專欄文章

3GPP於Rel.15版本制定了新的無線介面—New Radio (NR)，而支援此NR介面的基地台稱為gNB，若要連上這個5G的基地台，需透過隨機接入機制，本篇針對隨機接入信道(RACH, Random Access Channel)實體層上的設計─隨機接入前導碼(RACH preamble)做概要的介紹。

在進行隨機接入時，第一步便是依照基地台的配置在指定的時頻資源上發送隨機接入前導碼(RACH preamble)，而3GPP協議中對於每個時頻隨機接入時頻機會(RACH occasion)定義了64種可用的隨機接入前導碼。

隨機接入前導碼(RACH preamble)為基於ZadoffChu sequences產生的，並可透過不同的根序列索引(Root sequence index)或在相同的索引下由不同的循環位移(Cyclic shift)產生不同的隨機接入前導碼(RACH preamble)。當接收端收到不同前導碼的相對時間差不超過cyclic shift時，相同的根序列索引下透過不同cyclic shift產生的序列之間有著正交性，因此小細胞時相同的root index可配置較多cyclic shift。

NR的隨機接入前導碼(RACH preamble)格式可分為長碼以及短碼，長碼包括了格式0, 1, 2, 3，採用的是長度839的序列；而短碼則包括格式A1, A2, A3, B1, B2, B3, B4, C0, C2，採用的為長度139序列，不同的格式分別有不同的循環字首(Cyclic Prefix, CP)及重複傳送(repetition)等配置，如圖一及圖二所示。其中長碼僅用於FR1(sub-6GHz)，長碼依不同格式，分別採用了子載波間距(SCS) 1.25kHz及5kHz的配置，頻域上將分別占用6RB(Resource Block)及24RB。長碼的長度較長，設計上為基於時槽考量，在前導碼到下個時槽開始之前可作為保護間隔(Guard period)。

圖一、NR PRACH long format

短碼格式的前導碼可用於FR1(sub-6GHz)及FR2(mmWave)，其中每一個格式皆支援不同的子載波間距配置(µ)，然而15kHz及30kHz子載波間距配置用於FR1(sub-6GHz)；60kHz及120kHz子載波間距配置則是用於FR2(mmWave)。可注意到短碼格式下，前導碼長度僅佔據數個OFDM symbol，因此還可支援時間軸上一個隨機接入時槽內塞入多個隨機接入時頻機會。

圖二、NR PRACH short format

NR在隨機接入前導碼的設計上除了承襲自LTE的長碼設計外，也引入了短碼的設計，除使資源能更有效利用外，還可支援波束管理的相關機制，能更有效支援於毫米波上的運作。

參考資料

[1] 3GPP TS 38.211 (Rel.15) 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; NR; Physical channels and modulation

[2] NR Physical Layer Specifications in 5G; NTT DOCOMO Technical Journal Vol.20 No.3 (Jan. 2019)

[3] A. Chakrapani, "On the Design Details of SS/PBCH, Signal Generation and PRACH in 5G-NR," in IEEE Access, vol. 8, 2020