7.3.2.3.2 选择一个 Preamble 和 PRACH 的时频时机

本节课程视频7.3.2.3.2.1 一次 Msg1 到底需要确定什么上一小节讨论了初始化随机接入如何在手机内部被触发。本节从触发之后继续向下看MAC/PHY需要把“我要做一次随机接入”变成一个具体的空口发送动作。这个动作至少需要回答两个问题第一发送哪个Random Access Preamble第二在什么时间、什么频率位置发送它。因此可以把一次典型的PRACH/Msg1发送抽象为**Preamble PRACH OccasionRO**。其中Preamble是码域上的接入序列RO是时频域上的发送机会。两者不能混为一谈。图7.3.2.3.2-1从网络配置到 Msg1UE如何确定一次 PRACH发送最重要的记忆点“Preamble”解决的是“用什么序列标识这次接入尝试”“RO”解决的是“这次接入尝试在哪里发”。真正的Msg1是二者在一个合法资源组合上的一次物理发送。7.3.2.3.2.2 PRACH Occasion把“可以发PRACH”变成一个具体位置PRACH Occasion通常简称RO可以理解为网络预先安排的一个PRACH发送机会。对于工程定位而言一个RO至少要能被映射到明确的时间位置和频率位置在某些配置下同一时间实例可以存在多个频分复用的RO。维度它描述什么UE最终需要得到什么时间域哪个系统帧/子帧/slot以及对应slot内的起始符号等一个具体可发送的时间机会频域最低频RO位置及同一时间实例中的FDM排列一个具体的PRACH频率位置码域当前RA类型下可用的Preamble集合一个Preamble Index组合时间域RO 频域RO Preamble一次完整Msg1发送资源图7.3.2.3.2-2 PRACH Occasion时间机会与频分复用机会需要强调RO不是一个“普通PDSCH/PUSCH PRB”这么简单的概念。PRACH拥有自己专门的物理资源结构其实际带宽、符号结构和子载波间隔由PRACH相关配置及物理层规则共同决定。7.3.2.3.2.3 SIB1中的RACH配置UE从哪里获得候选资源对于初始接入UE需要从系统信息获得公共RACH配置。原教材给出的示例包含prach-ConfigurationIndex、msg1-FDM、msg1-FrequencyStart、zeroCorrelationZoneConfig、totalNumberOfRA-Preambles以及SSB与RACH Occasion/Preamble的关联信息。字段本质含义对本节的直接作用prach-ConfigurationIndexPRACH配置索引确定PRACH格式和时间域资源结构msg1-FDM同一时间实例中FDM的PRACH transmission occasions数量决定频域并行RO的数量msg1-FrequencyStart最低PRACH transmission occasion相对于PRB 0的频域偏移决定PRACH频域起始位置totalNumberOfRA-Preambles该RACH配置使用的RA Preamble数量确定Preamble候选集合规模ssb-perRACH-OccasionAndCB-PreamblesPerSSBSSB与RO及CB Preamble集合之间的关联参数形成候选资源时的关联约束zeroCorrelationZoneConfigN-CS/ZCZ配置索引影响可用Preamble序列集合的构造/划分一个规范层面的校验原材料示例中出现“totalNumberOfRA-Preambles 17”同时正文又写“64个Preamble”。标准定义的常规枚举值是n4、n8、n12、…、n64因此“17”不应被当作规范枚举值直接教学如果这是某次设备日志的字段值应以实际ASN.1解码和设备实现定义为准。7.3.2.3.2.4 prach-ConfigurationIndex为什么它必须“查表”prach-ConfigurationIndex的作用类似于一个“配置入口”。UE获得Index后需要依据适用的NR PRACH配置表解释该Index所对应的Preamble format、系统帧/子帧出现关系、起始符号、每个子帧内的PRACH slot数量、每个PRACH slot中的时间域RO数量及PRACH duration等。因此看到“Index 158”时正确的思维不是“第158个slot”而是“我要去适用的PRACH configuration table中查第158号配置”。不同频段、配对/非配对频谱、PRACH SCS和规范版本可能对应不同表项工程分析时必须使用与网络配置匹配的表。图7.3.2.3.2-3 prach-ConfigurationIndex索引→配置行→候选时间结构这种设计的好处是把大量固定的物理层结构编码成一个短小的高层配置索引。网络只需要广播IndexUE按照标准固化的映射关系还原完整的PRACH时间结构。