5G RACH 流程和资源配置

对于5G RACH流程，协议有以下规定：

多MSG1传输：对于非竞争随机接入，受监控的RAR窗口结束之前仅传输一条Msg1信息，但UE可以配置为同时发送多个msg1消息。

多RAR：UE基本行为是UE假设在给定RAR窗口内的UE处接收单个RAR，如果需要，NR随机接入不应排除UE在给定RAR窗口内接收多个RAR。

RACH时机：至少在没有gNB Tx/Rx波束对应的情况下，gNB可以配置下行信号/信道与RACH资源子集或前导码索引子集之间的关联，以确定Msg2 下行Tx波束。

物理随机接入信道

5G RACH资源协议规定如图1所示，PRACH区域应与上行符号/时隙/子帧的边界对齐。RACH格式应考虑单个和多个波束分开情况，如下：

• 单波束gNB：典型的应用场景是较大的小区，因此需要较长的前导码长度。为了减少RACH开销，RACH场合（RO：RACH occasions）N的数量应该很小，最好像在LTE中那样为N＝1。

• 多波束gNB：由于高路径损耗和多波束部署，典型的应用场景是小 小区。因此，短前导码长度有助于减少RACH延迟和开销。为了支持gNB波束扫描，RACH（RO）N的数量应该很大。

在这两种情况下，在LTE设计之后，OFDM符号的数量可以是1或2。

在NR中，gNB可以有或没有波束对应。为了获得Msg2的DL-Tx波束，gNB可以配置SSB和RACH资源之间的关联。有两种配置，如图2所示：

1） 在图2（b）中，所有SSB都与相同且固定大小的RACH资源相关联。具体地说，在该示例中，SS burst1和SS burst2中的每个SSB与一个RO相关联。

2） 在图2（c）中，SSB与不同且可配置的RACH资源大小相关联，每个SSB与所需的RACH资源大小相关联。具体地说，SS burst1中的每个SSB与两个RO相关联，其中UE可以选择其中一个来发送Msg1.在本例中，SS burst2中的每个SSB与一个RO相关联。

对于具有相同和固定大小的RACH资源的配置，没有额外的信令来传送RACH资源设置。然而，适应RACH资源并不灵活。另一方面，通过不同且可配置的关联，根据每个SS波束中的负载自适应RACH资源时，是灵活且高效的。然而，关联配置略微增加了额外的信令。表1给出了两种配置的优缺点。

实际上，UE随机分布在一个小区中。SSB波束覆盖下的UE数量是时变的，如图3所示。在时间t1时SSB#1（定时索引）中的ue小于时间t2时的ue，因此在时间t2时可以分配与SSB#1相关联的更多RACH资源。此外，由于SSB#2下的ue的数量相同，因此与SSB#2相关联的RACH资源在t2中可以保持相同。

随机接入流程

对于多波束部署，gNB以波束扫描方式在SSB上传输NR-PSS/SSS或NR-PBCH，如图2（a）所示。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。基于与SSB/burst相关联的RACH资源，UE启动RACH过程。

Msg1

对于非竞争随机接入，可以使用多个Msg1应允许通过多个RO进行传输，以减少由于TX-RX波束对不匹配造成的延迟。例如，在上行波束管理中，UE需要发送多个前导码，以获得更好的上行TX-RX波束对。

下行同步的UE将在与同步的DL-SSB相关联的RACH资源处发送随机接入信号。Msg1由于UE不知道波束通信是否保持或遭受深度信道衰落，传输可能失败。为了Msg1重传，UE有两种选择。1） 单次传输：UE只发送一条Msg1在RAR窗口之前的UE选择的UL TX-RX波束对上。2） 多个传输：UE在RAR窗口之前的多个UL TX-RX波束对上发送多个Msg1，其中UE可以发送具有相同TX波束或不同TX波束的多个前导码。两种传输之间的比较如下所示：

