目录
一、前言二、随机接入前导序列的产生三、
N
c
s
N_{cs}
Ncs的规划3.1、
L
R
A
L_{RA}
LRA=839
N
c
s
N_{cs}
Ncs规划3.2、
L
R
A
L_{RA}
LRA=139
N
c
s
N_{cs}
Ncs规划3.3、
N
c
s
N_{cs}
Ncs确定方法
四、根序列的规划4.1、根序列的选择与确定4.2、循环移位
C
v
C_v
Cv的计算
一、前言
5G NR上行物理信道包括PUSCH，PUCCH，PRACH，其中PRACH物理信道主要在随机接入过程中发送随机接入需要的前导码(Preamble)等信息。其中前导码的规划和产生尤为重要。 5G系统随机接入过程采用两种不同形式，基于竞争的随机接入和基于非竞争的随机接入。
二、随机接入前导序列的产生
PRACH物理信道沿用LTE的ZC序列设计，支持两种长度的ZC序列（即前导序列），并且一旦明确ZC序列长度后，根据根索引序列生成了一个ZC序列后，可以通过循环移位生成多个序列。一个小区一般最多有64个随机接入前导，也就是有64个premble ID，一般单个premble ID ZC序列产生流程为： （1）基站根据作用距离、终端的状态、移动速度等确定prach的格式和Ncs
（2）基站确定逻辑根序列索引，并根据根序列索引表产生1个或多个根序列和与根序列匹配的循环移位参数Cv，最终产生64个 （u）和循环移位参数（Cv）的组合，每个u+Cv可产生一个随机接入前导序列，如下图中公式所示；
（3）基站通过SIB2消息中的RACH-ConfigCommon信元中告诉终端64个前导序列中竞争随机接入groupA和groupB包含哪些前导码，剩下的就是留给非竞争随机接入的。终端如果在竞争的随机接入流程，则先选择group，然后在对应的group中随机选取一个前导码作为终端premble；
（4）终端根据选择的u+Cv产生长度为
L
R
A
L_{RA}
LRA的随机序列，其中：
x
u
(
i
)
x_u(i)
xu(i)为基于根序列u产生的长度为
L
R
A
L_{RA}
LRA的ZC序列；
x
u
,
v
(
n
)
x_{u,v}(n)
xu,v(n)为基于以Cv为循环移位参数，将
x
u
(
i
)
x_u(i)
xu(i)循环移位产生的最终premble前导码
u
u
u为根序列u，取值为0 - （
L
R
A
L_{RA}
LRA-1）
L
R
A
L_{RA}
LRA为序列长度
N
c
s
N_{cs}
Ncs为循环移位步长
C
v
C_v
Cv为序列循环移位，其值与限制集类型和
N
c
s
N_{cs}
Ncs有关
（5）终端根据将
x
u
,
v
(
n
)
x_{u,v}(n)
xu,v(n)进行IDFT变换后生成时域的随机序列信号
y
u
,
v
(
n
)
y_{u,v}(n)
yu,v(n)，并根据prach的类型等分配到时域资源上
随机接入前导序列的产生流程如下图所示：
三、
N
c
s
N_{cs}
Ncs的规划
5G NR Ncs和随机接入前导的子载波间隔、限制集类型有关。Ncs的规划即为根据小区覆盖距离、prach格式、限制集类型等选择合理的Ncs配置，以降低随机接入前导冲突的概率。
3.1、
L
R
A
L_{RA}
LRA=839
N
c
s
N_{cs}
Ncs规划
L
R
A
L_{RA}
LRA=839情况下
N
c
s
N_{cs}
Ncs的配置和值如下表，
L
R
A
L_{RA}
LRA=839用于FR1，子载波间隔1.25KHz或5KHz
3.2、
L
R
A
L_{RA}
LRA=139
N
c
s
N_{cs}
Ncs规划
L
R
A
L_{RA}
LRA=139情况下
N
c
s
N_{cs}
Ncs的配置和值如下表(参照38.211)，
L
R
A
L_{RA}
