2-step RACH的信道结构
用于2步RACH的PUSCH时机(PO:PUSCH occasion)被定义为用于有效载荷传输的时频资源。PO的资源配置有两个选项:
Option 1–PO与PRACH场合(RO)分别配置。
Option 2–指定/配置PO相对于相关RO的相对位置(时间或频率)。
Option 1
对于Option 1,PO与RO分别配置。这类似于SSB和RO的资源配置。具体地说,在NR中,SSB和RO的资源被分别配置,并且定义附加的映射规则来确定SSB和RO之间的关联。通过这种单独的资源配置,RO的时间/频率资源可以更灵活。此外,由于每个SSB与相同数量的RO相关联,因此可以将相同的参数应用于所有SSB,并且可以减少信令开销。对于RO和PO之间的映射,可以应用类似的方法来实现灵活性和减少开销的相同好处。
如Option 1所示,PO的配置原则上可以遵循NR配置授权的资源分配。对于时域资源分配,如果PO是周期性的,则可以应用周期性和偏移来指示时域资源,否则可以应用位图来指示PO的时间位置。对于频域资源分配,可以重用PUSCH的频域资源分配的当前信令,或者可以定义一些默认的频域位置。
为了进一步方便资源配置,PO group可以定义为一个或多个连续时隙中的一组PO,占用一个或更多RB,如图1所示。对于同一组中的PO,可以共享一些参数,以便进一步减少信令开销,例如每个PO的时间/频率资源大小,时域/频域资源的起始位置等。

Option 2
对于Option 2,PO与关于RO的固定或配置的时间/频率关系相关联。由于PRACH前导码可以具有不同的格式,因此RO和PO的numerology 可以不同。因此,至少RO和PO之间的固定时域关系过于严格,不应支持。

对于Option 2中的其他备选方案,可使用单个或多个值配置RO和PO之间的时间/频率关系。单个配置值具有与固定值情况下类似的问题,即,它可能不适用于所有情况。例如,当时域或频域中存在多个连续的RO时,单个值不够灵活,可能会在频域和时域中引入PO之间的重叠,如图2所示。如果PO的带宽大于RO的带宽,则会出现频域重叠。同样,如果PO的持续时间比RO的持续时间长,则会发生时域重叠。
RO和PO之间的多个时间/频率偏移可以避免重叠问题,并在实施中允许更大的灵活性。然而,如果在PRACH周期中配置了许多RO,即每个RO需要单独的偏移,则信令开销更大。考虑到配置灵活性和信令开销,Option 1优于Option 2中的备选方案。
PRACH和PUSCH之间的映射

对于两步RACH,应指定PRACH资源和包括DMRS端口的PUSCH资源之间的映射。预期通过某些指定的映射,当选择RO中的前导时,UE可以确定特定的PUSCH资源(PO和DMRS端口),并且当检测到相应的前导码时,gNB可以识别相关的PUSCH资源。
将PRACH单元定义为RO中的前导码,将PUSCH资源单元定义为用于某个给定有效载荷的一次传输的时间/频率/DMRS的组合,PRACH单位和PUSCH单位之间存在3种可能的映射关系。
Case 1 一对一映射:一个PRACH单元与一个PUSCH单元映射。
Case 2 多对一映射:多个PRACH单元与一个PUSCH单元映射。
Case 3 一对多映射:一个PRACH单元与多个PUSCH单元映射。
Case 1具有从检测到的前导确定PUSCH的最小模糊性,但它要求PUSCH资源单元的数量与PRACH单元的数量相同,这在PUSCH与PRACH资源的数量可比时更合适。在PUSCH资源有限但PRACH资源较多的情况下,Case 2可能有助于节省一些PUSCH。然而,在这种情况下,PUSCH资源单元(特别是DMRS端口)的冲突概率将高于PRACH单元,并成为MsgA传输的瓶颈。但它在非常低的UE活动的情况下仍然可以工作。乍一看,Case 3似乎有助于降低冲突概率,因为即使两个UE选择相同的前导码,它们也可能幸运地选择不同的PUSCH资源单元。然而,gNB必须对所有潜在PUSCH资源单元进行盲检测,以确定使用了哪一个,这增加了接收机的复杂度。此外,由于仅检测到一个前导码,因此仅估计一个TA。在这种情况下,即使两个UE可以使用不同的PUSCH进行传输,至少其中一个PUSCH的解码将由于不准确的TA值而降级。基于上述分析,PRACH单元和PUSCH资源单元之间的一对一映射应该是起点。
当一个或多个连续时隙中存在多个RO时,可以将这些RO视为一个RO group。PRACH单元和PUSCH单元之间的相同映射规则可以应用于一个RO group中的所有前导码,从而可以进一步减少信令开销。如图3所示,可以在RO group和PO group之间定义映射。

MCS的配置和PUSCH的时间/频率资源大小与其需要承载的TBS密切相关。对于4步RACH,MsgA的内容等于Msg3的内容,那么在RRC_IDLE和RRC_ INACTIVE状态的初始接入过程中,有效载荷大小应为56或72位。
当有效载荷大小为72位时,资源大小可以为1 PRB,有效载荷的最大耦合损耗(MCL:maximum coupling loss)接近于短前导码的最大耦合损失;当有效载荷大小为1000比特时,资源大小为6或12个PRB,并且有效载荷的MCL远小于前导码的MCL,这对于RACH过程是不合理的。此外,即使对于同一PO上的两个同时发射的UE,发射大净荷也比发射小净荷有较大的链路性能损失(定义为实现相同BLER所需的SNR)。换言之,当净荷大小较小时,可以在同一个PO中复用更多的UE,从而提高MsgA PUSCH的资源利用率。
给定TBS,可以选择适当的MCS级别和时间/频率资源大小。根据链路预算分析,对于模拟的给定净荷大小(即TBS),不同的时间/频率资源大小(即不同的MCS)可以具有类似的MCL。因此,不需要有太多MCS选项。一些有限的预定义或预配置选项应足以满足此目的。从减少信令开销的角度来看,这也是有益的。
为了在解码MsgA PUSCH之前让gNB知道MCS电平,可以预先配置所支持的MCS电平与前导码或PUSCH资源单元之间的映射。例如,前导码被分成几个组,并且每个组被映射到特定的MCS级别。则gNB可以在PUSCH解码之前基于前导码检测来确定MCS电平。类似地,支持的MCS级别和MsgA PUSCH的DMRS端口之间的映射也可以用于此目的。gNB可以基于前导码检测来确定PUSCH资源,并且进一步基于DMRS检测来确定MCS值。