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 Δ f R A ∈ { 1.25 , 5 } k H z {\Delta}f_{RA}{\in}\{1.25,5\}kHz ΔfRA∈{1.25,5}kHz，则 μ \mu μ取值为0；否则与 Δ f R A ∈ { 15 , 30 , 60 , 120 } k H z {\Delta}f_{RA}{\in}\{15,30,60,120\}kHz ΔfRA∈{15,30,60,120}kHz时 μ \mu μ的取值一致，而 Δ f R A {\Delta}f_{RA} ΔfRA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 R A n_t^{RA} ntRA取值范围从0到 N t R A , s l o t − 1 N_t^{RA,slot}-1 NtRA,slot−1， N t R A , s l o t N_t^{RA,slot} NtRA,slot取决于 L R A L_{RA} LRA，当 L R A = 139 L_{RA}=139 LRA=139时要查表38.211–Table6.3.3.2-2~Table6.3.3.2-4获取，当时 L R A = 839 L_{RA}=839 LRA=839，取值固定为1。
N d u r R A N_{dur}^{RA} NdurRA的值也是查表38.211–Table6.3.3.2-2~Table6.3.3.2-4获取。
如果 Δ f R A ∈ { 1.25 , 5 , 15 , 60 } k H z {\Delta}f_{RA}{\in}\{1.25,5,15,60\}kHz ΔfRA∈{1.25,5,15,60}kHz，那么 n s l o t R A = 0 n_{slot}^{RA}=0 nslotRA=0；如果 Δ f R A ∈ { 30 , 120 } k H z {\Delta}f_{RA}{\in}\{30,120\}kHz ΔfRA∈{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 s l o t R A = 1 n_{slot}^{RA}=1 nslotRA=1，否则 n s l o t R A ∈ { 0 , 1 } n_{slot}^{RA}\in\{0,1\} nslotRA∈{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 C P , l R A ) T c (N_u+N_{CP,l}^{RA})T_c (Nu+NCP,lRA)Tc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：
-
preamble format 0对应 L R A = 839 , Δ f R A = 1.25 k H z L_{RA}=839,\Delta f_{RA}=1.25kHz LRA=839,ΔfRA=1.25kHz，
-
周期为16帧，偏移为1帧，起始子帧为1
-
l = l 0 + n t R A N d u r R A + 14 n s l o t R A = 0 + 1 ∗ 0 + 14 ∗ 0 = 0 l=l_0+n_t^{RA}N_{dur}^{RA}+14n_{slot}^{RA}=0+1*0+14*0=0 l=l0+ntRANdurRA+14nslotRA=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
( 24576 k + 3168 k + 0 ∗ 16 k ) ∗ T c = ( 27744 ∗ T s / T c ) ∗ T c = 27744 T s (24576k+3168k+0*16k)*T_c=(27744*T_s/T_c)*T_c=27744T_s (24576k+3168k+0∗16k)∗Tc=(27744∗Ts/Tc)∗Tc=27744Ts
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：
-
preamble format A1对应 L R A = 139 L_{RA}=139 LRA=139
-
周期为16帧，偏移为1帧，起始子帧为4
-
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 Δ f R A \Delta f_{RA} ΔfRA为30kHz，即 μ \mu μ为1
- 计算l值：
-
n t R A n_t^{RA} ntRA取值范围从0到 N t R A , s l o t − 1 N_t^{RA,slot}-1 NtRA,slot−1，即[0,5]
-
n s l o t R A ∈ { 0 , 1 } n_{slot}^{RA}\in\{0,1\} nslotRA∈{0,1}
-
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 s t a r t R A t_{start}^{RA} tstartRA
-
计算持续时长，查表38.211-Table6.3.3.1-2
preamble的持续时长为 ( 2 ∗ 2048 k + 288 k ) / 2 μ = ( 2 ∗ 2048 k + 288 k ) / 2 = 2192 k (2*2048k+288k)/2^{\mu}=(2*2048k+288k)/2=2192k (2∗2048k+288k)/2μ=(2∗2048k+288k)/2=2192k
频域资源
n s t a r t R A n_{start}^{RA} nstartRA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 R A ∈ { 0 , 1 , . . . , M − 1 } n_{RA}\in\{0,1,...,M-1\} nRA∈{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 p r e a m b l e t o t a l N_{preamble}^{total} Npreambletotal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 p r e a m b l e t o t a l / N n*N_{preamble}^{total}/N n∗Npreambletotal/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：
-
一个prach occasion里的preamble索引递增
-
频率复用的prach occasion频率资源索引递增
-
一个prach 时隙中时域复用的prach occasion索引递增
-
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
-
UE没有配置TDD-UL-DL-ConfigurationCommon，在最后一个SSB符号接收后最少 N g a p N_{gap} Ngap（见38.213-Table8.1-2）个符号的位置开始，prach occasion才会有效
-
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 g a p N_{gap} Ngap个符号，以及最后一个SSB符号发送后最少 N g a p N_{gap} Ngap个符号。
-
preamble format为B4的话， N g a p N_{gap} Ngap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 + Δ B W P S w i t c h i n g + Δ D e l a y N_{T,2}+{\Delta}_{BWPSwitching}+{\Delta}_{Delay} NT,2+ΔBWPSwitching+ΔDelayms。其中 N T , 2 N_{T,2} NT,2指个符号的持续时长，相当于PUSCH的准备时长； Δ B W P S w i t c h i n g {\Delta}_{BWPSwitching} ΔBWPSwitching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， Δ D e l a y {\Delta}_{Delay} ΔDelay为0.5ms，FR2， Δ D e l a y {\Delta}_{Delay} ΔDelay为0.25ms。
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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