重传过程可能会对UE造成非常大的延迟，因此支持多个Msg1传输是合理的。另一方面，在RAR之前的传输期间，应使用相同的倾斜功率来提高RA检测概率，以及TX波束切换与否取决于UE。

多Msg1传输下的Msg2传输

用于基于竞争的多Msg1传输的随机接入，gNB可以检测不同RO中的前置码，如图4所示：

1） UE1发送两个前导码P1和P2，gNB检测这两个前导码，其中P1和P2可能是相同或不同的前导码。

2） UE2发送两个前导码P3和P4，但gNB仅检测一个前导码P4，其中P3和P4可能是相同或不同的前导码。

TRP不知道检测到的前导码来自同一个UE还是不同的UE，这将导致歧义问题。为了解决这种模糊性，gNB可以采用两种方法：

方法1：gNB在单个Msg2中为每个检测到的前导发送RAR，如图4（a）所示。

方法2：gNB分两个阶段传输RAR，如图4（b）所示。gNB首先只响应RO#1中的P1，然后gNB接收Msg3。UE1将报告Preamble P2已传输，但gNB未响应。然后gNB将知道检测到的P2来自同一个UE，并且只决定在下一个Msg2中响应P4。换句话说，gNB首先通过单个Msg2响应检测到的前导码的一个子集。然后在接收到Msg3后响应部分/所有剩余检测到的前置码。表3列出了这两种方法的优缺点。

在多个TRP场景中，UE可以使用不同的UE Tx波束在多个RACH时刻发送前导码。具有不同UE Tx波束的UE的前导码可由多个trp接收。网络可以指示接收到的最佳RACH时机，以帮助UE确定Msg3的上行Tx波束。

Msg3传送

Msg3传输将使用低MCS，以确保稳健性。它不需要高数据速率和高MCS。

对于具有多个trp的NR小区内的4步RACH流程，由于NR小区包含比LTE小区更多的ue，因此给定在LTE中相同的前导序列池大小，前导码的冲突率更高。减少随机接入冲突的方法包括增加RACH资源和前导序列池大小。在LTE竞争解决方案中，冲突的UE中只有一个UE获得永久CRNTI，而其他冲突的UE重新启动RACH。在NR中，放大的小区大小或高频区域中的定向波束赋形传输可用于解决RACH冲突，使得在RACH之后NR小区中的多个冲突ue可获得（不同的）CRNTI。如果NR竞争解决方案不成功，它会退回到类似LTE的竞争解决方案，并且至少一个冲突的UE会重新启动RACH。

NR小区中的竞争解决方案有两种选择：

·方案1：Msg 1中的竞争解决方案。Msg 1中相同前导的传输可以在Msg 1中通过地理上分离的不同接收trp group来区分，或者通过不同的定向天线波束（来自可能的多个trp），或者通过连接到前导的不同有效载荷来区分。然后，发送多个不同的Msg 2，以通过不同的TRP集或不同的波束集将不同的UL-grant/TA/T-CRNTI分配给冲突的UE，或者在UE侧使用附加在Msg 1中的不同有效负载进行区分。从这一步开始，Msg 3和Msg 4分别针对每个不同的冲突UE发送，并且这些UE最终可能具有不同的CRNTI。

·方案2：Msg 3中的竞争解决方案。如果冲突的UE被分配相同的Msg 2并在Msg 3中的相同资源上发射，则可以通过地理上分离的不同TRP集或通过不同的定向天线波束来减轻相互干扰，从而可以解码多个Msg 3，尽管Msg 2中包含的TA可以仅用于一个UE。在这种情况下，可以发送多个Msg 4，并且至少一个Msg 4为其中一个碰撞UE携带新的CRNTI。其中一个解码冲突UE将其临时CRNTI提升为永久CRNTI，而Msg 3中的其他解码冲突UE在Msg 4中获得新的CRNTI。

在方案2中，Msg 4的应支持承载新的CRNTI，以解决NR中的潜在竞争问题。