NR PRACH type 2(2-step) RA基本过程及时频域映射

Posted 2022-11-11 modem协议笔记

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这篇看下R16 新增的 2 step RA，首先看下触发RA的场景 38.300

2-step RA 的基本流程

 CFRA：

1 UE 发送MSGA消息，其中包括了PRACH上发送Preamble和PUSCH发送的payload数据

2 CFRA：网络端会配置dedicated preamble 和PUSCH 资源用于MsgA的传输 ；当收到网络端的回复时 CFRA 过程完成。如下图 

CBRA：

 

1 gNB给UE配置CFRA的Preamble和PUSCH资源，不会和其他Preamble 冲突

2 UE在指定的资源上发送MSGA；

3 gNB收到MSGA后，下发MSGB

4 UE收到网络端回复的MsgB contention resolution 后，随机接入就完成了

2-step CBRA也有可能回退到4 step 过程：

CBRA 如果 MsgB中带有fallback indication,UE 会用UL grant 资源发送Msg3，检测Msg4 contention resolution的接收，如果contention resolution 没有成功，UE要返回去进行Msg A的传输，而不是发送MSG1，即虽然之前回退到4-step RA，但是重发时 还是进行的2-step RA。如下图

如果在进行了一定数量的MsgA的传输 后，2-step RA 还没有完成，UE有收到配置 可以转换为4-step RA。

例如如果MSGA 重传没有达到最大次数 ，则 选择0～PREAMBLE_BACKOFF任意值，之后继续进行RA；

假如MSGA 达到最到重传次数PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER = msgA-TransMax + 1:，但是T300 还没有达到，则后面按照4 step 的RA 继续进行4 step RA；

只要T300 没有超时 则 4 step RA msg1达到最大次数后，仍然可以进行RA

只要T300 超时 则RA 过程停止

配置有SUL 的小区 要先进行SUL  NUL 的选择，要先确定carrier 

1 配置有SUL 的小区进行RA时，网络可以明确告知UE 使用SUL 还是UL。

2 只有当DL 测量信号低于SI 中的threshold时，UE 才能选择使用SUL。

3 选择UL/SUL 的操作时是先于 2-step 4-step RA 的。（废话）

4 UL/SUL的2-step  和4-step RSRP 门限是可以分开配置的。

 一旦RA 过程开始，则RA的所有UL 传输 都要在选择的carrier上。

1 UE有配置CA时，2-step RA 只能在PCell上进行，但是，contention resolution Pcell可以跨调度，在Pcell 或者SCell上完成 

2 UE配置CA，对于4-step CBRA ，前三步只能在PCell上进行，第四步contention resolution Pcell可以跨调度，在Pcell 或者SCell上完成

3 CFRA 在PCell上开始，则就一直在PCell上进行。

3 对于activated SCell 是另一个TAG时，网络可以通过PDCCH order 告知SCell 进行CFRA以便完成UL 同步，这时候preamble 传输要在SCell上进行，但是RAR是在PCell上完成。

如何确定是用SUL 还是NUL 进行RA？

 rsrp-ThresholdSSB-SUL: an RSRP threshold for the selection between the NUL carrier and the SUL carrier;

当RSRP 小于rsrp-ThresholdSSB-SUL ，选择SUL 进行RA ，否则选择NUL 进行RA。

 

如何确定采用 2-step 还是4-step RA？

  msgA-RSRP-Threshold: an RSRP threshold for selection between 2-step RA type and 4-step RA type when both 2-step and 4-step RA type Random Access Resources are configured in the UL BWP;

 

RA 的触发是因为下面的原因 则必须进行4-step RA：

1 PDCCH order 触发且ra-preambleIndex 不是0b000000

2 SI request

3 Spcell beam failure recovery

4 网络端有明确配置4-step CFRA 资源

以下情况

1 网路端同时配置2-step和4-step RA 且RSRP 大于msgA-RSRP-Threshold 

2 网络端只配置了2-step RA

3 网络端明确在rach-ConfigDedicated 中配置了2-step RA 资源

则进行2-step RA

否则进行4-step RA

2-step接入资源选择

对于CFRA，UE根据网络侧下发至少一个SSB资源，选择一个大于门限的SSB进行接入，和4-step 接入类似，2-step接入，SSB和Preamble也有同样的映射关系配置

