【技术干货】图解5GNR随机接入过程|163

初始接入意味着UE 和 gNB（基站）之间的序列处理，以便UE 获取上行链路同步并获得用于无线接入通信的特定ID（C-RNTI）。用更熟悉的术语来说，这种初始接入被称为“RACH 过程”。

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部分内容

一、为什么需要随机接入？二、随机接入的两种类型：基于竞争和基于非竞争

接下来所述的内容与LTE 的几乎相同。当UE 发送PRACH Preamble 时，它以特定模式发送，并且该特定模式被称为签名。在每个LTE 小区中，总共有 64 个Preamble 签名可用，并且UE 随机选择这些签名中的一个。

UE 随机地选择这些签名之一？这是否意味着多个UE 有可能发送具有相同签名的PRACH？是的，有这种可能性。这意味着多个UE 的相同PRACH Preamble 同时到达基站。这种PRACH 的冲突被称为竞争，并且这种类型的 RACH 过程被称为基于竞争的RACH过程。在这种基于竞争的RACH 过程中，基站将在后面的步骤中经过额外的过程来解决这些冲突，这个过程称为竞争解决步骤。

但是在某些情况下，由于某种原因（例如时间限制）这种竞争是不可接受的，并且可以防止这些竞争。通常在这种情况下，基站会通知UE 何时必须使用哪个Preamble 签名。当然在这种情况下，Network 将会分配这些Preamble 签名给UE，以便不发生冲突。这种RACH 过程称为基于非竞争的 RACH 过程。为了启动非竞争RACH 过程，UE 应该在RACH 过程之前处于连接态模式，正如在切换情况中那样。

1、典型的基于竞争的RACH 过程如下：

i）UE —> NW：RACH Preamble（RA-RNTI，L2 / L3 message 大小的指示）

i i）UE <—NW：Random Access Response（Timing Advance，TC-RNTI，L2 / L3 message 的UL grant）

iii） UE —> NW：L2 / L3 message

iv） UE <—NW：Message for early contention resolution

现在让我们假设在步骤i）发生了冲突。例如两个UE 发送PRACH，在这种情况下， UE 将在步骤ii）接收相同的TC-RNTI 和资源分配。因此两个UE 将在步骤iii）通过相同的资源分配（意味着具有相同的时频位置）向基站发送L2 / L3 消息。当两个UE 在完全相同的时频位置上发送完全相同的信息时会发生什么？一种可能性是这两个信号对彼此起干扰作用，并且基站不对它们进行解码。在这种情况下，UE 中没有一个会从基站侧获得任何响应（HARQ ACK），并且它们都认为RACH 过程已经失败并返回到步骤i）。另一种可能性是基站仅成功解码其中一个UE 的消息，对另外一个UE 失败解码。在这种情况下，被基站成功解码L2 / L3 消息的UE 将从基站侧获得HARQ ACK。给步骤iii）消息的HARQ ACK 过程称为“竞争解决”过程。

2、典型的基于非竞争的RACH 过程如下：

i） UE <— NW：RACH Preamble（PRACH）分配

ii） UE —> NW：RACH Preamble（RA-RNTI，L2 / L3 message 大小的指示）

iii） UE <—NW：Random Access Response（Timing Advance，C-RNTI，L2 / L3 message 的UL grant）

三、与 LTE 随机接入过程的根本区别

如上所述，NR 的整个协议序列与LTE 几乎相同。LTE RACH 和NR RACH 之间的主要区别就在于RACH Preamble 被传输之前的过程。由于BeamForming（波束赋形）在NR 中是默认支持的，特别是在mmWave（毫米波）中，当NR 运行在

BeamForming 模式下，UE 需要检测并选择用于RACH 过程的最佳波束。该波束选择过程将是LTE RACH 和NR RACH 之间的根本区别。

四、 Preamble 序列生成过程

与LTE Preamble 序列一样，NR Preamble 序列也是基于Zadoff Chu 序列。整体序列生成如下。

详细的序列生成算法可以总结如下。虽然细节不同，但基本上与LTE 是类似的。就序列长度而言，这里有两种类型的序列（L_RA = 139 和 839）。

< Frequency Domain Sequence Generation >

基于 38.211-6.3.3.1，以下是在频域中生成PRACH 序列的方程式。