5G RACH 流程和资源配置
对于基于单波束的方法，可以重复使用传统的4步RACH过程来获取UE ID、定时提前命令和竞争解决方案。
对于多波束操作，gNB以波束扫描方式在SSB上传输NR PSS/SSS、NR PBCH或SIB。UE通过检测SSB来获取gNB处的优选DL Tx波束和UE Rx波束信息。
Msg2的下行Tx波束的RACH前导码传输与采集
对于RACH过程的第一步，UE在RACH传输场合使用相同的UE Tx波束进行前导传输，其中UE Tx波束由UE选择。包括以下两个选项：
Option 1：在RAR接收（窗口）之前，存在多个RACH场合，UE针对不同的RACH传输场合使用不同的Tx波束。
Option 2：在RAR接收（窗口）之前，有一个单一的RACH时机，UE使用一个Tx波束。
如果在UE处可以使用Tx/Rx互易性，则无需为前导传输执行UE Tx波束扫描。UE基于在单个RACH时刻（RO：RACH occasion）检测SSB的UE Rx波束，即Option2，选择单个UE Tx波束。
如果在gNB处可以使用Tx/Rx互易性，即SSB的DL Tx波束对应于前导码的UL Rx波束，则UE可以在单个RO处发送单个前导码。
RO与检测到的SSB和特定gNB Rx波束相关联，如图1中的Option1所示。gNB在RO处检测单个前导码，特定的UL Rx波束对应于检测到的SSB。
如果在gNB不可用Tx/Rx互易性，即SSB的DL Tx波束不对应于前导的UL Rx波束，则UE可以在单个RO发送多个/重复的前导，以使gNB能够执行UL Rx波束扫描。
如图2所示，UE在单个RO上发送多个/重复的前导码。RO仅与检测到的SSB相关联。gNB通过Rx波束扫描检测UE前置码。
对于图1和图2中的两种方案，gNB可以基于检测到RACH前导的RO获得Msg2的DL Tx波束，因为RO对应于检测到的SSB。
对于图3中的方案，RO与特定的SSB没有关联。如果没有SSB和RO之间关联的先验信息，gNB无法从RO获得Msg2的DL Tx波束。在这种情况下，前导码可分为若干组，其中每组前导码可与SSB相关联。基于在gNB检测到的前导码组，gNB可以获得与检测到的SSB相关联的Msg2的DL Tx波束。
在UE处可以使用Tx/Rx互易的场景中，无论gNB处是否可以使用Tx/Rx互易，方案2和方案3都适用。然而，对于在gNB处Tx/Rx互易性不可用的场景，对于每个RO仅具有单个前导的方案1不是优选的，因为UE必须在不同的RO处使用相同的UE Tx波束多次发射其前导，以启用在gNB处的Rx波束扫描。需要为UE配置大量RO，这会导致UE的功耗。
为了追求一个统一的方案，无论gNB上是否存在Tx/Rx互易性，支持在UE上存在Tx/Rx互易性的情况下，由UE选择一个RO，无论RO是否与特定SSB关联。在gNB，Msg2的DL Tx波束由检测到的有关联的RO或无关联的前导码组获得。
如果在UE处不能使用Tx/Rx互易性，则UE必须以波束扫描方式（即Option1）为不同的RACH传输场合使用不同的Tx波束。
如果在gNB上可以使用Tx/Rx互易性，则RO与检测到的SSB和特定gNB Rx波束相关联，如图4方案4所示。UE可以在单个RO上发送单个前导码。gNB通过与检测到的SSB相对应的特定UL Rx波束在RO处检测单个前导。
如果gNB上的Tx/Rx互易性不可用，则SSB和RO之间没有关联，但UE上的UE Tx波束和RO之间存在关联，如图5方案5所示。UE可以在单个RO上发送多个/重复的前导码，以使gNB能够执行UL Rx波束扫描。因此，在gNB处，Msg2的DL Tx波束仅由UE选择的前导码组获得。无论gNB是否提供Tx/Rx互易，该方案均适用。
表1总结了不同情况下适用的RACH方案。RACH前导码和资源配置在很大程度上取决于gNB或UE的Tx/Rx互易性的可用性。
可以发现，方案5可以应用于任何情况，但方案1的资源开销最小。如果服务于一个UE的相邻trp具有不同的Tx/Rx互易性可用性，则RACH配置方案的选择需要与不同trp兼容。
