R16 2-step RACH信道结构
Rel-16已正式发布了2步完成随机接入过程，但有一些同学问到过一些更细的问题，本文就借助HW公司的成果，再详细介绍了该过程的信道结构。
在Rel-15中，四步RACH中的msg3采用了qam64的MCS表，并且该表可以被2步RACH中的MsgA PUSCH重用。由于2步RACH主要用于较小的有效载荷，一些公司还建议将“qam64LowSE”的MCS表应用于MsgA PUSCH。然而，由于'qam64LowSE'的MCS表对于UE能力是可选的，因此并非所有UE都能在初始接入期间支持它。因此，对于处于RRC_IDLE/INACTIVE状态的UE，应该应用'qam64'的MCS表，并且0到7之间的值范围对于56或72位的有效负载大小是足够的，其仅支持QPSK。
对于处于RRC_CONNECTED的UE，gNB知道UE能力。因此，gNB可以配置要使用的MCS表“qam64”或“qam64LowSE”。由于无法获得准确的CSI，并且TA可能无法对齐，因此有效负载大小通常很小。因此，不需要大的MCS，其取值范围可与4步RACH的Msg3相同，即0～15。
MsgA PUSCH的时域资源分配对于处于RRC_IDLE/INACTIVE的UE，MsgA PUSCH映射TypeA或B和SLIV包括在TDRA表中。对于处于RRC_IDLE/INACTIVE的UE，TDRA表应为SIB1中的PUSCH-TimeDomainResourceAllocationList，否则应使用TS 38.214中第6.1.2.1.1-2节中的默认表。如果应用TDRA表，则可以将表中没有值0的参数K2应用于MsgA PRACH和MsgA PUSCH之间的时间偏移，从而降低信令开销。
对于处于RRC_CONNECTED的UE，可以引入一些灵活性，即TDRA参数msgAPUSCH-timeDomainOffset, startSymbolAndLengthMsgAPO, 和mappingTypeMsgAPUSCH可以单独配置。如果未配置，则可以应用现有的特定于小区的或UE特定的TDRA表。
对于给定PUSCH的资源大小，多个DMRS序列可以增加可用PRU的数量，从而降低PRU冲突的概率和平均时延，如图1所示。为了支持多个DMRS序列，应该指定如何确定DMRS序列。当变换预编码被禁用时，序列发生器应初始化为
其中，应配置scramblingID列表，并且DMRS序列的索引可由列表的顺序确定。通过前导码和PRU之间的映射，DMRS序列的索引可以进一步与RO和前导码索引相关联。DMRS序列可配置的数有{1, 2, 4, 8}.
此外，多个DMRS序列的优点与变换预编码是启用还是禁用无关。当启用变换预编码时，序列组由生成，其中可以配置nPUSCH-Identity的列表，并且DMRS序列的索引可以由列表的顺序确定。通过前导码和PRU之间的映射，DMRS序列的索引可以进一步与RO和前导码索引相关联。
DMRS端口配置
与Rel-15 配置的授权一样，DMRS配置有多个高层参数：dmrs-Type, dmrs-AdditionalPosition, maxLength, 和antennaPort。对于两步RACH，dmrs-Type 和dmrs-AdditionalPosition 的参数可以重用，maxLength可以用DMRS符号的个数来代替，DMRS符号的个数需要明确定义。通过上述参数，可以确定每个PO中DMRS端口的最大数量。但是，gNB可能并不总是为MsgA PUSCH配置所有DMRS端口。由于TA的未对齐，DMRS端口可能不再相互正交，因此gNB应该能够为每个PO配置一组DMRS端口。要确定DMRS端口集，至少可以考虑以下两个选项来配置DMRS端口：
选项1：由DMRS端口位图或预定义配置表索引显式指示的DMRS端口列表。
选项2：隐式确定的DMRS端口列表，例如，按预定义顺序的前N个DMRS端口。
已经同意支持两种PUSCH配置。如图2所示，两个PUSCH配置的时频资源可能重叠，但DMRS端口不同。在这种情况下，DMRS端口的配置首选选项1。
跳频
