PRACH

在NR中，支持两种不同的随机接入preamble序列，

NR中，支持如下的preamble格式，

 

 NR定义了两种类型的前导码：长前导码和短前导码。在3GPP R15版本中，随机接入的前导序列支持2种长度的前导码：基于长度L=839的长前导码和基于长度L=139的短前导码。在R16版本中，又引入了2个新的短前导码长度：L=1151和L=571。

L=839的长前导码支持的PRACH子载波间距为1.25kHz和5kHz；L=139的短前导码支持的PRACH子载波间距为15kHz,30kHz,60kHz,120kHz, L=1151和571的短前导码支持的PRACH子载波间距为15kHz和30kHz。

 长前导码只用于NR授权频谱并且支持unrestricted sets和restricted sets A和B；短前导码只支持unrestricted sets。序列长度为139的短前导码既可以用于授权频谱也可以用于非授权频谱。序列长度为1151和571的短前导码只能用于共享频谱信道接入(shared spectrum channel access)的场景。

Sequence generation

随机接入前导序列 按照以下公式生成：

 

 

下面我们来举个例子说明一下：

前置条件：

 unrestricted set, zeroCorrelationZoneConfig = 3,  逻辑序列索引 i=0；

从前置条件我们可以知道，通过查Table 6.3.3.1-5，可以得到；查Table 6.3.3.1-3，可以得到i = 0时，序列序号u = 129；

此时,那么

从上面的公式得到的preamble为46个，分别为

前面我们已经说了“如果64个preambles无法全部从一个单一的zadoff-Chu序列中生成，可以从逻辑索引+1的根序列中获取额外的preambles sequence（additional preamble sequence），以此类推，直到得到全部64个preamble序列”，这个时候我们就要从下一个连续的逻辑索引为i+1=1的根序列中获取剩下的18个preamble序列。查Table 6.3.3.1-3可以得知，当i=1时，序列序号u=710，那么剩下的18个preamble序列就是：

 
上面循环位移的推导公式中我们还有很多参数没有解释。为了解释这些参数，我们首先引入一个新的变量，用它来间接描述这些参数：

 

OFDM baseband signal generation for PRACH

时域上天线端口p上PRACH的连续信号定义如下：

以上公式中的t满足以下不等式：

由于Table 6.3.3.2-2~6.3.3.2-4内容过大，这里我们只给出3GPP 38.211中的Table 6.3.3.2-2~6.3.3.2-4部分内容：

如果Table 6.3.3.2-2~6.3.3.2-4中所描述的preamble格式为A1/B1, A2/B2或者A3/B3这三种混合模式之一，那么：

• 如果  (我们前面说过指的是PRACH preamble在时域上的传输时刻，那么指的就是在PRACH slot中的最后一个PRACH preamble传输时刻)，那么在这个PRACH slot中最后一个PRACH transmission occasion传输的PRACH preamble格式为A1对应的B1，A2对应的B2或者A3对应的B3。
• 否则，在这个PRACH slot中除去最后一个PRACH transmission occasion的PRACH transmission occasion(s)传输的PRACH preamble格式为A1，A2，A3 

这里需要解释一下， 如果大家查阅3GPP 38.211，可以发现PRACH preamble format 0~3仅存在于Table 6.3.3.2-2, 6.3.3.2-3中，并且这4类PRACH preamble format 对应的“Number of PRACH slots within a subframe”和“ ， number of time-domain PRACH occasions within a PRACH slot”这两列的数值均是‘-’，表示无效，这是因为：

• PRACH preamble format 0~3为长格式的preamble format，只应用于NR中的较低频段，即<=6GHz的FR1
• 既然PRACH preamble format 0~3为长格式的preamble format，那么它们在时域上的持续时间是>=1ms的，那么对于“Number of PRACH slots within a subframe”和“，number of time-domain PRACH occasions within a PRACH slot”这两个以slot为单位的两列，就没有任何意思，因此就是无效数值。只有短格式的preamble  format A1, A2, A3, B1, B2, B3, B4, C0, C2, 它们在时域上的持续时间均远远小于0.1ms，这时候这两列才会有意义。 

Preambel format

前面我们提到过，在NR中的preamble format有0、1、2、3、A1、A2、A3、B1、B2、B3、B4、C0和C2。其中preamble format 0、1、2和3是长格式，而preamble format A1、A2、A3、B1、B2、B3、B4、C0和C2是短格式，下面我们逐一做个总结。

• preamble format 0:

• preamble format 1:

• preamble format 2:

• preamble format 3:

