天線數(shù)量對(duì)PRACHpreamble碼有影響，接收機(jī)波束賦形（BF）用于通過組合來(lái)自多個(gè)天線的接收信號(hào)來(lái)增加前導(dǎo)檢測(cè)器的接收信號(hào)強(qiáng)度，從而在特定空間方向上接收更多信號(hào)能量。

通過數(shù)字和頻域波束賦形，使用FFT將信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換為頻域，見圖1。這里，天線信號(hào)首先在無(wú)線電單元（RU：Radio Unit）中接收，然后在模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC：Analog-to-Digital Converter）中采樣和量化。使用FFT完成從時(shí)域到頻域的轉(zhuǎn)換，然后應(yīng)用前導(dǎo)檢測(cè)器。FFT通常針對(duì)每個(gè)天線或天線子集計(jì)算，使得在進(jìn)一步的信號(hào)處理之前，可以提取接收信號(hào)的不同子頻帶中的不同用戶和信道。在圖1中，在FFT和提取分配給PRACH的子載波之后應(yīng)用前導(dǎo)檢測(cè)器。當(dāng)在頻域中進(jìn)行波束賦形時(shí)，一個(gè)或多個(gè)特定波束賦形器可應(yīng)用于用于隨機(jī)接入的那些子載波。通過這些波束賦形器，前導(dǎo)檢測(cè)器在多個(gè)空間方向上是敏感的。

當(dāng)在發(fā)射機(jī)中構(gòu)造OFDM符號(hào)時(shí)，如果UE中使用數(shù)字波束賦形，則通常為每個(gè)天線計(jì)算一個(gè)IFFT。

隨著載波頻率的增加，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中的天線單元的數(shù)量預(yù)計(jì)將增加，從而使得IFFT和FFT的計(jì)算復(fù)雜度變大。這些處理塊對(duì)功耗和硬件成本有很大影響。

對(duì)于模擬波束賦形，波束賦形在接收機(jī)中FFT之前完成，見圖2。因此，來(lái)自多個(gè)天線的時(shí)域信號(hào)在波束賦形中被組合，從而對(duì)所有子載波產(chǎn)生相同的波束賦形。這里，相同的波束賦形隨后用于所有子載波，使得用于上行數(shù)據(jù)和控制的波束賦形也用于同時(shí)接收的PRACH前導(dǎo)碼。

在初始接入時(shí)，基站對(duì)UE的位置的了解有限。因此，前導(dǎo)接收機(jī)必須評(píng)估多個(gè)波束，以便能夠檢測(cè)前導(dǎo)。對(duì)于時(shí)域波束賦形，每個(gè)波束賦形器需要一個(gè)從FFT到前導(dǎo)檢測(cè)器的處理序列。

LTE目前有五種不同的隨機(jī)接入前導(dǎo)碼參數(shù)PRACH格式，其中format0-3定義為幀結(jié)構(gòu)type1和

PRACH前導(dǎo)碼format0基于長(zhǎng)度為24576的PRACH前導(dǎo)碼序列。該長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于1.25 kHz的子載波間隔，與使用15 kHz子載波間隔的PUSCH和PUCCH相反。對(duì)于LTE?R8，由于不同的子載波間隔而產(chǎn)生的載波間干擾通過在PRACH和PUSCH之間具有小的保護(hù)頻帶以及通過將PRACH分配給相鄰子載波的單個(gè)間隔來(lái)限制。此外，與其他物理信道相比，較小的子載波間隔使得PRACH前導(dǎo)對(duì)頻率誤差和其他損傷更加敏感.

