從物理層的角度來(lái)看，NR的RACH過(guò)程包括RACH前導(dǎo)碼（Msg1）、隨機(jī)接入響應(yīng)（Msg2）、Msg3和Msg4。而5G系統(tǒng)是基于波束的系統(tǒng)，針對(duì)初始接入，還需要考慮多波束和單波束情況。

基于多波束系統(tǒng)的初始接入和RACH

高頻段（如>6GHz）的NR系統(tǒng)有望成為基于多波束的系統(tǒng)。由于高頻段的大路徑損耗和大穿透損耗，NR系統(tǒng)將利用多個(gè)波束覆蓋一個(gè)小區(qū)。波束可以是通過(guò)射頻鏈中的移相器形成的模擬波束，也可以是通過(guò)模擬波束賦形和數(shù)字波束賦形組成的復(fù)合波束。

初始接入信號(hào)假定由小區(qū)中的任何UE接收。當(dāng)發(fā)送初始接入信號(hào)時(shí)，TRP和UE之間不存在任何波束對(duì)準(zhǔn)。因此，初始接入信號(hào)通過(guò)多個(gè)Tx波束傳輸，并且這些Tx波束掃過(guò)多個(gè)OFDM符號(hào)。UE期望從這些Tx波束中的一個(gè)或多個(gè)（即這些OFDM符號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)）接收足夠的初始接入信號(hào)強(qiáng)度。通過(guò)檢測(cè)初始接入信號(hào)，例如，初始同步信號(hào)、PBCH或一些參考信號(hào)，UE能夠從用于發(fā)送初始接入信號(hào)的那些波束中為下行鏈路選擇適當(dāng)?shù)腡RP Tx波束。

關(guān)于隨機(jī)接入，TRP應(yīng)當(dāng)期望從小區(qū)中的任何UE接收隨機(jī)接入前導(dǎo)。與下行傳輸類(lèi)似，TRP還可以利用多個(gè)TRP Rx波束覆蓋一個(gè)小區(qū)。TRP應(yīng)該提供多個(gè)RACH資源，其中UE可以發(fā)送RACH前導(dǎo)，并且TRP在每個(gè)RACH資源上應(yīng)用一個(gè)Rx波束。如果一個(gè)UE被TRP Rx波束i很好地覆蓋，則TRP將可靠地接收在與TRP Rx波束i一起應(yīng)用的RACH資源上發(fā)送的RACH前導(dǎo)。

TRP可能有不同的Tx/Rx波束互易情況。在具有Tx/Rx波束互易性的TRP中，UE可以基于對(duì)下行初始接入信號(hào)的檢測(cè)來(lái)知道上行的適當(dāng)Rx波束。但是在沒(méi)有Tx/Rx波束互易性的TRP中，UE可能無(wú)法基于下行信號(hào)的測(cè)量為上行選擇適當(dāng)?shù)腞x波束。

波束互易性TRP的RACH流程

對(duì)于具有Tx/Rx波束互易性的TRP，TRP可以配置下行初始接入信號(hào)傳輸與上行RACH資源之間的映射。這種配置可以在PBCH和在RACH過(guò)程之前由UE檢測(cè)到的一些sib中發(fā)送。該配置可以是初始接入信號(hào)的OFDM符號(hào)索引與RACH資源索引之間的映射。

具有Tx/Rx波束互易性的TRP的高水平4步RACH程序如下所示：

1） UE首先基于映射配置和下行信號(hào)的測(cè)量來(lái)選擇RACH資源。

2） UE在所選擇的RACH資源上發(fā)送RACH前導(dǎo)序列。

3） TRP發(fā)送隨機(jī)接入響應(yīng)（RAR）以響應(yīng)檢測(cè)到的前導(dǎo)序列。RAR可以在PDSCH中使用選定的Tx波束發(fā)送。基于發(fā)送前導(dǎo)序列的RACH資源的索引，TRP知道哪個(gè)Rx波束是發(fā)送該前導(dǎo)的UE的適當(dāng)波束。通過(guò)波束互易性，TRP可以為到UE的下行鏈路傳輸選擇適當(dāng)?shù)腡x波束。在此之后，TRP和UE可以建立粗波束對(duì)準(zhǔn)，該粗波束對(duì)準(zhǔn)可用于以下RACH消息傳輸，并且也可用于RACH過(guò)程之后的系統(tǒng)信息傳遞。

4） 在接收到RAR之后，UE按照RAR的調(diào)度發(fā)送RACH msg3。由于msg3由TRP調(diào)度，因此TRP知道在何處檢測(cè)帶有哪個(gè)Rx波束的msg3。

5） 最后，TRP在PDSCH中向UE發(fā)送RACH msg4，競(jìng)爭(zhēng)解決消息。此處使用的Tx波束是前一步驟中實(shí)現(xiàn)的粗略波束對(duì)準(zhǔn)的TRP Tx波束。

無(wú)波束互易性TRP的RACH流程

對(duì)于沒(méi)有Tx/Rx波束互易性的TRP，UE可能無(wú)法基于下行信號(hào)傳輸?shù)臏y(cè)量來(lái)選擇適當(dāng)?shù)腡RP Rx波束。因此，需要為UE選擇用于RACH前導(dǎo)傳輸?shù)腞ACH資源索引。由于缺少TRP波束互易性，需要對(duì)其他RACH消息的傳輸進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。

關(guān)于RACH前導(dǎo)傳輸：一種解決方案是UE可以在一個(gè)RACH場(chǎng)合的所有RACH資源中發(fā)送RACH前導(dǎo)序列，以覆蓋所有TRP Rx波束。然而，這種方法可能會(huì)浪費(fèi)UE的發(fā)射功率，并且還會(huì)增加碰撞概率。另一個(gè)解決方案是，UE可以首先在一個(gè)RACH資源中發(fā)送RACH前導(dǎo)序列。如果前導(dǎo)碼傳輸失敗，UE將切換到另一個(gè)RACH資源并重新傳輸前導(dǎo)碼序列。然而，在該方法中，由于重傳，RACH過(guò)程延遲可能增加。這兩種方法之間存在權(quán)衡，需要進(jìn)行研究以確定問(wèn)題。

關(guān)于RAR傳輸：由于沒(méi)有TRP波束互易性，因此TRP可能無(wú)法基于檢測(cè)到前導(dǎo)序列的RACH資源為RAR傳輸選擇適當(dāng)?shù)腡x波束。一種解決方案是通過(guò)Tx波束掃描通過(guò)多個(gè)Tx波束傳輸RAR。另一個(gè)解決方案是要求UE報(bào)告RACH前導(dǎo)序列中的一個(gè)Tx波束ID。例如，前導(dǎo)序列ID可用于攜帶一個(gè)Tx波束ID的信息。TRP使用相應(yīng)檢測(cè)到的前導(dǎo)序列中攜帶的Tx波束發(fā)送RAR。

關(guān)于RACH msg3：在接收到RAR之后，UE可以按照RAR的調(diào)度發(fā)送RACH msg3（第一上行鏈路傳輸）。TRP可以接收具有對(duì)應(yīng)于RACH資源的Rx波束的RACH msg3，其中TRP檢測(cè)到對(duì)應(yīng)于該RACH msg3和RAR的前導(dǎo)序列。msg3還可以攜帶一個(gè)Tx波束ID，供TRP用于以下下行鏈路傳輸。

關(guān)于RACH msg4：TRP通過(guò)使用UE指示的Tx波束ID在PDSCH中發(fā)送RACH msg4（競(jìng)爭(zhēng)解決消息）。