5G MACMsg1 TX开环功控介绍

Posted 2022-12-21 从善若水

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本人就职于国际知名终端厂商，负责modem芯片研发。
在5G早期负责终端数据业务层、核心网相关的开发工作，目前牵头6G算力网络技术标准研究。


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MSG1 TX开环功控介绍

       在任何无线系统中，当设备（UE）想要接入时，它必须向基站（gNB）发送信号或preamble （MSG1），而这一过程是需要能量的。有人可能会问，它需要在多大的功率下发送preamble 才能成功被检测到？3GPP规范38.213给出了以下关于PRACH功率控制计算的公式。

上面的公式说RACH功率应至少为两个，P_cmax（i）或 P_{RACH Target} + PL（ii）。P_cmax取决于UE类别，通常考虑为23dBm。PPRACH功率采用开环功率控制，即基站仅告诉UE目标功率E，而不会控制之后的TPC命令。

Step1

这一步使用下面的公式计算P_{RACH Target}：

• preambleReceivedTargetPower ：这个参数是通过RRC的preambleReceivedTargetPower参数获取到的；
• DELTA_PREAMBLE ：可以使用 prach-configuration Index 转换成preamble格式，然后在下面的表格中查找：
  
  
• PREAMBLE_POWER_RAMPING_COUNTER ：对于初始传输来说这个值是1；而对于重传来说，每次重传这个值就会加一；
• PREAMBLE_POWER_RAMPING_STEP ：它是从RRC的powerRampingStep参数获取的；

Step2

第二步使用下面的公式计算路损（Path Loss ，PL）：

• referenceSignalPower ：这个参数值是通过与PRACH相关联的SSB和CSI-RS中的ss-PBCH-BlockPower和powerControlOffsetSS 参数确定的；
• HigherlayerfilteredRSRP ：是发送PRACH之前测量的RSRP值；

举个栗子

例子1

我们从RRC reconfiguration消息中的 rach-ConfigGeneric中，收到下面的RACH参数：

假设在RACH过程时的RSRP为 -85dBm。

• 步骤2 计算路损
  • PL = 参考信号功率（从上面的log中可以看到ss-PBCH-BlockPower= -12） - RSRP
  • PL = （-12）-（-85）= 73dB
• 步骤1 计算 PRACH Target Power
  • prach-Configuration Index与preamble 格式相关，在这里我们计算的preamble 格式是0，那么对应的DELTA_PREAMBLE就是0 dBm；
  • preambleReceivedTargetPower 在log中可以看到是 -100 dBm；
  • powerRampingStep 在log中可以看到是 4dB；
  • PRACH target Power = （-100）+ 0 + （1 - 1）*4 = -100dBm；
• 步骤0 计算 PRACH Tx Power
  • PRACH Tx Power = min P_cmax , P_{RACH Target} + PL dBm;
  • PRACH Tx Power = min 23 , -100 + 73 dBm
  • PRACH Tx Power = min 23 , -27 dBm
  • -27 dBm

因此，UE在第一次传输RACH时发送的功率是 -27 dBm。如果RACH过程在Msg2或Msg4失败，UE将触发Msg1重传。Msg1重传的最大数量由参数preambleTransMax定义。如果发生Msg1的重传，每次重传的功率将按powerRampingStep中的值递增（根据上面的log片段，powerRampingStep为 4dBm，也就是每次增加 4dBm），直到UE达到最大功率或达到最大重传数。这里应该注意的是，增加功率的重传是有条件的，要求与PRACH相关的SSB没有发生改变。

例子2

• prach-ConfigurationIndex 17 对应的 preamble format 是0，也就是说对应的*DELTA_PREAMBLE *是 0dB；
• preambleReceivedTargetPower 是 -100；
  
• PREAMBLE_POWER_RAMPING_COUNTER 是 4；
• Pathloss 是 105
• PRACH Tx Power = preambleReceivedTargetPower + DELTA_PREAMBLE + (PREAMBLE_POWER_RAMPING_COUNTER – 1) × PREAMBLE_POWER_RAMPING_STEP） + Pathloss；
• PRACH Tx Power =（-100 + 0 + （4-1）*2） + 105 = 11dBm（这与log相匹配）
  

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