7.3.2.3.2.5 从Index到RO时间域究竟怎样展开可以把时间域推导理解成“配置表提供结构UE再把结构放到当前系统时间轴上”。例如一个表项可能规定PRACH属于哪一种Preamble format、在哪些subframe出现、起始symbol是多少、一个subframe中有几个PRACH slot、一个PRACH slot里有多少个时间域RO。参数/索引作用注意事项nSFN mod x y规定PRACH出现与系统帧号之间的周期性关系不是简单的绝对SFN值Subframe number规定出现在哪些subframe必须结合表项解释Starting symbol l0规定RO在相应slot内的起始OFDM符号不能脱离PRACH format理解NslotRA一个subframe内PRACH slot数量由适用配置决定Nt,RA,slot一个PRACH slot中的时间域RO数量可能大于1PRACH duration一次PRACH传输所占的物理时长由格式及配置决定因此一个RO的时间定位不是一个孤立数字而是一组条件的组合。工程日志中如果只打印了“RO index”还需要结合RACH配置才能把它翻译成实际slot/symbol。7.3.2.3.2.6 msg1-FDM同一时间上为什么还能有多个PRACHmsg1-FDM定义同一时间实例中频分复用的PRACH transmission occasions数量基本取值为one、two、four、eight。也就是说在同一个时间位置上网络可以在不同频率位置同时放置多个PRACH Occasion。这种机制尤其适合NR的波束化系统因为网络可以把不同SSB/波束相关的随机接入资源布置在不同的频率位置或不同的时间位置从而提高接入资源的组织能力。这里先记住“可以关联”具体SSB如何选择以及如何映射在后续小节再展开。7.3.2.3.2.7 msg1-FrequencyStart它决定的是“最低频RO”不是某个子载波msg1-FrequencyStart定义最低PRACH transmission occasion相对于PRB 0的频域偏移。这个字段是一个非常典型的“高层配置参数→物理资源位置”桥梁。图7.3.2.3.2-4 msg1-FDM与 msg1-FrequencyStart确定 PRACH的频域位置例如msg1-FrequencyStart4应理解为最低PRACH transmission occasion相对于PRB 0的偏移为4不能直接说成“从第4个子载波开始”。PRACH的实际频域占用宽度和具体映射仍由PRACH格式、PRACH SCS以及物理层资源映射规则决定。常见误区PRB是资源网格中的频域资源单位PRACH Occasion是一个传输机会Preamble是序列。把“PRB 4”“RO 4”和“Preamble Index 4”写成同一个概念会直接导致日志分析错误。7.3.2.3.2.8 Preamble选择随机选择的是Index不是现场“生成一个随机码”在竞争性随机接入中UE通常从当前允许的Contention-Based Random Access Preamble集合中随机选择一个Preamble。这个选择结果可以用Preamble Index标识并最终与所选RO组合成Msg1。这里要把“序列构造”和“序列选择”分成两个层次。PRACH Preamble的数学序列按照标准规定的序列构造规则生成UE随机的是从当前允许集合中选择哪一个Preamble Index。后续章节会专门讨论根序列、循环移位、N-CS/ZCZ等序列特性本节不提前展开。图7.3.2.3.2-5一次 Msg1的资源组合RO与 Preamble是两个不同维度7.3.2.3.2.9 Preamble数量与RO数量为什么两者完全不能画等号概念典型数量/范围它改变什么Preamble一个RO内可用的RA Preamble数量由配置决定最多可达64码域的候选数量PRACH Occasion一个小区可以配置多个时间/频率RO时频域的候选数量msg1-FDM1/2/4/8同一时间实例中的频域RO数量Preamble × RO概念上的组合空间一次接入尝试的候选资源组合如果把Preamble和RO都看作“资源”就容易产生“64个Preamble等于64个RO”的错误理解。实际上它们是正交维度同一个RO可以支持多个Preamble而同一个Preamble Index也可能在不同RO中被再次使用是否允许以及如何关联取决于具体RA配置。7.3.2.3.2.10 一个完整的选择例子假设某小区的RACH公共配置采用以下示例值prach-ConfigurationIndex158、msg1-FDMone、msg1-FrequencyStart4、zeroCorrelationZoneConfig14并在当前配置下存在可用于竞争性随机接入的Preamble集合。