NR RACH前导和资源配置应该考虑gNB或UE中Tx /RX互易的可用性以及资源开销和兼容性之间的权衡。然而，gNB不知道在特定的UE上是否存在互易。
如果在RAR接收（窗口）之前配置了大量RO以完全适应UE波束扫描，则具有Tx/Rx互易性的UE必须多次发送其前导码，这是冗余的。
如果在RAR接收（窗口）之前仅配置了一个RO，则没有Tx/Rx互易性的UE必须使用不同的Tx波束进行前导传输和重传，并多次接收RAR，这会导致高资源开销和长接入延迟。此外，由于DL/UL功率不平衡，发送由UE检测到的SSB的TRP可能不同于接收由UE发送的前导码的TRP。在这种情况下，即使具有Tx/Rx互易性的UE也应在多个RO上发射不同的Tx波束，以使相邻trp能够检测其前导码。
因此，在RAR接收（窗口）之前，网络应配置有限数量的RACH场合（即N），并且UE对每个RACH场合使用Tx波束。例如，当N设置为1时，应用Option2；否则，将应用Option1。
前导码传输的RACH资源采集
在LTE中，通过系统信息将一组RACH前导码和RACH资源广播到一个小区中的所有ue。由于NR中引入了多波束，gNB扫描多个Rx波束以检测多个/重复的前导码。如果UE尝试分配给NR小区的所有RACH场合和资源，则效率低且成本高。因此，考虑到以下因素，NR中应规定用于多波束运行的有效RACH时机/资源确定方法：
低UE的功耗
用于随机访问的低时延
RACH传输场合与SSB之间可能存在或可能不存在关联。
对于不同的关联关系，有两种替代方法来指示RACH传输的时机，如下所示：
方案 1：基于RACH传输时机和SSB之间的关联，可以预定义RACH传输时机或向UE隐式指示。在该替代方案中，不需要引入额外的信令来指示关联。方案 1可用于无关联的情况，其中指定了公共RACH场合池。
方案 2：可以通过广播系统信息将RACH传输时机通知给UE。方案2可用于RACH时机与SS阻滞相关的情况。
例如，可以通过NR PBCH或基本SIB通知RACH场合或关联。SSB内的SIB#x可以通知包含所有RACH时机的表，或者通知所有N个SSB和M个RACH时机之间的关联（即，M>=1）。然后，UE在检测到SSB之后通过查找表来获取目标RACH资源。当UE的服务波束改变时，它不需要再次检测SIB以获得新的RACH时机。它只需要检测SSB，就可以获得SSB索引，用它来查找表。同时，用于RACH指示的同一SIB#x允许SIB#x的软组合以提高检测性能。此外，方案2为RACH场合提供了更大的灵活性，尤其是考虑到一些部署场景，例如TDD的不同上下行配置。
Msg3的UL Tx波束和资源配置
由于可能的DL和UL功率不平衡，UE从中接收最强同步信号的TRP可能不会从该UE接收前导。因此，在这种情况下，无论Tx/Rx互易性在UE处是否可用，对于UE来说，最好在具有不同UE Tx波束的多个RACH时刻发送前导码。在多个trp场景中，多个trp可以接收具有不同UE Tx波束的UE的前导。网络可以告诉该前导码是由哪个TRP在哪个RACH时刻为UE接收的。此TRP和RACH场合可用于接收Msg3。因此，RAR可以指示接收到的最佳RACH时机，以帮助UE确定Msg3的UL-Tx波束。因此，UE可以使用不同的Tx波束来发送发送前导的Msg3。
来自不同TRP/波束的RACH接收/RAR传输和同步信号传输
在UE获得同步并解码必要的系统信息之后，下一步是发送波束赋形的RACH。发射波束赋形的RACH的一种方法是，UE在与所选波束赋形方向相关联的PRACH资源处，在与最强接收同步波束相关联的方向上发射其波束赋形的RACH。一旦波束赋形的RACH已被至少一个TRP接收，网络可决定以不同波束方向或从不同TRP向UE已建立下行链路同步的TRP发送RAR响应。
如果网络知道其他波束或trp将更好地服务于UE，或者如果网络决定从一组波束或trp建立多点连接，则这种情况可能是有用的。
