层配置

SIB1> servingCellConfigCommon > uplinkConfigCommon >
initialUplinkBWP > rach-ConfigCommon

preamble format

前导码格式见38.211-Table6.3.3.1-1和38.211-Table6.3.3.1-2。

由高层配置参数prach-ConfiguratinIndex决定配置给UE的前导码格式，查表38.211–Table6.3.3.2-2~Table6.3.3.2-4可知。

时域资源

周期和偏移

由prach-ConfigurationIndex确定，查38.211–Table6.3.3.2-2~Table6.3.3.2-4可知。

子帧内的起始位置

起始位置的计算方法如下所示：

公式中涉及到的参数：

如果 ${\Delta}f_{RA}{\in}\{1.25,5\}kHz$，则 $\mu$取值为0；否则与 ${\Delta}f_{RA}{\in}\{15,30,60,120\}kHz$时 $\mu$的取值一致，而 ${\Delta}f_{RA}$的取值取决于前导码格式，见38.211-Table6.3.3.1-1和38.211-Table6.3.3.1-2。

$n_t^{RA}$取值范围从0到 $N_t^{RA,slot}-1$， $N_t^{RA,slot}$取决于 $L_{RA}$，当 $L_{RA}=139$时要查表38.211–Table6.3.3.2-2~Table6.3.3.2-4获取，当时 $L_{RA}=839$，取值固定为1。

$N_{dur}^{RA}$的值也是查表38.211–Table6.3.3.2-2~Table6.3.3.2-4获取。

如果 ${\Delta}f_{RA}{\in}\{1.25,5,15,60\}kHz$，那么 $n_{slot}^{RA}=0$；如果 ${\Delta}f_{RA}{\in}\{30,120\}kHz$，要在38.211–Table6.3.3.2-2~Table6.3.3.2-4中查看表项"Number of PRACH slots within a（60kHz）subframe"的值，如果该值为1，则 $n_{slot}^{RA}=1$，否则 $n_{slot}^{RA}\in\{0,1\}$。

时域的持续时长

时域上的持续时长结合38.211-Table6.3.3.1-1和38.211-Table6.3.3.1-2和公式 $(N_u+N_{CP,l}^{RA})T_c$可得，其中

举例说明

例一

FR1，paired spectrum，UL-BWP的scs配置为15kHz，prach-ConfiguratinIndex为0，即

• 从表可以得到的信息：

1. preamble format 0对应 $L_{RA}=839,\Delta f_{RA}=1.25kHz$，

2. 周期为16帧，偏移为1帧，起始子帧为1

• $l=l_0+n_t^{RA}N_{dur}^{RA}+14n_{slot}^{RA}=0+1*0+14*0=0$，也就是说，preamble为每160ms出现一次，在第二个帧的第二个子帧开始，起始位置为0。

• 查表38.211-Table6.3.3.1-1可知，

  

  preamble在时域持续时长为
  $(24576k+3168k+0*16k)*T_c=(27744*T_s/T_c)*T_c=27744T_s$

例二

FR1，paired spectrum，UL-BWP的scs配置为15kHz，频点<6GHz（表示PRACH的scs只能为15/30kHz），即

• 从表可以得到的信息：

1. preamble format A1对应 $L_{RA}=139$

2. 周期为16帧，偏移为1帧，起始子帧为4

3. 一个子帧内的PRACH slot为2，因为15kHz一个子帧内只有一个slot，则推出 $\Delta f_{RA}$为30kHz，即 $\mu$为1

• 计算l值：

1. $n_t^{RA}$取值范围从0到 $N_t^{RA,slot}-1$，即[0,5]

2. $n_{slot}^{RA}\in\{0,1\}$

3. l = 0+0*2+14*0 = 0

   = 0+0*2+14*1 = 14

   = 0+1*2+14*0 = 2

   …

   = 0+5*2+14*1 = 24

   l最终取值为{0,2,4,6,8,10,14,16,18,20,22,24}，对应一个子帧2个slot，一个slot 6个occasion，即时域一共有12个prach occasions。

• 计算 $t_{start}^{RA}$
  

• 计算持续时长，查表38.211-Table6.3.3.1-2

preamble的持续时长为 $(2*2048k+288k)/2^{\mu}=(2*2048k+288k)/2=2192k$

频域资源

$n_{start}^{RA}$指示了最低的频域prach occasion的最低RB相对PRB 0（初始激活上行BWP）的偏移，由高层参数msg1-FrequencyStart配置。