对于CBRA，至少有一个SSB的RSRP大于门限，UE选择一个大于门限的SSB 接入，如果都没有的话UE选择任意一个SSB接入

对于2-step接入，也可以配置Random Access Preambles group B,如果配置Random Access Preambles group B,UE根据MSGA payload大小，选择Group A或者Group B对应的Preamble资源

根据SSB和RA preamble group 随机随机选取preamble ,preamble的选择方式和4-step类似

PUSCH for Type-2 random access procedure  38.213 8.1A

发送Msg A伴随着PUSCH payload的发送，这时候就需要确定MsgA PRACH Occasion上的Preamble与PUSCH Occasion之间的映射关系

PRACH 和PUSCH payload的发送有符号级别的间隔要求

1  2-step RA,在发送PRACH 时 也需要发送一个PUSCH payload。UE 需要用RV =0 对PUSCH 传输的TB 进行编码。

2  在PRACH 传输后，至少要间隔N 个符号后才能进行PUSCH 的传输。对应N 针对不同的scs有不同的规定

SCS = 15khz 或30khz(u=0或1)  N=2

SCS= 60khz 或120khz（u=2或3） N=4

如果UE选择的Preamble没有映射到有效的PUSCH Occasion（例如，正好和DL Slot冲突38.213 11.1章节），那么UE发送的MSGA 不包含PUSCH

某个occasion 传输power 大于UE能力时的处理原则

38.213 7.5主要当个cell 配置有NUL和SUL 或者 CA 的场景，针对如果 某个传输occasion 的传输power超过 UE最大能力时 的处理规则：针对不同的UL 传输场景有对应的优先级，优先级高的优先处理

 当PRACH 的power 大于UE 最大power能力时，可能 不会传输对应的PUSCH data。 因为PRACH 是优先级最高的。

 UE 需要根据msgA-PUSCH-Config 中的配置去确定时频域的PUSCH occasions。如果激活的UL BWP(没有配置msgA-PUSCH-Config ) ，则就使用initial UL BWP 的msgA-PUSCH-Config 。

 

RO 和PO 确定时频域资源的相关参数

frequencyStartMsgA-PUSCH ：参数提供的是第一个PUSCH occasion 与UL BWP 的第一个RB 的RB级别的偏移

nrofPRBs-perMsgA-PO：每个PO 的PRB 数

guardBandMsgA-PUSCH：频域上 两个PUSCH occasion 间RB级别的偏移

nrofMsgA-PO-FDM：频域上PUSCH occasion的数量

对于shared spectrum channel access，PUSCH occasion 对应的RB 需要在PRACH 传输的RB范围内。

msgA-PUSCH-TimeDomainOffset： 代表第一个PRACH occasion 时隙与PUSCH occasion 第一个时隙的偏移

PRACH 和PUSCH 的传输不应该在相同的一个slot；每个PUSCH occasion 的SLIV 应该保持一致。

 