msgA的每个PO的时隙内跳频可以使用每个msgA配置来配置，跳频模式基于Rel-15中的msg 3跳变模式。
MsgA PUSCH可以时隙内跳频。在跳频之间是否有一个保护期是不确定的。
由于MsgA-PUSCH是异步传输，时隙内跳频会在具有不同往返时延的2步RACH UE之间引入额外的符号间干扰。如图3（a）所示，当UE1和UE2的往返延迟不同时，PUSCH传输可以有重叠。当跳频之间存在间隙时，PUSCH传输之间将没有重叠，如图3（b）所示。当PUSCH传输中的一个不是用于2步RACH（即，具有跳频的正常PUSCH传输）时，也可以发生重叠。
在时隙内跳频的不同PUSCH传输之间的重叠会导致较大的性能下降。如图4所示，当小区半径增加时，PUSCH传输之间的潜在重叠将更大，并且时隙内跳频的性能甚至可能比不跳频的性能更差。当采用额外的保护period 时，可以大大提高系统的性能，实现跳频分集增益。因此，应该支持时隙内跳频的两个跳频之间的保护period 。
PO验证
目前仅当满足以下条件时，msgA PUSCH Rach occasion才被视为有效：
1.不与任何4步或2步RACH情况重叠（在时间和频率上）；
2.不跨越时隙边界
3.另外，如果UE被提供TDD-UL-DL-ConfigurationCommon，则如果满足以下标准，则2步PUSCH场景被认为是有效的
在UL符号内
它不在PUSCH时隙中的SSB之前，并且在最后一个下行符号之后至少开始Ngap符号，并且在最后一个SSB传输符号之后至少开始Ngap符号
4.其他标准（MsgA的前导码和数据之间的差距等）
在Rel-15中，网络配置起始符号和长度，以确保时域分配不跨越时隙边界。对于MsgA PUSCH，除此之外，网络还应确保保护period 不跨越时隙边界。如图5所示，分配给PO#3的PUSCH不跨越时隙边界，但是PO#3的保护period 跨越时隙边界。如果PO#3用于MsgA PUSCH传输，由于异步传输，它可能会越过时隙边界并与下一时隙的其他上下行传输发生冲突。
PRACH 和PUSCH之间的映射
对于SSB-to-RO关联模式期和SSB-to-RO关联period ，每个SSB的相关RO数目相同。对于每个SSB-RO关联模式period ，RO的位置和前导码的数目也是相同的。一些公司还认为，在每个SSB-to-RO的关联模式期间，Preamble的数量也将是相同的。因此，对于不同的SSB-RO关联模式period ，Preamble和PRU之间的映射比率可能不同。
如图6所示，SSBperiod 为20ms，每个SSBperiod 的前2个时隙中有4个SSB。FR1和未配对频谱的PRACH配置指数为17，FDMed RO数为2。每个PRACH时隙配置一个PO，PRACH和PUSCH之间的时间偏移为一个时隙。未配置TDD-UL-DL-ConfigurationCommon。基于RO和PO验证，所有的RO都是有效的，每个偶数帧的slot0中的PO都是无效的。根据SSB-to-RO关联period 和SSB-to-RO关联模式period 的定义，两者都是10ms。在这种情况下，有效PO的#是不同的，因此每个SSB-to-RO关联period 或SSB-to-RO关联模式period 的每个配置的映射比不是一个单一的值。
由于RO验证和PO验证是不耦合的，固定数量的有效前导码不能保证有效PRU的数量也是固定的。
另一个例子如图7所示，SSBperiod 为20ms，每个SSBperiod 的第一个时隙中有2个SSB。FR1和未配对谱的PRACH构型指数为27。相对于每个PRACH时隙配置了1个PO，并且PRACH和PUSCH之间的时间偏移是1个时隙。有两种不同的TDD模式，因此SSB-RO关联period 为10ms，而SSB-RO关联period 为20ms。注意奇数帧的slot9中的RO无效，因为它是SSB-to-RO映射整数之后的孤立RO。考虑到每个RO中有6个前导码，每个PO中有4个PRU。对于alt1，映射比为2，第一个关联period 的slot9中的前导码映射到下一个关联period 的slot6中的PRU，这将导致MsgA前导码和PRU之间存在较大的时延。对于alt2，由于每个关联period 的映射比率是不同的，所以在关联period 之间没有映射，并且时延要小得多。
