5G随机接入 preamble 结构和信令

如果gNB没有Tx/Rx互易性，gNB应支持gNB Rx波束扫描，以找到最佳上行接收波束。但如果gNB具有Tx/Rx互易性，则不需要进行gNB Rx波束扫描。不同的需求可能导致不同的前导结构设计。基于这两种不同的情况，可以考虑有两种可选的前导结构来选择GNB。

无互易的gNB：

当gNB不能保证信道互易性时，需要重复多个相同的前置码来支持gNB Rx波束扫描。如果重复的短前导码相同，则当它们被连续发送时，如果前一前导码可以是下一前导码（第一前导码除外）的自然CP，则可以移除前导码的CP。如果UE在前导码之间切换Tx波束，则CP不能被移除，并且应保持在切换波束的第一个前导码之前。

一个RACH block是相同UE Tx波束的持续时间。这意味着，如果gNB不能保证信道互易性，gNB可以在RACH块时间内多次切换接收波束。RACH块定义对应于DL-SS块的定义，一个DL-SS块可以映射到一个UE Tx波束或多个相同的Tx波束。多个RACH块组成一个RACH burst。

RACH前导码还应满足扩展覆盖的要求，因此一些设计原则（如LTE）可以在NR设计中重用。连续前导码的组合可以保证网络部署的大覆盖。这意味着短前置码的重复可以有助于gNB Rx波束扫描或覆盖增强。

RACH块中前导码的可变CP长度可以区分不同的设计目标。如果CP长度与基本短前导CP长度保持几乎相同，则不同的重复次数可以隐含地指示UE gNB Rx波束的数目。如果CP长度与总前导码组合的比例相等，则前导码结构用于覆盖增强。

这里总结和推导一些前导结构格式的典型示例，如图1所示。

不同的格式表示不同数量的重复前导码或不同的CP长度。格式索引从0到n。当格式索引为0时，表示单波束操作的前导码不重复。当格式索引不为0时，表示前导将重复，例如图1中的重复因子为2，4。一种格式的重复前导在第一个前导之前只有一个CP。多个前置码用于gNB扫描接收波束，或用于扩大上行覆盖范围。例如，format1和format2用于gNB Rx波束扫描，format1a和format2a用于覆盖增强。如何扫描gNB Rx波束的过程对UE是透明的。根据格式选择，RACH块的长度可以不同。

对于需要执行前导码的UE Tx波束扫描的没有Rx/Tx互易性的UE，当gNB波束扫描完成时，UE Tx波束可以在RACH突发之间切换。

同步信号可以是广播信道/信号的候选，因为同步信号表示初始接入波束，并且下行波束可用于RACH Msg2/4传输。图2是一个示例，显示了SS块和RACH组[3]之间的关联：

在图2中，假设没有互易性的gNB有两个Rx波束。因此，至少有2个重复的前导码用于Rx波束扫描。有四个UE试图接入网络，并且它们的RACH group可以是时间/频率/前导码域复用的。SS block和RACH group之间的关系可以定义为相对时间/频率偏移和一组RACH前导码。UE1和UE3将SS1检测为最佳下行信号，UE2和UE4将SS2检测为最佳下行信号。在图2中，4个UE是频率复用的。当RACH负载相当小时，UE也可以共享相同的时间/频率资源，但通过使用不同的前导码来区分。

SS块和RACH组之间的关系（可定义为相对时间/频率偏移和一组RACH前导码）可帮助gNB获得最佳下行Tx波束，即使gNB不支持Tx/Rx互易性，这意味着gNB在接收前导码时也需要执行时域波束扫描。没有Tx/Rx互易性意味着无论哪个SS块（下行Tx波束）具有最佳测量结果，SS块都需要与相同的时域间隔相关联，在此期间gNB执行上行波束扫描。因此，时域不能仅用于指示最佳测量结果，即最佳下行Tx波束。相反，通过使用频率或前导域来创建不相交的RACH组。通过使用频域或前导码域，可以通过检测到的前导码充分指示最佳测量结果。因此，特定前导码格式的RACH组与SS块之间的关联是明确的，并且通过检测RACH组可以容易地导出最佳下行Tx波束。

有互易gNB：

当gNB具有良好的信道互易性时，这意味着gNB不需要对应于一个UE Tx波束的Rx波束扫描，并且前导不需要重复，除了前导重复用于覆盖增强之外。如果RACH突发可以包含多个连续的RACH块，则UE可以切换Tx波束，或者下一个RACH块可以切换到其他UE。为了保护不同Tx波束或不同UE之间的ISI，每个RACH块应保持其自己的CP。并且GT应留在RACH块的末尾，以避免对下一个潜在数据的干扰。除了RACH突发的结束之外，RACH突发中没有冗余的GT。

图3是preamble的典型示例格式。UE在时域上连续复用，CP可以保护ISI。这并不排除短前导码可以在一个RACH块中重复以增强覆盖的可能性。

图3中的RACH块连续复用可以通过省略GP来减少传输开销。

如果通过广播信令指示下行广播信道/信号和RACH组的一个或多个场合之间的关联，则可以减少下行广播信道/信号和RACH组之间的关联指示信令的开销。在图3中，gNB只能指示可用RACH组的起始点，并且UE可以基于最佳接收SSB的时间索引隐式地获得相对于可用组起始点的相对位置。

非连续RACH传输

NR支持非连续RACH传输可能是有益的，可能需要非连续RACH传输的一些典型情况：

• 前导码长度超过RACH burst，尤其是在覆盖增强场景中；

• 对于TDD模式，没有足够的连续上行链路符号用于一个RACH burst；

• RACH burst非常长，这会导致时延敏感服务的传输机会减少。

例如，如果TDD模式中的时隙只有1~2个上行符号，但RACH burst占用至少4个符号，则RACH burst可被划分为两个子RACH burst并不连续地发送。

当TDD模式被认为是NR中的一种重要模式时，不连续传输是一种常见的情况。可以看到SSB和RACH burst的长度在一定时期内是不相等且不可比较的。LTE中PSS的持续时间为每5ms一个OFDM符号，但包括CP和GT的RACH前导码的长度至少为1ms。NR中的情况也可能相同。

在gNB互易的任何一种情况下，都应支持RACH非连续传输。

图4显示了从图2转换而来的非连续传输。每个UE的重复短前导被划分。由于前一个前导码的保护不存在，分离的前导码应具有自己的CP。还应添加GT以保护以下正常数据。