5G NR：RACH流程 -- Msg1发送时RA-RNTI的计算及功率控制

前言        

        如果阅读了这两篇博文《如何产生PRACH preamble》和《如何选择合适的时频资源发送preamble》，那么对msg1有了基本了解，但是真到了Msg1发送的时候，该怎么处理呢，这里涉及到两个问题：

• 问题1：发送无线信号给对方，那么就需要能量。以多大的功率发送Msg1的Preamble合适呢？
• 问题2：对于随机接入过程，由于此时的PRACH和后面Msg2的PDSCH均不是UE specific的信道，那么终端如何判定后面基站回复的Msg2是给自己的呢？这里就用用到了RA-RNTI可以唯一标识Msg1发送的时频资源这一特性。

Msg1的发射功率

        38213给出了关于PRACH的功控计算公式：

首先，P_{PRACH,target}= PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER，再由38321知道可由以下公式计算：
preambleReceivedTargetPower + DELTA_PREAMBLE + (PREAMBLE_POWER_RAMPING_COUNTER -1)* PREAMBLE_POWER_RAMPING_STEP

• preambleReceivedTargetPower 由参数 ‘preambleReceivedTargetPower’ 可得
• DELTA_PREAMBLE 可由38321表7.3-1和7.3-2可得，根据不同的preamble format查表
• PREAMBLE_POWER_RAMPING_COUNTER对于初始传输是1，重传依每次加一
• PREAMBLE_POWER_RAMPING_STEP 由参数‘powerRampingStep’所得

然后,再计算PathLoss-PL

• referenceSignalPower根据PRACH关联的SSB或者CSI-RS，由参数ss-PBCH-BlockPower和powerControlOffsetSS决定
• higher layer filtered RSRP是发送PRACH时测到的RSRP

        有了上面两个因子，我们就可以计算PRACH Msg1的初始发射功率了。还是以前面的参数进行举例：

rach-ConfigGeneric
{
prach-ConfigurationIndex 2,
msg1-FDM one,
msg1-FrequencyStart 2,
zeroCorrelationZoneConfig 6,
preambleReceivedTargetPower -100,
preambleTransMax n10,
powerRampingStep dB4,
ra-ResponseWindow sl20
},
ss-PBCH-BlockPower -8
假设此时的RSRP为-94dBm

        则Msg1的初始发射功率= -100+(0)+(1-1)*4+[-8-(-94)]= -14dBm

        如果发生Msg2或者Msg4失败，则会触发Msg1重传，Msg1的最大重传次数由参数preambleTransMax定义。如果发生Msg1的重传，每次重传功率会以powerRampingStep这个步长增大，直到最后达到UE的最大功率或者重传达到最大次数为止。
        需要注意得是，重传增大功率是有条件的，前提是PRACH关联的SSB未发生变化。

If prior to a PRACH retransmission, a UE changes the spatial domain transmission filter, Layer 1 notifies higher layers to suspend the power ramping counter
                                                                                                                  ------摘自38213
if SSB or CSI-RS selected is not changed from the selection in the last Random Access Preamble transmission
                                                                                                                  ------摘自38321

RA-RNTI的计算和使用

        RA-RNTI可以表征Msg1发送时使用的时频资源，UE发送Msg1时会计算RA-RNTI并保存；gNB收到该Msg1后，同样会计算RA-RNTI，并使用该RA-RNTI对Msg2的PDCCH DCI format 1_0的CRC进行扰码。因此只有在RA-RNTI标识的时频资源发送Msg1的终端才能解对这个PDCCH的DCI。不过这还不能完全避免冲突的发生，设想一下还有这种可能，同一个小区，有两个或者多个终端在相同的时频资源（RA-RNTI）上选择了相同的preamble发送，概率虽小，但也是可能的。对于这种冲突还需要后面的Msg3和Msg4去解决。言归正传，这里暂时仅关注Msg1 RA-RNTI的计算:

RA-RNTI = 1 + s_id + 14 × t_id + 14 × 80 × f_id + 14 × 80 × 8 × ul_carrier_id

• s_id is the index of the first OFDM symbol of the PRACH occasion (0 ≤ s_id < 14)
• t_id is the index of the first slot of the PRACH occasion in a system frame (0 ≤ t_id < 80), where the subcarrier spacing to determine t_id is based on the value of μ specified in clause 5.3.2 in TS 38.211
• f_id is the index of the PRACH occasion in the frequency domain (0 ≤ f_id < 8)
• ul_carrier_id is the UL carrier used for Random Access Preamble transmission (0 for NUL carrier, and 1 for SUL carrier)

        上面的计算参数协议规定的很清楚，

• s_id是PRACH Occasion的第一个符号的index;
• f_id是频域的index，由参数msg1_FDM可知；
• ul_carrier_id对于非SUL场景为0；

        需要注意的是，t_id的取值，我们仍然以上面的RACH参数为例prach_ConfigurationIndex=2，由 《如何选择合适的时频资源发送preamble 》的例子我们可以知道PRACH会在subframe9的第一个symbol开始发送，那么有的同学就想当然的认为这个t_id应该是slot18（2.6GHz, sub6，PUSCH/PDSCH SCS=30k），那就错了。因为按照38211 5.3.2节中对于PRACH format 0，SCS=1.25kHz，规定了u=0，那么应该按照15kHz折算，折算完t_id=9.