5GNR漫谈12：PRACH随机接入信道

先撸一下随机接入发起前的一些前提。终端开机后进行小区搜索，解调SSB获得MIB信息以及系统帧号和帧边界，MIB信息里面包含有8位pdcch-ConfigSIB1指示，告知了SIB1调度信息可能出现的时频资源位置，也即search space和CORESET。UE再根据这个时频资源位置采用SI-RNTI（System Information RNTI）去盲检SIB1的调度信息，获得SIB1的调度指示，即SIB1会出现在哪里，UE需要在哪个地方蹲点把SIB1接收解调。SIB1有个花名叫RMSI（remaining minimum system information ),包含了终端发起初始随机接入前所需要知道的系统信息，它以160ms周期性的承载在PDSCH上发送。SIB1中包含的RACH信息如下所示RACH-CconfigCommon。

在漫谈11中，已经了解了随机接入preamble的数学生成公式，参数多，初次接触，不搞物理算法的小伙伴看着也头痛脑胀，云里雾里，一时半会不知道为啥搞这么复杂。我们把上图中RACH信息红圈圈搞明白就差不多了。
Prach-RootSequenceIndex是小区基站告诉终端，本小区长短preabmle可以采用的根号，即u值。


Msg1-SubcarrierSpaceing告知终端在发起随机接入第一条msg1时所采用的子载波间隔。zeroCorrelationZoneConfig告诉终端对应的限制集和NCS移位数。NCS移位有什么用？无非就是改变ZC序列的相位，相位的旋转表现为时延上的扩展。作用就是同一个根序列可以区分多用户，所以长preamble可以支持多个NCS移位，这个小区也就支持更多的用户，小半径就比短preamble要大了。后面再讲讲怎么接收检测preamble，怎么区分用户。

Prach-ConfiguationIdex告知终端可在哪个时间点发射PRACH，即哪个系统帧，哪个子帧，哪个slot，起始symbol，这个表很长，总共有256个index。

msg1-FDM告知终端，当前时间点发射的频域上有多少个PRACH Occasion；msg1-FrequecnyStart告知终端频域上的起始位置。在漫谈11中说到preamble带宽M(个RBs)和频域RACH occasions（K）确定K*M总的PRACH频域，那么preamble的带宽又从何而来呢？由preamble的长度和子载波间隔共同确定，如何确定？看一下漫谈11中preamble发射处理流程就明白。以PRACH的子载波间隔来统计不直观，以PUSCH的子载波间隔和RB数来做参考就好理解了。比如，长preamble，序列长为839，子载波间隔为1.25kHz,PUSCH子载波间隔为15KHz，那PRACH占用的RB数为839X1.25/15/12=6（RB）。

RACH-CconfigCommon中还包含了基于接收下行信号来估计下行路损而得到的preamble发射功率，以及随后的功率爬坡值。一开始终端不知道离基站远还是近，不知道以多大功率发射上行信号才合适，所以聪明地通过估计下行信号来获得参考。
好了，终端知道用哪些系统参数生成preamble，在哪些时频域地点去发射preamble，也大概知道以多大功率来发射信号了，终端是不是就可以愉快的发射PRACH了呢？且慢，如果这样，那不就是和LTE没有什么多大差别了，体现不出5GNR的先进性。那NR比LTE多了啥比较明显的不同？Massive MIMO。如何在PRACH体现利用Massive MIMO的好处？beam.这不是在小区搜索里通过SSB index已经确定了吗？那是终端确定的下行最合适自己的beam，终端要设法告知基站自己扫到的最合适的beam，如果另外增加别的系统消息来指示，太浪费资源了，因此上行通过想办法早早就让基站接收PRACH时就可以知道终端小区搜索确定的beam Index。这样，SSB和PRACH就勾搭起来了。前面RACH-CconfigCommon有两个信息ssb-perRACH-OccasionAndCB-PreamblePerSSB和msg1-FDM告知了两者之间的关系。我们看到ssb-perRACH-OccasionAndCB-PreamblePerSSB这个参数有分数也有整数，假如其值为N，当N<1, 那么一个SSB Index对应1/N个RACH Occasion，每个RACH Occasion中包含所有的Preamble；当N>1，那么一个PRACH Occasion对应N个SSB Index。RACH Occasion（RO）是一个时频域的概念，SSB和PRACH关联用文字表述太麻烦了，无非就是先频域再时域，一个挤在一起还是多个挤在一起，或者是一个占用多个。 上图才是硬道理。通过这种映射关系，基站在检测到终端发射的preamble，就可以确定哪个beam是最合适终端的。

SSB和prach关联后，可以发起初始随机接入了。Msg1也即preamble的发射，然后基站接收解调，得到终端相对于基站的时间偏移量TA值，然后发送msg2，告知终端收到了发送的preamble以及之后的上行（msg3）需要的时间调整量TA。Msg3和msg4主要是用于解决preamble的碰撞机制，因为有可能会有两个终端在相同的时间，相同的地点发射preamble。终端收到msg4之后，就完成了RRC连接，也即正式完成了注册在案，正式为基站所接纳。

终端在以下场景可以发起随机接入：小区切换的时候对新小区发起随机接入；太长时间没有上行业务而与基站失步需要重新建立上行同步；上行调度申请得不到基站满足时重新发起随机接入申请调度。
至于基站是怎么检测PRACH的，后面我再研究。

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