下面我们介绍短格式Preamble format，在这之前，请大家看一下下面的表格：

从上面内容大家可以看到，短格式preamble的长度与子载波间距有关，我们下面的叙述全部基于子载波间距为15kHz。

• Preamble format A1/A2/A3(SCS=15kHz):

• Preamble format B1/B2/B3/B4(SCS=15kHz)：

• Preamble format C0/C2(SCS=15kHz)：

下面是在FR1 and paired spectrum中，一个子载波间距为15kHz，preamble start symbol=0时，各个preamble format在1个子帧内分布的例子，

 如果 (我们前面说过 指的是PRACH preamble在时域上的传输时刻，那么 指的就是在PRACH slot中的最后一个PRACH preamble传输时刻)，那么在这个PRACH slot中最后一个PRACH transmission occasion传输的PRACH preamble格式为A1对应的B1，A2对应的B2或者A3对应的B3。否则，在这个PRACH slot中除去最后一个PRACH transmission occasion的PRACH transmission occasion(s)传输的PRACH preamble格式为A1，A2，A3。

Resource Mapping

PRACH preamble信号的生成及映射过程在前面已经做了详细的介绍和说明，这里我们再介绍一些其他细节。

在时域上，随机接入preambles只能在由信令RACH-ConfigGeneric中的IE：prach-ConfigurationIndex规定的时域资源上传输，而具体的时域资源是根据prach-ConfigurationIndex在Table 6.3.3.2-2, 6.3.3.2-4中定位到具体的时域上的开始时间，而具体的preamble长度则是要根据该工作频段是FR1还是FR2，以及子载波间距的大小来确定：

 在频域上，随机接入preambles只能在由信令RACH-ConfigGeneric中的IE：msg1-FrequencyStart规定的频域资源上传输，频域上的资源, M等于信令RACH-ConfigGeneric中的IE：msg1-FDM的数值。

在初始接入过程中， 在initial active uplink BWP中的preamble 在频域上的资源的序号按照升序从最小的RB开始排列；否则， 在active uplink BWP中的preamble在频域上的资源的序号按照升序从最小的RB开始排列。

另外我们需要注意的是，在Table 6.3.3.2-2~6.3.3.2-4中对 slot的编号并不是根据实际的initial active uplink BWP或者active uplink BWP的子载波配置来计算得出一个子帧中包含有几个slot从而实现对slot的编号。在PRACH中做了以下的规定：

• 对于FR1， 假设PUSCH slot的子载波间距为15kHz；即一个子帧中有1个PUSCH slot
• 对于FR2， 假设PUSCH slot的子载波间距为60kHz；即一个子帧中有4个PUSCH slot

以上的规定用于RACH的配置，具体使用范围为我们之前提到的3GPP 38.311中的Table 6.3.3.2-2 ~ 6.3.3.2-4。

我们下面举个例子来解释一下PRACH slot子载波间距为60kHz的场景：

例1

前置条件：FR1 and unpaired spectrum，PRACH config Index = 15，preamble format 0，假设;msg1-FrequencyStart = 10； 

 因为PRACH资源在时域上的位置

 由上图可知，；因为，所以;

那么本例中preamble format A1在一个slot中的PRACH occasion的开始OFDM符号分别为；因为是FR1，按照协议规定，上表中的slot按照子载波间距为15kHz计算，因此一个系统帧中有10个slots，每个子帧对应一个slot。那么本例中满足PRACH传输的系统帧为,在子帧4,9中传输。

 在频域上，由于​​​​​​​​​​​,查38.211 Table 6.3.3.2-1可知，用于传输本例中PRACH资源的RB个数,因为msg1-FrequencyStart = 10，所以在频域上的位置为：从PRB = 10开始，一共6个PRB用于本例中的PRACH传输。以子帧4为例，时域上的分布如下图所示：

例2

前置条件：FR2 and unpaired spectrum，PRACH config Index = 0，preamble format A1，假设;msg1-FrequencyStart = 10；

 因为PRACH资源在时域上的位置

 由上图可知，；因为​​​​​​​并且‘Number of PRACH slots within a 60 kHz slot’的数值不等于1,所以;

 

 那么本例中preamble format A1在一个slot中的PRACH occasion的开始OFDM符号分别为：；因为是FR2，按照协议规定，上表中的slot按照子载波间距为60kHz计算，因此一个系统帧中有40个slots。那么本例中满足PRACH传输的系统帧为,在slots:4,9,14,19,24,29,34,39中传输。

在频域上，由于,查38.211 Table 6.3.3.2-1可知，用于传输本例中PRACH资源的RB个数,因为msg1-FrequencyStart = 10，所以在频域上的位置为：从PRB = 10开始，一共6个PRB用于本例中的PRACH传输。以slot 4为例，时域上的分布如下图所示：