LRA=139用于FR1和FR2，子载波间隔
15
∗
2
u
15*2^u
15∗2uKHz,u=0~3;
注：通过以上两表可发现，
N
c
s
N_{cs}
Ncs的索引为0-15，
N
c
s
N_{cs}
Ncs的值小于
L
R
A
/
2
L_{RA}/2
LRA/2
3.3、
N
c
s
N_{cs}
Ncs确定方法
根据小区覆盖距离计算有效Ncs有一个计算公式，Ncs须满足以下公式，其实Ncs为循环移位间隔，所以：作用距离越远Ncs值越大，子载波间隔越小（序列传输时间越长）Ncs值越大，
L
R
A
L_{RA}
LRA越大（序列传输时间越长）Ncs值越大。
N
c
s
/
L
R
A
>
T
t
r
/
T
S
E
Q
Ncs/L_{RA}>T_{tr}/T_{SEQ}
Ncs/LRA>Ttr/TSEQ，
其中
T
S
E
Q
T_{SEQ}
TSEQ=1/子载波间隔，为序列传输时间；
T
t
r
T_{tr}
Ttr为小区作用距离2倍+多经和保护余量等。
从上式可得出有两个结论：
（1）小区覆盖距离越大，Ncs越大，因Ncs为循环移位的步长，距离越远就需要更大的循环移位间隔以区分不同的ZC序列；
（2）子载波间隔为1.25KHz或5KHz需要更大的Ncs，因这两个子载波对应长序列839，子载波间隔小时域传播时间越长，且对应远距离传输应用，所以更大的循环移位间隔以区分不同的ZC序列；
四、根序列的规划
根据3GPP TS 38.211描述，每个PRACH物理信道都有64个随机接入前导序列，它首先根据某个逻辑根序列索引对应的根序列号生成ZC序列，然后通过循环移位方式得到，并升序排列。
如果单个逻辑根序列索引对应的根序列号无法生成64个，则逻辑根序列索引加1继续生成前导序列，直至64个随机接入前导序列生成完成相邻小区配置不同的逻辑根序列索引
4.1、根序列的选择与确定
参照38.211，
L
R
A
L_{RA}
LRA=839逻辑根序列索引(i)和根序列（u）如下表所示（表中只截取了部分根序列值）：
参照38.211，
L
R
A
L_{RA}
LRA=139逻辑根序列索引(i)和根序列（u）如下表所示： 在Ncs确定后，对于限制集A和限制集B，逻辑根序列索引(i)的范围有限制，而对于非限制集，i可取0 ~（
L
R
A
L_{RA}
LRA-1）。下面就简单介绍一下如何确定逻辑根序列索引(i)的范围：
（1）确定Ncs后，根据逻辑根序列索引和u计算满足下式的最小非负整数，即为q
(
q
∗
u
)
m
o
d
(
L
R
A
)
(q*u)mod(L_{RA})
(q∗u)mod(LRA)， （2）计算
d
u
d_u
du (3)对于限制集A，
d
u
d_u
du满足如下公式所对应的根序列u即可用的随机接入前导
N
c
s
≤
d
u
≤
(
L
R
A
−
N
c
s
)
/
2
Ncs≤d_u≤(L_{RA}-Ncs)/2
Ncs≤du≤(LRA−Ncs)/2，
(4)对于限制集B，
d
u
d_u
du满足如下公式所对应的根序列u即可用的随机接入前导 (5)完成以上根序列有效性判断后，小区就可以选择一个根序列u用于产生随机序列
4.2、循环移位
C
v
C_v
Cv的计算
确定了可用的根序列u后，还需要确认小区配置的根序列u对应的循环移位
C
v
C_v
Cv，因不同限制集和Ncs配置下
C
v
C_v
Cv的值不同，这就导致一个根序列u的循环移位
C
v
C_v
Cv不足64个，这种情况下，需要将逻辑根序列索引+1，取出下一个根序列，继续按
C
v
C_v
Cv进行循环移位，直到取出一个或多个根序列后，所有根序列对应的
C
v
C_v
Cv和大于64，取前64个作为小区随机前导的计算参数（参照第二章）。
C
v
C_v
Cv计算方法如下：
（1）对于非限制集： （2）对于限制集A：
（2）对于限制集B：