步骤UE的动作结果1读取RACH-ConfigCommon得到RACH公共配置2读取Index158根据适用PRACH配置表得到时间结构3处理msg1-FDMone每个时间实例没有额外的FDM RO可选4处理FrequencyStart4确定最低频RO的起始偏移5形成当前时刻可用的RO集合得到合法的时间/频率机会6根据当前RA类型选择Preamble得到Preamble Index7组合RO Preamble → Msg1这个例子的重点不是死记Index 158而是掌握一种可复用的工程方法**先把配置翻译成候选资源再在候选集合中完成选择。** 如果网络把msg1-FDM改为two最直观的变化是同一时间实例可能出现两个频域RO如果msg1-FrequencyStart改变最低频RO的位置随之改变。7.3.2.3.2.11 选择过程中哪些东西是“随机”的哪些东西是“确定”的对象来源是否由UE自由决定教学上的正确理解PRACH格式/基本时序结构网络配置 标准映射表否由配置索引和规范规则确定msg1-FDM网络配置否网络先规定候选FDM数量msg1-FrequencyStart网络配置否网络规定最低频RO位置Preamble可用集合网络配置 RA类型/关联规则否先形成合法集合本次CBRA Preamble IndexRA过程规则是在允许范围内选择随机性受规范约束具体RORA过程规则按具体场景确定/选择必须从合法RO集合中选择所以Random Access中的“Random”绝不是“UE对时间、频率、码、波束全部随便随机”。更准确地说是网络先构造一个有边界、有规则、有约束的候选空间再由UE按照随机接入规则选择其中适用的资源。7.3.2.3.2.12 SSB与RO的关联为什么资源选择不能脱离小区覆盖方向NR小区可能通过多个SSB形成不同方向的覆盖。网络可以配置SSB与PRACH Occasion以及Preamble集合之间的关联使UE能够在选定的下行SSB基础上使用相应的随机接入资源。从本节角度只需要把它理解为“RO候选集合还可能受到SSB关联关系约束”。不要把它简化成“所有SSB共享完全相同的RO”也不要在本节提前讨论最佳SSB的具体选择算法。后续小节会进一步讨论UE如何确定在哪一个SSB/波束方向上发起PRACH。7.3.2.3.2.13 频域映射中的另一个误区139不是普通业务资源网格的139个15/30 kHz子载波原字幕中将“139个序列元素”与“139个普通NR子载波”直接等同这种说法不够严谨。PRACH的序列长度、子载波间隔以及它与普通UL BWP的频域资源关系均由专门的物理层定义。因此本节只保留三个层次① Preamble具有标准规定的序列结构② PRACH的频域资源由其格式与SCS定义③ msg1-FrequencyStart和msg1-FDM负责把这些PRACH transmission occasions放置到小区上行频域资源中。更细的序列长度、Zadoff-Chu构造、循环移位和保护带问题放到PRACH物理特性章节。7.3.2.3.2.14 工程日志如何验证“UE到底选了哪个RO和Preamble”检查层次建议观察字段验证问题SIB1prach-ConfigurationIndexIndex是否与网络配置一致SIB1msg1-FDM频域RO数量是否正确SIB1msg1-FrequencyStart最低频RO位置是否正确SIB1/RA配置Preamble相关配置当前Preamble集合如何形成MAC RA logPreamble Index / RA attemptUE本次到底选择了哪个PreambleL1/PHY logPRACH Tx时刻、频率位置、格式实际发送是否落在推导的RO空口/gNB logPRACH detection / RAPIDgNB是否在相同RO检测到实际测试中最有效的排查方法是先用SIB1建立“理论资源地图”再把MAC的选择结果和PHY实际发射结果投影到同一张时间—频率坐标系。这样可以快速区分“配置解析错误”“选择逻辑错误”“PHY调度错误”和“空口没有检测到”等不同问题。7.3.2.3.2.15 本节最容易犯的八个错误错误认识正确认识Index 158就是Slot 158158是配置索引需要查适用的PRACH配置表。msg1-FDM2就是两个Preamble它表示同一时间实例中有两个频分复用的PRACH transmission occasions。msg1-FrequencyStart4就是第4个子载波它是最低PRACH transmission occasion相对于PRB 0的频域偏移。Preamble就是一个ROPreamble和RO分别属于码域和时频域。Preamble是UE现场随机生成的序列构造由标准规则决定随机选择的是允许集合中的Preamble。139个序列元素就是139个普通业务子载波PRACH有专门的物理层资源映射定义。所有RO都可以随意选UE必须遵循当前RA场景、配置和SSB/RO关联等约束。看到Preamble Tx就能知道完整RACH过程Preamble Tx只是Msg1后续响应和连接过程另有专门章节。