$n_{RA}\in\{0,1,...,M-1\}$是在给定的prach传输时刻中频域prach occasion的索引，M由高层参数msg1-FDM指定，msg1-FDM的意思：通过频域复用在一个time instance中的频域prach occasion个数。

每个频域prach occasion占用的RB数见38.211-Table6.3.3.2-1。

频域PRACH occasion与SSB的映射

SSB在不同的波束发送，UE在最强的波束收到SSB，然后通过对应关系在对应的prach occasion发送preamble码，这样基站就可以知道哪个波束对UE最强。

ssb-perRACH-OccasionAndCB-PreamblesPerSSB：这个字段分两部分理解，CHOICE指每个prach occasion对应的SSB数，oneEight指1个SSB对应8个prach occasion，即N；ENUMERATED指每个SSB对应的preamble数，n4指4个preamble码，即R。

totalNumberOfRA-Preambles：用于竞争和非竞争preamble码的总数，配置要和ssb-perRACH-OccasionAndCB-PreamblesPerSSB一致，就是说要是N的倍数，用 $N_{preamble}^{total}$表示。

映射规则：

• 如果N<1，一个SSB映射到连续的1/N个prach occasion上，preamble索引从0开始，连续R个映射到每个SSB上

• 如果N>=1，也就是N个SSB映射了1个prach occasion，SSB编号为n，从0~N-1，每个SSB对应的preamble的起始索引为 $n*N_{preamble}^{total}/N$

• 如果是链路恢复触发的随机接入，N值由BeamFailureRecoveryConfig的ssb-perRACH-Occasion提供

• 如果在一个映射周期内经过了几轮映射之后，有多余的prach occasion没有被映射到，这些prach occasion被视为无效，不能用作PRACH传输

  映射步骤：

1. 一个prach occasion里的preamble索引递增

2. 频率复用的prach occasion频率资源索引递增

3. 一个prach 时隙中时域复用的prach occasion索引递增

4. PRACH时隙的索引递增

SSB Set的周期是5,10,20,40,80,160，SSB和PRACH的关联周期与PRACH周期的关系，就是SSB Set周期相对PRACH周期的倍数，见38.213-Table8.1-1。这样，SSB Set中的每个block在关联周期中至少映射一次PRACH occasion。

PRACH occasion的有效性

• paired spectrum，所有的prach occasion都有效

• unpaired spectrum

1. UE没有配置TDD-UL-DL-ConfigurationCommon，在最后一个SSB符号接收后最少 $N_{gap}$（见38.213-Table8.1-2）个符号的位置开始，prach occasion才会有效
   

2. UE配置了TDD-UL-DL-ConfigurationCommon，prach occasion有效的条件是：1，在上行符号；2，在PRACH slot中的位置不会在SSB前面，而且开始位置要满足：最后一个下行符号后最少 $N_{gap}$个符号，以及最后一个SSB符号发送后最少 $N_{gap}$个符号。

3. preamble format为B4的话， $N_{gap}$为0

• 随机接入过程由PDCCH order触发，UE按高层要求在选定的prach occasion发送PRACH，PDCCH order接收的最后一个符号和PRACH传输的第一个符号之间的时间要大于等于 $N_{T,2}+{\Delta}_{BWPSwitching}+{\Delta}_{Delay}$ms。其中 $N_{T,2}$指个符号的持续时长，相当于PUSCH的准备时长； ${\Delta}_{BWPSwitching}$指上行BWP激活所需时间，如果激活的上行BWP不变，则该值为0；FR1， ${\Delta}_{Delay}$为0.5ms，FR2， ${\Delta}_{Delay}$为0.25ms。

• 单小区，或载波聚合在同一频带：1，UE不在相同的时隙传输PRACH和PUSCH/PUCCH/SRS；2，第一个slot的PRACH传输的最后一个符号和第二个slot的PUSH/PUCCH/SRS的第一个符号之间的符号数小于N时，不传输PRACH，上行BWP的子载波间隔为15或30kHz时N取值为2，上行BWP的子载波间隔为60或120kHz时N取值为4