关于不同SSB之间的公平性，这可能不是一个“真正的”问题。即使在不同的SSB-to-RO关联期间具有不同的映射比率，每个SSB仍然可以获得相同数量的MsgA资源。此外，考虑在RO和 TDD-UL-DL-ConfigurationCommon以外的TDD配置之前可能发生PO的潜在情况，无论如何都会有一些相关联的前导码或PRO不应该被使用，并且不公平是一种普遍情况，不管Alt 1和Alt 2如何。
映射是在period A中的有效前导码和period B中的有效PRU之间定义的。period A和period B是否相同有待讨论。如果它们相同，则位于period A末尾的RO不会映射到任何PO，因为在同一period A中RO之后没有PO。如图9所示，period A末尾的RO和period A前面的PO将不被映射，因此不被用于2步RACH MsgA传输。这是一个普遍的情况，因为对于许多PRACH配置，将有一个RO位于帧的末尾。考虑到PO是通过与每个PRACH时隙相关的单个时间偏移来配置的，用于确定PRU的period B可以被定义为与period A相同的持续时间，并且起始点被单个时间偏移所移动。通过引入period B，如图10所示，period A末尾的RO可以映射到下一个period A前面的PO。
关于period A的长度，如前面讨论的以及图7和图8所示，如果period A是SSB-to-RO关联模式周期，则一个SSB-to-RO关联周期的最后RO可以映射到下一个SSB-to-RO关联周期的PO，而如果period A是SSB-to-RO关联周期，则最后RO将不被使用。其他示例如图11和图12所示。如果period A是连续PRACH时隙之间的间隔，则时隙4中的RO将不使用，因为对应period B中的PO都无效。如果period A是PRACH配置周期，那么时隙4中的RO可以映射到时隙7中的PO。period A的长度可以控制MsgA PRACH和PUSCH之间的潜在时延，也可以限制RO和PO之间的映射。一般来说，period A的持续时间越长，潜在时延越大，而period A持续时间越短，反渗透利用率越低。为了实现各种情况下的统一设计，并考虑时延和资源利用率之间的折衷，period A可以考虑PRACH配置周期或SSB-to-RO关联周期。
MsgA 传输其他问题
在Rel-15 NR中，无论UE是否具有有效TA，都假定用于PRACH传输的定时提前值Nta=0。这是因为gNB不知道UE是否有有效的TA，应该假设TA大于0，如果UE可以调整TA进行PRACH传输，那么实际TA和调整后的TA之间的相对TA可以小于0，然后gNB可能会错误地决定发送哪个前导码，随机访问过程将失败。对于2步RACH，同样的情况仍然存在。如果假定PRACH传输的Nta=0，则相关PUSCH的TA应与PRACH相同。在这种情况下，gNB可以根据PRACH的检测来确定PUSCH的定时。
在Rel-15中，PRACH和PUSCH即使在短前导码的情况下也不能在同一时隙中传输。允许PRACH和PUSCH在同一时隙中传输将引入对UE和gNB能力的额外要求，以及额外的复杂性。
如果PRACH和PUSCH在同一时隙中传输，则PUSCH的覆盖范围将减小。当PUSCH的持续时间是一个时隙并且有效负载大小是72位时，PUSCH的覆盖类似于短前导码。当PRACH和PUSCH在同一时隙时，PUSCH的持续时间变短，PUSCH的覆盖范围减小，导致PRACH和PUSCH的覆盖不匹配。
此外，在当前具有短前导码的PRACH配置中，在一个时隙中将有多个连续的RO。如果PRACH和PUSCH在同一时隙中，则4步PRACH和2步PUSCH之间会有重叠，这对4步RACH的PRACH检测和2步RACH的PUSCH解码都有不利影响。这在2步RACH和4步RACH之间共享RO的情况下尤其成问题。
将PRACH和PUSCH放在同一个时隙中的唯一动机似乎是在NR-U的情况下，以节省一些可能的额外LBT时间。
