5G学习笔记之PRACH

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1. 概述

随机接入前导码，Random Access Preamble，也称为物理随机接入信道，即PRACH。前导码的发送，对应PRACH这个特殊的物理信道。

在SIB1随机接入配置中，提供了：小区可用的Preamble信息， Preamble信息发送功率相关参数，PRACH的时频资源，以及SSB索引到RACH时机的映射等。

2. PRACH Preamble

前导码Preamble是基于ZC序列生成的。

PRACH ZC序列支持4种长度L：139、839、569、1149，其中569和1149是为了支持非授权频谱，在R16引入的。

• 长度为L的ZC序列用于基本的NR前导序列（基序列 ），共有L-1个不同的序列，每个对应唯一的根序列索引。
• 基序列通过不同的循环移位，可以生成不同的前导序列。在接收端，只有两个序列的相对循环移位大于序列的接收定时之差才能保持正交性，小区可用循环移位的集合成为零相关域（zeroCorrelationZone） 。
• 零相关域参数：在SIB1中配置，零相关域参数对应可用循环移位的集合。
  

一个小区最多有64个不同的前导码，每个前导码用前导码索引来标识，小区可用的前导码由prach-RootSequenceIndex给出。

• 对于同一个根序列，经过循环移位生成L/Ncs个Preamble，如果小于64个，则根序列+1后，继续通过循环移位生成Preamble，知道满足64个。如果循环移位配置为0，则直接通过根序列递增的方式，生成64个Preamble
• 在UE静止或低速移动场景下，不考虑多普勒频移时，循环移位没有限制。在UE高速移动场景下，由于多普勒效应，频偏会导致基站在检测PRACH信道时，时域上出现额外的相关峰，这会影响PRACH检测。因此在高速场景下，针对不同的根序列，要限制某些循环移位来规避这个问题。即配置限制集。

3. PRACH Preamble 类型

NR标准定义了两种类型的前导码：长前导码和短前导码。

3.1 长前导码

长前导码有４种格式，基于L=839生成的，对应特定的参数集，特定的重复次数，以及特定长度的循环前缀。子载波间隔{1.25，5}KHz，仅用于6GHz以下（FR1）。

3.2 短前导码

短前导码有9种格式，基于L=139,571,1151生成的，短前导码使用的子载波间隔如下：

• FR1：15kHz或30kHz
• FR2：60kHz或120kHz
  
  

3.3 前导码格式与小区覆盖

根据PRACH信道格式分析小区支持的最大覆盖半径，需要考虑用户间干扰和符号间干抗。

• 用户间干扰：基站接收到的小区最远用户的PRACH最后时域位置，不能和下一个上下行资源冲突。PRACH信道GAP和时长可以保护用户间干扰
• 符号间干扰：小区最远用户的PRACH发送信号经过空中无线信道多径传输后，符号之间的干扰不能超过CP时长保护的范围，CP时长也可以用来保护用户间干扰。这个和空口信道摸型相关，通常按照通用模型计算。

小区中循环移位的大小Ncs和小区最大覆盖半径之间也有关系。通常情况下，是根据PRACH格式和规划的小区覆盖半径，来规划Ncs的大小，不是用Ncs的值来限定小区最大覆盖半径。

4. PRACH时频资源

4.1 小区所有可用PRACH资源

小区内所有可用的PRACH时频资源由以下几个要素决定：

• RACH周期，范围：10ms ~ 160ms，即1个帧~16个帧。
• RACH周期内的RACH时隙集合，范围：1 ~ 8。注：都在同一个特定帧上。
• RACH频域资源：PRACH第一个频域资源位置，频域上RACH时机数目。

RACH时隙：RACH slot

RACH时机：RACH Occasion，一个RACH时隙中可能存在多个RACH时机，包含K×M个连续的资源块。M表示RACH时机的频域大小，取决于前导码类型（长前导/短前导）。K表示频域上RACH时机的数目，由此可以看出，一个RACH时隙最多可以支持来自不同UE的K个前导码频分复用。

4.2 SSB和RACH的关系

NR初始接入支持波束管理，其实现机制是：

• 一个SSB突发集内有多个 SSB，每个SSB关联到 MIB/PBCH 中广播的SSB时间索引。不同的 SSB ，对应 SSB 发送的不同下行波束。只有当SSB的波束扫描信号覆盖到UE时，UE才有机会发送PRACH随机接入。

• 将SSB时间索引和RACH时机以及特定的前导码集合进行关联。这个由SIB1中的RACH配置指定。
  

• 基站基于接收到的前导码来确定UE位于哪个下行波束，这个波束可以用作给终端后续下行传输的初始波束。

4.3 PRACH时频资源配置