5G MAC随机接入流程中的 Msg2 (RAR)

Posted 2022-12-14 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。


博客内容主要围绕：
       5G/6G协议讲解
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Msg2 Random Access Response (RAR)

       在5G NR中，初始接入包括下行同步和上行同步过程。在解码最小系统信息（SSB-MIB）和剩余系统信息（RMSI- SIB1）后，可以实现下行同步。

解码sib1后，UE就获得了进行上行同步（即随机接入过程）所需的信息。初始接入RACH是一个基于竞争（CBRA）的四步过程，如下所示：

这四个步骤包括：

• Msg1 : Random Access Preamble (RA)
• Msg2 : Random Access Response (RAR)
• Msg3 : RRC Connection Request
• Msg4 : Contention Resolution

在这篇文章中，我们将讨论Msg2随机接入响应（RAR）。

一旦终端传输了Msg1 RACH前导后，它将对Msg2 RAR 执行以下步骤：

• UE在RAR-Window周期内侦听gNB传输的加扰后的PDCCH （DCI 1_0），RAR-Window是从SBI消息的rar-WindowLength IE获取的；
• UE在Type 1 PDCCH通用搜索空间中查找PDCCH DCI；
• 一旦终端能够成功解码PDCCH，它将获取RB资源信息以接收通过PDSCH传输的下行传输块；
• UE尝试解码携带Mgs2随机接入响应（RAR）数据的PDSCH，并检查RAR中的RAPID是否与分配给它的RAPID匹配；
• PDCCH和PDSCH传输应该按照SIB1中的规定，都承载在相同的子载波间距（SCS）和循环前缀上。

用于随机接入的 MAC PDU

       下行数据块（PDSCH）包含了MAC PDU。UE MAC PDU由一个或多个MAC子PDU组成。由于多个UE可能在同一个RACH机会中发送preamble，因此它们都将由同一个RA-RNTI处理。因此，一个MAC PDU中可能携带多个随机接入响应（RAR）（它们分别对应于在同一个RACH机会发起随机接入过程的不同用户）。

Msg2 : 随机接入响应（Random Access Response，RAR）细节

MAC Subheaders

• E：Extension字段是一个标志，表示包含此MAC Subheaders 的MAC subPDU 是否是MAC PDU中的最后一个MAC subPDU 。
  • E 字段如果是1，至少后面还有一个MAC subPDU；
  • E字段如果是0，则表示这是MAC PDU中的最后一个MAC subPDU。
• T：Type字段是一个标志，指示MAC子头是否包含Random Access Preamble ID 或者 Backoff Indicator。
  • T字段如果是0，则表示在Subheaders 中没有 Backoff Indicator（BI）；
  • T字段如果是1，则表示在Subheaders 中没有 Random Access Preamble ID（RAPID）。
• R：保留字段，设置为0；
• BI：Backoff Indicator字段标识小区中的过载情况，其大小为4 bit，可以表示16个可能的索引。索引值和对应的Backoff 时间值如下表所示：
  
• RAPID：Random Access Preamble IDentifier 字段用于标识传输的 Random Access Preamble 。RAPID字段的大小是6 bit。如果MAC Subheaders中的RAPID对应于SI请求配置中的某个Random Access Preamble，则此 MAC subPDU 中不包含MAC RAR。

MAC RAR Payload

• R：保留字段，设置为0；
• Timing Advance Command：Timing Advance Command字段表示用于控制时间调整数量的TA索引值。这个字段的大小为12 bit；
• • UL Grant：Uplink Grant字段表示上行链路上可以使用的资源，用于Msg3。UL Grant字段的大小为27 bit，UL Grant的内容如下所示。
    • Frequency Hopping Flag：Frequency Hopping Flag 为0时，表示UE不使用跳频发送PUSCH；否则，UE以跳频的方式传输PUSCH。
    • MCS：UE确定用于PUSCH传输的MCS，这个MCS从适用于PUSCH的MCS索引表的前16个指标中选择，如3GPP规范38.214所述；
    • TPC：TPC命令值用于设置PUSCH传输的功率，并根据下表进行解释。
    • CSI request：这个字段是保留字段；
• Temporary C-RNTI：Temporary C-RNTI 字段表示MAC实体在随机接入过程中使用的临时标识。Temporary C-RNTI字段的大小为16 bit。

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