5G FR2 PRACH 覆盖增强

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在FR2上，需要使用多个PRACH传输，为了区分多个PRACH传输（新的PRACH）与单个PRACH发送（传统的PRACH），存在以下选项：Ÿ

• 选项1：多个PRACH在共享RACH场合（RO）以单独的前导码传输，称为单独的前导。
  
• 选项2：多个PRACH在单独的RO上传输，称为单独的RO。
  
• 选项3：多个PRACH中的一部分在共享RO上使用单独的前导码传输，而其他多个PRACH在单独的RO上传输，称为混合解决方案。
  

PRACH传输和接收更可能基于模拟波束。对于gNB，PRACH接收波束通常在FR2上是模拟的。考虑到一个天线面板只能产生一个模拟波束，即产生多个模拟波束需要多个天线面板。因此，gNB可能不能够在相同符号处接收多于一个波束。如图1所示，具有单个同时接收模拟波束的gNB可以为FDM RO配置同一波束，而具有多个同时接收模拟波束的gNB则可以为FDM-RO配置多个波束，并充分利用生成多个同时发送模拟波束的能力，以减少时延并提高冲突性能。总之，资源配置应该足够灵活，以覆盖所有潜在的gNB RF实现。

还应理清传统PRACH资源和新PRACH之间不同关系的影响。传统的PRACH资源和新的PRACH资源可以共享或分离。对于共享RO情况，由于减少了PRACH资源，传统UE的RACH冲突概率增加，前导码分割可能更复杂。对于单独的情况，相同频率的剩余上行链路时间资源可能不足以用于多个PRACH传输，可以通过设置频率偏移来引入新的PRACH资源。在这种情况下，传统的PRACH资源和新的PRACH资源在时域上重叠，但在频域上分离，传统的和新的RO可能需要同时接收多于一个模拟波束。这意味着gNB必须至少具有两个同时接收模拟波束的能力，这对于某些gNB来说是不可能的。应为具有单个同时接收模拟波束的gNB引入更多信令，以避免此问题。或者，为了最小化信令开销，可能需要定义有效资源以避免与遗留资源重叠的规则。
下面详细讨论上述三种方案的缺陷和解决方案。
Ÿ单独的前导码
对于单独的前导码，传统的RO由多个和单个PRACH传输共享，没有为多个PRACH发送配置单独的或附加的RO，单个前导码用于区分多个PRCH传输和单个PRCH传输。

为了克服上述缺点，有以下一些方法。
首先，为了减少冲突概率，可以将参数msg1-FDM设置为更大的值以增加PRACH资源。然而，当参数msg1 FDM被设置为大值（例如，FDM RO的最大数量）时，这是无用的。而且，由于传统UE无法识别这种变化，因此扩展FDM RO最大数量是不可能的。这种方法在某些配置下无效，传统PRACH的性能会降低。
第二，由于前导码不足，并非所有现有特征和多PRACH传输都应该通过相同RO处的单独前导码来区分，一些特征（如两步RACH、redCap、smallData、sliceGroup、msg3重复）可以通过其他方法来区分。例如，以增加时延为代价，不同的PRACH掩码可以识别多个PRACH传输及其重复级别。如图3所示，当上述特征与不同的PRACH掩码一起使用时，存在多种类型的RO，其可用前导码不同。使用RO掩码，由于其最大可用前导码，只能将type4 RO用于多个PRACH传输，这可以缓解前导码的不足。

第三，为了减少时延，gNB可以调整参数prach-ConfigurationIndex以增加时域中的prach资源，这需要改变prach-ConfigurationIndex的表。然而，由于对规范和兼容性问题的巨大影响，这似乎是不可能的。此外，gNB可以根据prach-ConfigurationIndex和ssb编号调整参数ssb-perRACH OccasionAndCB Preambles-PerSSB，以充分利用波束赋形能力，并尝试确保每个ssb波束在短时间间隔（如10ms）内出现多次。例如，如果gNB可以同时生成四个波束，“msg1 FDM=8”，并且SSB的总数为8，那么选择“SSB-perRACH OccasionAndCB PreamblesPerSSB=2”可以使所有SSB波束在时域（TDM-RO）中的两个相邻重复RO上发生一次。该方法的有效性取决于gNB生成SSB波束的能力。
Ÿ单独的RO
对于单独的RO，多个PRACH传输的RO独立于单个PRACH发送的RO，但它们的前导码是共享的，其中多个PRCH传输的RO可以与传统RO分离或另外配置。
传统RO有多个周期配置，可用于重复RO的剩余上行链路资源的周期相应地变化。当使用另一个prach配置索引来引入重复RO时，传统RO和重复RO可能在时域和频域上重叠。根据传统RO的配置周期，使用新字段来引入重复RO，可以缓解RO重叠问题，例如，新字段指示时域和频域中的附加PRACH的数量及其与传统字段相比的时隙和帧的偏移。然而，在某些情况下，它不会有效。例如，考虑到具有TDD配置的通信系统需要低PRACH时延，即几帧，在几个帧中引入的用于多个PRACH传输的RO是不够的，例如，在FR2中UL/DL配置DDDSU和SCS＝60kHz的TS38.211的表6.3.3.2-4中将PRACH-ConfigurationIndex设置为19、52、83、105、121、122、166、195、216、234、244，这导致传统和重复RO重叠。另一个示例是，传统RO已占用所有上行链路时隙，例如，在38.211的表6.3.3.2-4中，prach-ConfigurationIndex被设置为18、53、82、106、135、136、167、196、217、235、252、253，FR2中UL/DL配置DDDSU和SCS＝60kHz。
为了处理RO重叠问题，似乎有必要引入与传统RO不同的另一个msg1-FrequencyStart，以指示重复RO的新频率起点。它可以避免传统的和额外的RO在时域和频域中同时重叠。
然而，无论使用哪种方法，多个和单个PRACH传输的RO可能在时域中重叠。
如图1（b）和（c）所示，这些重叠的RO可能与不同的SSB波束相关联，应考虑其对具有不同模拟波束能力的gNB的PRACH性能的影响。当gNB能够生成足够的模拟波束来接收PRACH时，时域中重叠的传统和重复RO减少了PRACH传输时延，这充分利用了gNB的模拟波束能力来提高PRACH性能。然而，一旦重叠RO所需的不同SSB波束的数量超过gNB生成模拟波束的能力，就会出现SSB冲突问题，其中gNB仅生成与重叠RO相关联的SSB波束中的一部分。图4举例说明了重叠的RO与不同的SBB波束相关联，但gNB只能同时生成一个模拟波束。在这种情况下，gNB将永远不会接收在具有SSB3波束的重叠RO上发送的PRACH。UE不知道未生成SSB3波束，并正常发送PRACH。它不会提高性能，但只会浪费UE的功率，增加故障概率和RACH延迟，并造成干扰。此外，由于周期性PRACH资源和SSB-RO映射，与相同SSB波束相关联的重叠RO可能周期性地发生。在这种情况下，无论传输功率增加多少，具有未生成SSB波束的PRACH传输都可能持续失败，这会降低RACH性能。

