层2视角5G传统随机接入流程

传统随机接入，是需要4步来进行操作的，这四个步骤基于UE和gNB之间的四个消息（MSG）来交换：

1.MSG1：UE根据随机接入配置和下行测量发送的一个或多个前导码。

2.MSG2：对由gNB发送的MSG1前导码的一个或多个响应，提供MSG3的进一步信息和调度。

3.MSG3:L2/L3消息

4.MSG4：争议解决

NR 4步过程主要遵循LTE 4步随机接入过程的原理。在第一步之前，UE需要获得下行同步、获得随机接入配置并执行测量。

随机接入配置

为了支持不同的NR使用场景并确保前向兼容性，NR随机接入需要灵活和可配置。然而，为了避免过多的随机接入配置，需要仔细选择要灵活和可配置的方面。LTE中的随机接入配置可以被视为NR中随机接入配置的基线，其中几个方面被修改如下所述。

在LTE中， preamble format 和PRACH子帧集合由PRACH配置索引（0-63）共同指示。在NR中，preamble format包括重复次数（例如，支持TRP Rx波束扫描）和前导码数值（例如，子载波间隔）。与宽范围的PRACH子帧集合组合，组合的数量可能过多。然而，典型的preamble format可能严重依赖于载波频率，较高的重复次数和较高的子载波间隔在较高的载波频率下更为普遍。因此，PRACH配置索引的含义在NR中可能取决于频率。

MSG1 preamble format和资源配置（例如，以PRACH配置索引的形式）至少为所配置的UE定义用于MSG1传输的所有可用资源。然而，UE可以被配置为基于与下行广播信道/信号的关联来选择这些资源的子集。

UE的测量结果（例如最佳）应与RACH group相关，其中RACH group定义如下：

RACH group是以下各项的组合：

• RACH资源的子集

• PRACH preamble的子集

如果RACH资源和前导码的任何组合包含在最多一个RACH组中，则RACH组是不相交的。在低负载时，还使用前导码索引来指示最佳下行链路波束是特别有用的，因为它允许使用较少的RACH资源。

在随机接入配置中配置测量结果和RACH group之间的关联。以下项目符号列出了定义RACH group的参数示例以及测量结果与RACH group之间的关联：

A、 测量结果的数量

• 典型的“波束级”RRM测量结果，例如SSB RSRP或来自附加RS的RSRP

• 可能不需要明确配置测量结果的数量，例如SSB RSRP的数量

B、 MSG1前导码格式

• 在MSG1传输中包括各种数量的多个/重复前导码

C、 MSG1传输的时间和频率资源

• RACH传输时机被定义为可以在其上传输MSG1的时间-频率资源（如果配置了多个/重复前导码传输，则这算作一个MSG1时间实例）。

• 让MSG1 time instance表示RACH传输时机的时间实例。换言之，如果同一MSG1时间实例被频率复用，则可能存在多个RACH传输时机。

D、 RACH group周期，即在多少MSG1时间实例之后重复相同的RACH group。

• 一个值，例如1，对应于在每个MSG1时间实例中重复的相同RACH组。这种配置在没有TRP波束对应的情况下是有用的，即从测量结果到MSG1时间实例没有特定的关联。

• 其他值对应于发生在MSG1时间实例的子集中的RACH group，例如每第16个MSG1时间示例，这例如在模拟波束赋形实现中的TRP波束对应的情况下是有用的，例如具有16个模拟波束，即测量结果与MSG1时间例的子集相关联。

E、 每个MSG1时间实例的RACH group数

F、 RACH group中前导码的数量

可以考虑在RACH group中对前导码集合的进一步细分，例如为了如LTE中的MSG3传输资源大小指示的目的。

C列出的参数对应于LTE中的PRACH资源配置，因为它们定义了可用的RACH资源。注意，基于UE特定的随机接入配置，其他RACH资源可用于其他UE。

参数D和E定义RACH组的数量（N），其等于每个MSG1时间实例的RACH group数量乘以具有不同RACH group（即N＝E*D）的MSG1时间示例的数量。

对于具有波束对应和模拟/混合波束赋形的情况，应该可以将时间实例（例如，在SSB中）中的下行RS与MSG1时间实例中的RACH group相关联。这在TRP波束对应的情况下是有用的，其中TRP可以在MSG1时间实例期间使用最佳DL/UL波束。设M表示已经获得A个不同测量结果的单独时间实例的数量，例如每个SS burst set的SSB的数量，并且设Q表示每个这样的时间实例的测量结果的数量。换句话说，通常A=M*Q。通过标记/编号测量结果和RACH group，可以定义A个测量结果和N个RACH group之间隐式定义的关联规则。如下图所示，可以区分几种情况。

尽可能（取决于参数A、D、E、M、N、Q），来自相同时间实例的测量值应与相同MSG1时间实例中的RACH group相关联。如果通过RACH group的选择仅部分地传送最佳测量结果的索引，则剩余部分可以在MSG3中传送。

在IDLE模式UE的情况下，随机接入配置是通过SI获得的，并且对于所有IDLE IE来说是通用的。假设需要随机接入配置来请求其他SI的按需递送，似乎适合在剩余的最小SI中包括空闲UE的公共随机接入配置。

对于IDLE UE，测量结果的数量（A）对应于用于IDLE RRM测量的RS的配置天线端口的数量。可以在SI中提供给空闲UE的另一个参数是每个SS burst set的SSB的数量（M）。假设每个SSB有一个RS天线端口（Q=1）意味着A=M*Q=M。