guardPeriodMsgA-PUSCH ： 代表时域上，每个PUSCH occasion 的符号上的间隔

nrofMsgA-PO-perSlot：时域上每个时隙中有多少个PUSCH occasion

nrofSlotsMsgA-PUSCH: 时域上包含PUSCH occasion 的连续时隙数量

Msg A 的DMRS 配置由msgA-DMRS-Config 提供

msgA-MCS: 提供PUSCH 传输时的MCS

1 msgA-intraSlotFrequencyHopping ：  根据38.214 8.3确定第二跳的频率偏移

2 有配置guardPeriodMsgA-PUSCH时，第二跳的第一个符号和第一跳的最后一个符号的偏移就是guardPeriodMsgA-PUSCH

  没有配置guardPeriodMsgA-PUSCH，则第一跳和第二跳没有符号上的偏移。

3 有配置useInterlacePUCCH-PUSCH时，就不跳频

4 PRACH 和PUSCH 的传输使用相同的空间滤波器

这里的PUSCH occasion 也需要DMRS 资源，根据msgA-DMRS-Config 确定。

Msg A 的PUSCH 相关的SLIV 如何确定

总结来说 SLIV由startSymbolAndLengthMsgA-PO或msgA-PUSCH-timeDomainAllocation 确定。

上面的描述构造的时频域资源位置如下

preamble index 与PO 及DMRS index 的mapping规则

一个PRACH 时隙有效Prach Ossasion 中preamble index索引 规定：

 1 一个Prach Ossasion 按照preamble index 递增

 2 频域中有多个Prach Ossasion时，按照频域资源索引递增

 3 一个PRACH 时隙有多个Prach Ossasion时，按照时隙资源索引递增

这个是比较常规的index 递增顺序

上面的preamble index 要映射到PUSCH 及DMRS 的索引确定规则如下：

1 频域多个PUSCH occasion时，按照频域资源索引递增

2 PUSCH occasion中按照DMRS 资源索引递增，其中DMRS 资源的索引 先按照DMRS port 索引递增，再按照DMRS 序列索引递增

3 时域一个PUSCH 时隙对应多个PUSCH occasion时，按照时域资源索引递增

4 按照PUSCH 时隙索引递增

 

这里是先考虑频域PUSCH occasion 递增，频域遍历结束后，下一次进行DMRS（先port 后index）递增，

其次遍历PUSCH 时隙的其他PUSCH occasion，按照上面方法进行遍历；

最后考虑PUSCH 其他时隙 ，按照之前的方法进行遍历，进而完成mapping。

Tpreamble：association patten period 中有效的PO数×每个PO 的preamble数

Tpusch: association patten period 有效PUSCH occasion数×每个PUSCH occasion中的DMRS 资源数数

Npreamble： 映射到一PUSCH occasion 的一个DMRS 上的preamble数

 

简单举例说明下映射规则：

排除RO 与SSB 的映射关系，单纯说明RO preamble index与PO DMRS index的映射关系

假设有两个RO ，每个RO  对应的Preamble 是0～31

 有8个PO ，频域 4频分，时域 2个 PUSCH occasion, 每个PO 对应两个DMRS 资源 DMRS 0/1

Npreamble =4 即4个连续的preamble 映射到一个PO 的DMRS 上

 

比较不常规的是preamble 映射到 PUSCH occasion DMRS 时的顺序，

RO0 preamble 0~3映射到PO0 的DMRS 0，

RO0 preamble 4~7映射到PO1 的DMRS 0，

RO0 preamble 8~11映射到PO2 的DMRS 0，

RO0 preamble 12~15映射到PO3 的DMRS 0，

RO0 preamble 16~19映射到PO0 的DMRS 1，

RO0 preamble 20~23映射到PO1 的DMRS 1，

RO0 preamble 24~27映射到PO2 的DMRS 1，

RO0 preamble 28~31映射到PO3 的DMRS 1，

 

RO1 preamble 0~3映射到PO4 的DMRS 0，

RO1 preamble 4~7映射到PO5 的DMRS 0，

RO1 preamble 8~11映射到PO6 的DMRS 0，

RO1 preamble 12~15映射到PO7 的DMRS 0，

RO1 preamble 16~19映射到PO4 的DMRS 1，

RO1 preamble 20~23映射到PO5 的DMRS 1，

RO1 preamble 24~27映射到PO6 的DMRS 1，

RO1 preamble 28~31映射到PO7 的DMRS 1，

至此就将同一SSB 关联的preamble 尽可能映射到了不同的PUSCH Occasion

映射关系如下：

PUSCH occasion 确定是否valid的规定

1 没有配置tdd-UL-DL-ConfigurationCommon时 ，PUSCH occasion 不能与SSB 重叠，且需要与SSB 有至少Ngap个符号的间隔

2 配置tdd-UL-DL-ConfigurationCommon时，对应的是UL 符号/没有和SSB 重叠且和SSB 有至少Ngap个符号的间隔

满足以上要求的就是有效PUSCH occasion。