为了解决这个问题，一种方法是指定SSB波束的优先级并指示gNB生成的波束数量。利用以上信息，UE将gNB未生成的SSB波束视为重叠RO上的无效SSB波束。它还允许具有多个同时模拟波束的gNB充分利用生成gNB波束的能力，以减少时延并提高碰撞性能。
Ÿ混合解决方案
对于混合解决方案，多个PRACH中的一部分在共享RO上使用单独的前导码传输，而其他多个PRACH在单独的RO上传输，这似乎是前两种方法的组合。它不仅需要指示前导码划分，还需要指示引入的RO和SSB-RO映射模式的位置。
作为前两种方法的混合，混合解决方案继承了前两种算法的问题，即前导码不足以及附加RO和传统RO之间的重叠，但它有一些改进。与前两种方法相比，混合解的优缺点如下。与第一种方法相比，混合解决方案可以提供更多的TDM RO以减少冲突概率和延迟，代价是增加信令开销，即指示附加RO的位置和SSB-RO映射模式。与第二种方法相比，混合解决方案使得多个PRACH传输能够以增加信令开销为代价来重用传统RACH资源，即，指示多个和单个PRACH发送之间的前导码或RO的关系。
然而，由于以下原因，额外RO的SSB-RO设计非常困难。首先，传统和附加RO的SSB-RO的独立周期模式无法无缝连接。额外RO的SSB-RO设计必须与传统RO兼容，以充分利用传统RO增强PRACH覆盖。第二，附加RO的SSB-RO设计还必须考虑与相同SSB相关联的TDM RO的期望布置，以便重复，即附加RO在时域中连续定位（连续定位多少个RO）或离散定位。
重复RO的位置
增强型PRACH中重复RO的位置与传输时延、RACH检测性能以及UE的RACH传输和BS的RACH检测的实现复杂性密切相关。如图5所示，当重复RO连续位于时域中时，UE和gNB可以持久地发送和检测前导码，这可以减少PRACH时延和复杂性。此外，它提高了具有相同波束的多个PRACH传输的相位一致性的概率，这有利于检测多个PRCH接收的相干组合的性能。然而，当重复RO在时域中离散地定位时，UE和gNB必须切换到不同的持续时间来发送和检测前导码，这增加了PRACH延迟和复杂性，并降低了相位一致性。

SSB-RO映射模式
图6说明了SSB-RO模式的一个示例，其中表6.3.3.2-4中的prach-ConfigurationIndex为177，SSB的数量为4，SSB-perRACH OccasionAndCB-PreamblesPerSSB=1，msg1 FDM=1。通过以上参数假设，UE获得以下信息：
时域位置：在满足n_SFN mod 8＝1，2的系统帧号（n_SFN）处分配RO（即，每8帧的前两帧）。在每个确定的SFN内，在时隙（SCS＝60KHz）编号9、19、29和39处分配RO。应当注意，SCS＝60KHz的每个时隙等于SCS＝120KHz的两个时隙。对于SCS＝120KHz，在SCS＝60KHz的每个确定时隙内，所考虑的行中的剩余参数指示RO将从符号号0、6、14、20开始并占据6个符号。
频域位置：每个时间实例在频率上只有一个FDM-RO。
SSB-RO映射模式：每个RO只与一个SSB相关联，四个SSB按顺序和周期性地映射到RO。

图6中的这些绿块（备用UL时隙）可以被PRACH覆盖增强的重复RO占用。此外，其他帧的上行时隙（即每8帧的最后6个帧）可以被用于PRACH覆盖增强的重复RO占用。对于TDM RO的连续和离散分配，SSB-RO pattern A和B如图7所示，它们为SSB引入了相同数量的RO，但SSB和RO映射顺序不同。在图7中，与SSB-RO pattern B相比，SSB-RO pattern A的重复RO彼此远离。这意味着SSB-RO pattern A的相位一致性和延迟比SSB-RO pattern B更差，尤其是对于大量SSB。此外，在该示例中，选择四个SSB波束中的任何一个，UE可以在10ms期间重复发送前导码多达12次，这对于PRACH覆盖增强来说是足够的。

来源：http://www.yidianzixun.com/article/0pjkAelz
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