LTE学习笔记--PHY--PRACH

物理层的RA preamble结构如下图所示，包含 TCP T C P 和 TSEQ T S E Q 两个部分。

根据CP和SEQ的长度和，preamble可以分成如下四种格式：

如果是由MAC层触发的RA，preamble的传输将被限定在一个确定的时频资源集合上发送。此特定PRACH资源集合配置在SIB2中。如下

其中PRACH-ConfigIndex查表可指明PRACH resource在时域上的位置（RF，SF）和Preamble格式(这个在FDD和TDD内所查表不同)，prach-freqoffset指明了PRRACH在频域上的位置，PRACH 在频域上占 6 个连续的RB。因此PRACH在频域上的位置有100-6=94种可能（20MHz下有100个RB）。
对于non-BL/CE UEs ，只有一个PRACH configuration，参数 nRAPRBoffset n P R B o f f s e t R A ，高层可以通过参数prach-FreqOffset{0-94}配置（prach-FreqOffset的值代表的是PRB的号码）。Legacy LTE PRACH不存在跳频。
ZeroCorrelationZoneConfig查表可拿到 NCS N C S ,highSpeedFlag是由于高速运动的情况下，由于多普勒效应的存在，导致原本正交的ZC不再正交，因此preamble集合的产生有更严格的算法。这两个参数配置加上上一层的SequenceRootIndex可以产生64个preamble集合。

1，FDD

FDD只用preamble format 0-3，每个PRACH configuration（事实上legacy lte也只有一个）在一个SF内最多只有一个RA resource。具体的排布如下表所示。由下表可以看出Preamble的format 和其在哪个RF内的哪个SF发送是由PRACH-ConfigIndex控制的。

当 NTA=0 N T A = 0 时，Preamble发送的起始位置需要与相应的上行SF的起始位置对齐。
对于PRACH configurations0, 1, 2, 15, 16, 17, 18, 31, 32, 33, 34, 47, 48, 49, 50 和63，UE可能是出于handover的目的假设相对时间的一个绝对值，即当前cell RFi R F i 与目标cell的时差小于 153600⋅Ts 153600 ⋅ T s 。
对于preamble formats 0- 3，分配给PRACH opportunity的第一个PRB( nRAPRB n P R B R A )：

nRAPRB=nRAPRBoffset n P R B R A = n P R B o f f s e t R A

FDD在某个子帧上只有一个频域资源，因此是固定的。猜测：多个UE在PRACH可能会使用完全相同的PRACH时频资源（在FDD中肯定是相同的频域资源，因为只有6个PRB，每个preamble在频域上占用6个连续RB的带宽），如果选择的preamble不同，由于preamble是正交的，虽然在频域上一样，但是eNB应该还是可以正确解出preamble。此时唯一要解决的是UE使用同一个Preamble(preamble不与自己正交)。并且在后面章节有指出:如果 eNB 在同一 PRACH 资源上检测到来自多个 UE 的随机接入请求，则使用一个 RAR MAC PDU 就可以对这些接入请求进行响应（一个MAC PDU可以有多个RAR），每个随机接入请求（对应一个 preamble index）的响应对应一个 RAR。如果多个 UE 在同一 PRACH 资源（时频位置相同，使用同一 RA-RNTI）发送 preamble，则对应的 RAR 复用在同一 RAR MAC PDU 中。

1，TDD

在TDD中，由于每个RF内的上行子帧数目更少（TDD上下行同频时分），从而要求每个上行子帧发送更多的RA请求（一个PRACH占6个PRB，一个SF内能发送多个preamble意味着TDD PRACH在频域上可能不仅仅只占6个PRB）的，每个上行子帧可以有多个PRACH资源（FDD只有一个）。在TDD中每个RF 内最多可发送6个RA请求。TDD中每个RF内的上下行分配情况如下图所示。

至于一个RF内到底有多少个PRACH资源，是由 DRA D R A 和UL/DL configuration共同指定的。 DRA D R A 可由PRACH-ConfigIndex查下表得出。

假设 DRA D R A =6，而UL/DL configuration=5(即一个RF内只有一个UL机会)，那么一个RF内在6个PRB内只有一个PRACH资源，为了凑足一个RF内的 DRA D R A =6个PRACH资源，唯一的办法就是在频域上作扩展，因此就有了下表中的 fRA f R A 参数。

上表中 (fRA,t(0)RA,t(1)RA,t(2)RA) ( f R A , t R A ( 0 ) , t R A ( 1 ) , t R A ( 2 ) ) 中的 实际上是指明了PRACH在时域上的位置， t(0)RA∈{0，1，2} t R A ( 0 ) ∈ { 0 ， 1 ， 2 } 指明了preamble可以在哪些RF上发送（0：所有帧；1：偶数帧；2：奇数帧）， t(1)RA∈{0，1} t R A ( 1 ) ∈ { 0 ， 1 } 指明了为此RF的前半帧还是后半帧， t(2)RA t R A ( 2 ) 指明了preamble起始地上行SF号，该子帧位于两个连续的DL/UP switch point之间，从0开始计数，对于format 4其起始子帧是特殊帧， t(2)RA t R A ( 2 ) 为*（无配置）。具体确定方法如下图所示。

与FDD类似，TDD的PRACH资源一样与 nRAPRB n P R B R A （prach-FreqOffset）有关，除此之外由于一个RF内需要凑足 DRA D R A 个PRACH资源，如果时域上资源不够，则需要在频域上作扩展，同样是上面的例子，一个RF有4个SF用于上行传输，则在时域上可以提供4个PRACH资源，假设 DRA D R A =6，为了凑足 DRA D R A =6个PRACH资源，需要在频域上做一次扩展，因此此时 fRA f R A 有{0，1}两种取值，如果一个RF只有1个SF用于上行传输，那么频域上需要扩展5次， fRA f R A 有{0，1，2，3，4，5}6种取值，至于具体扩展的是哪些6PRB，由下式计算得出（为了保证上行单载波的频域资源连续性，PRACH 资源通常分布在上行带宽的两端上（“低高频位置交错”））。

但是对于preamble format 4，需要使用下面的计算公式:

对于PRACH configurations {0, 1, 2, 20, 21, 22, 30, 31, 32, 40, 41, 42, 48, 49, 50}或{51, 53, 54, 55, 56, 57 }(UL/DL configuration 3, 4, 5)，UE可能是出于handover的目的假设相对时间的一个绝对值，即当前cell RFi R F i 与目标cell的时差小于 153600⋅Ts 153600 ⋅ T s 。