用于PRACH前導(dǎo)碼format0到3的發(fā)射機(jī)需要至少一個(gè)大小為24576的IFFT，此外，還需要支持2048的IFFT來(lái)為PUSCH和PUCCH生成普通OFDM符號(hào)。此外，這種PRACH前導(dǎo)碼格式的直接接收機(jī)需要大小為24576的FFT。然后，該FFT僅用于PRACH前導(dǎo)碼檢測(cè)，并與大小為2048的FFT并行使用，用于接收PUSCH和PUCCH，參見圖3中的圖示。在頻域數(shù)字波束賦形中，每個(gè)天線需要一個(gè)這樣的FFT。

為了簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)和降低功耗，非常需要一種PRACH前導(dǎo)碼設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)保留了類似的覆蓋特性，但避免了在發(fā)射機(jī)中支持多種尺寸的IFFT和在接收機(jī)中支持多種尺寸的FFT。

PRACH前導(dǎo)碼的可能設(shè)計(jì)如圖4所示，其中一個(gè)OFDM符號(hào)再次重復(fù)數(shù)次，使得每個(gè)OFDM符號(hào)充當(dāng)下一個(gè)OFDM符號(hào)的循環(huán)前綴。然而，與LTE PRACH相比，重復(fù)的OFDM符號(hào)具有更小的長(zhǎng)度，并且等于與相鄰用戶數(shù)據(jù)OFDM符號(hào)相同的長(zhǎng)度。圖4中每個(gè)FFT窗口內(nèi)的接收信號(hào)隨后將作用于PRACH前導(dǎo)序列的循環(huán)移位版本。

如圖4所示的PRACH前導(dǎo)與用戶數(shù)據(jù)具有相同的子載波間隔，從而避免了載波間干擾。重復(fù)與用戶數(shù)據(jù)OFDM符號(hào)具有相同長(zhǎng)度的相同OFDM符號(hào)的一個(gè)好處是，如果前導(dǎo)被延遲，則載波間干擾可以忽略。如果由于延遲前導(dǎo)而在FFT窗口內(nèi)接收到部分PRACH前導(dǎo)OFDM符號(hào)，則將具有一些載波間干擾的唯一OFDM符號(hào)是子幀的第一個(gè)和最后一個(gè)OFDM符號(hào)。

當(dāng)減少序列的長(zhǎng)度時(shí)，可用前導(dǎo)序列的數(shù)量減少。這可以通過將不同的時(shí)間和頻率資源分配給不同的UE來(lái)補(bǔ)償。

圖4中的所有FFT中的接收信號(hào)可以相干地相加，以便通過短序列的這種重復(fù)實(shí)現(xiàn)類似的鏈路預(yù)算，如同具有一個(gè)長(zhǎng)序列一樣。例如，如果對(duì)2048長(zhǎng)度序列使用13次重復(fù)，則這些重復(fù)的相干組合對(duì)應(yīng)于比LTE中的24576長(zhǎng)序列大的13×2048＝26624長(zhǎng)序列。

如果使用時(shí)域中的模擬波束賦形，則在接收機(jī)中隨時(shí)間在波束之間進(jìn)行切換。這里，在與一個(gè)FFT中使用的樣本相對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔中，只能評(píng)估一個(gè)波束賦形。因此，圖3中的LTE-PRACH設(shè)計(jì)只能支持兩種波束賦形配置；一個(gè)PRACH序列的24576個(gè)樣本的每個(gè)區(qū)塊一個(gè)。因此，期望PRACH前導(dǎo)碼設(shè)計(jì)，其中可以在PRACH前導(dǎo)碼期間評(píng)估多個(gè)波束賦形候選。

圖4中重復(fù)短序列的PRACH前導(dǎo)格式也在圖5中進(jìn)行了說(shuō)明，其中有三個(gè)在PRACH前導(dǎo)期間改變波束賦形配置的示例。在第一示例中，對(duì)于從1到13的每個(gè)波束，僅使用一個(gè)接收短序列中的接收信號(hào)。因此，可以對(duì)大量波束進(jìn)行評(píng)估。在圖5的第二個(gè)示例中，評(píng)估的波束較少，但現(xiàn)在探測(cè)器中使用了在兩個(gè)短序列中接收到的信號(hào)。在第三個(gè)示例中，所有短重復(fù)用于評(píng)估一個(gè)波束賦形，該波束賦形可以是非常寬的波束或覆蓋大空間區(qū)域。

可以在gNB中決定要使用的相干組合或波束賦形配置的數(shù)量之間的權(quán)衡，而無(wú)需配置UE。由于多個(gè)gNB同時(shí)接收一個(gè)PRACH傳輸，因此這些gNB可以被配置用于不同的波束賦形量。