NR中的连接态随机接入适用于LTE中的用例，例如切换、建立上行同步、调度请求等，但也可能适用于新的用例。模拟波束赋形和波束对应的IDLE模式问题也适用于CONNECTED模式随机接入。因此，具有测量结果和RACH group之间的关联的相同类型的框架应该应用于CONNECTED模式随机接入。这意味着还应支持在一个MSG1时间实例内具有多个RACH group（通过不相交的前导码子集区分）的场景。在这种情况下，UE不配置有单个（专用）前导码索引，而是配置有每个RACH group的专用前导码索引。以图4为例，进一步假设MSG1使用单个频率资源。这意味着4个RACH group由4个前导码子集创建。对于无竞争随机接入，UE被配置为每个RACH group有一个前导码，即每个前导码子集。这实现了MSG1的波束赋形接收（在TRP波束互易的情况下）和最佳下行Tx波束指示，也用于无竞争随机接入。

连接模式UE（具有专用配置）对用于连接模式移动性的RS执行RRM测量，其可以与空闲UE的RS相同或不同，从而产生A测量结果。

注意，专用配置中基于MRS的测量结果（A）的数量可以不同于IDLE UE使用的公共配置中的A。类似地，对于空闲模式UE，根据定义的RACH group N的数量，可以通过选择RACH group来将最佳测量结果完全或部分地传达给gNB。

MSG1

基于所配置的关联和测量结果，UE选择RACH group，优选地选择与最佳测量结果相关联的RACH group。所选择的RACH group定义了UE应当用于MSG1传输的RACH资源的子集和RACH前导码的子集。

当UE需要发送MSG1时，它从所选择的RACH group中选择RACH资源和前导码。

在LTE中，UE直到MSG2接收窗口结束之后才重新发送MSG1。这具有减少不必要的MSG1传输的优点。然而，在NR中，存在应考虑在监视的MSG2接收窗口结束之前重复前同步码传输的使用情况，例如，当需要低随机接入时延和高可靠性时，或者当需要MSG1的UE Tx波束扫描时。重复的前导码传输意味着在接收到第一个前导码的MSG2之前，即在所监视的MSG2接收窗口结束之前，发送另一个前导码，如图6所示。

如上所述，UE基于具有最佳测量结果（例如RSRP）的RS来选择RACH group，其可以对应于最佳下行Tx波束。MSG1发射功率控制的功率控制应基于该测量结果。

至少对于没有波束对应的UE，上行Tx波束扫描通常应在前同步码发射功率斜升之前执行。在随机接入过程中尽早找到匹配波束对是有益的，以便节省UE功率并保持干扰功率水平。

MSG2

LTE MSG2可以作为NR中的MSG2的基线，具有下面讨论的一些示例性添加。

在LTE中，UE期望MSG2在特定的可配置MSG2接收窗口（“RAR窗口”）内，这有助于例如不同的网络实现。在一些情况下，eNB可以快速响应，例如在MSG1之后3ms。在其他情况下，例如，对于具有非理想回程的多个TRP，eNB可以在更长的时间（例如，在MSG1之后10ms）之后进行响应。类似的灵活机制也适用于NR。

建议11:UE期望MSG2在具有可配置的开始时间和持续时间的MSG2接收窗口内。

在LTE中，UE可以在第一次成功接收到MSG2之后终止MSG2解码尝试。在NR中，可能需要重新考虑这一假设。至少可以考虑两种情况：

• 情况1：多个TRP检测到相同的MSG1，并分别以一个MSG2响应。

• 情况2：同一UE在成功接收对应于先前MSG1的MSG2之前发送另一MSG1。

以上两种情况如图7和图8所示。在情况1中，例如由于非理想回程或高时延要求，同一小区中的两个TRP检测到相同的MSG1，但没有时间协调MSG2。相反，每个TRP独立地发送MSG2，响应于相同的MSG1。即使TRP没有时间协调和动态调度单个MSG2传输，它们可能已经被半静态地预分配了资源以用于它们自己的MSG2传输。

情况2遵循上面的讨论，其中在接收到对应于先前MSG1传输的MSG2之前允许另一MSG1传输。这可以是有用的，例如对于低时延高可靠性随机接入或对于具有MSG1的UE Tx波束扫描的情况。

因此，NR应支持由同一UE接收多个MSG2的机制。

在第一次成功的MSG2接收之后终止MSG2解码具有降低UE功耗的益处。多个MSG2的接收具有通过UE选择要响应哪个MSG2来提前UE选择通信模式的益处。

MSG2中对于UE选择要响应哪个MSG2可能有用的示例信息可以是：

1. 关于TRP支持的服务级别的信息，例如可用回程容量、延迟能力等。这可由UE用于快速建立与具有足够能力的TRP的链路等。

2. MSG2响应哪个MSG1的唯一指示，如在LTE中。

3. 收到MSG1功率电平。这例如可以在多个MSG2由于UE Tx波束扫描而导致多个MSG1传输时使用。这可由UE用于响应与具有最佳UE Tx波束的MSG1相对应的MSG2，以及将最佳UE Tx波束用于MSG3传输。

然而，也存在不需要接收多个MSG2的情况。因此，允许网络配置单个MSG2（如在LTE中）或多个MSG2（如上所述）的接收将是有益的。这可以在随机接入配置中或在MSG2中配置，即MSG2指示UE可以终止MSG2接收。

MSG3 and MSG4

LTE MSG3和MSG4可以作为NR中MSG3和MSM4的基线。

通过UE选择RACH group，MSG1可以完全、部分或甚至完全不指示哪个下行测量结果（例如，下行波束或TRP）是最佳的。这取决于测量结果的数量以及RACH资源和RACH group的配置。因此，可能需要使用MSG3完成指示。这意味着可以使用最佳下行Tx波束来发送MSG4，即使MSG1根本没有指示这一点（例如，如果仅配置了单个RACH group）。