用于PRACH覆蓋增強(qiáng)的重復(fù)方案有兩種類型，第一種方案僅包含一個(gè)重復(fù)級(jí)別，第二種方案包含多個(gè)重復(fù)級(jí)別。

對(duì)于第一種方案，如圖1（a）所示，所有UE（UE1、UE2、UE3）僅使用一個(gè)重復(fù)級(jí)別來發(fā)送前導(dǎo)碼。盡管最壞情況以小概率發(fā)生，但為了保證最壞UE（UE1）的隨機(jī)接入的一定成功概率，重復(fù)級(jí)別的重復(fù)時(shí)間將被設(shè)置為大值，即4。實(shí)際上，其他UE可能只需要小的重復(fù)時(shí)間，即2。此外，如果僅將一個(gè)重復(fù)數(shù)應(yīng)用于整個(gè)UE SINR范圍，則需要更高的gNB檢測(cè)能力。顯然，它會(huì)降低資源利用率、檢測(cè)復(fù)雜性、功耗和干擾控制方面的性能。

對(duì)于第二種方案，如圖1（b）所示，允許UE從多個(gè)級(jí)別中選擇一個(gè)重復(fù)級(jí)別，其中級(jí)別1、2的重復(fù)時(shí)間等于2、4，并且UE1、UE2、UE3分別選擇重復(fù)級(jí)別2、1、1。對(duì)于與同一波束相關(guān)聯(lián)的增強(qiáng)型RO，在不同重復(fù)級(jí)別中使用的前導(dǎo)碼集應(yīng)當(dāng)不同，并且由gNB通過SIB1消息指示，并且UE從對(duì)應(yīng)于其重復(fù)級(jí)別的前導(dǎo)碼集中隨機(jī)選擇前導(dǎo)碼。

第二種方案通過允許UE根據(jù)他們的需要機(jī)會(huì)性地選擇重復(fù)級(jí)別來提高性能。改進(jìn)原因如下所述。首先，UE在不同波束中所需增強(qiáng)的PDF自然明顯不同，特別是對(duì)于大型小區(qū)和具有復(fù)雜電磁環(huán)境的小區(qū)，例如小區(qū)的不同區(qū)域被樹木和建筑物非均勻地包圍。具體而言，當(dāng)不同區(qū)域的細(xì)胞被樹木和建筑物非均勻地包圍時(shí)，不同光束的多徑分量經(jīng)歷不同的傳播路徑，這使得觀察到的路徑增益顯著變化。第二，即使UE在同一波束內(nèi)的位置彼此接近，由于信道衰落，它們也可能需要不同的重復(fù)時(shí)間來實(shí)現(xiàn)相同的覆蓋性能。利用UE的信道狀態(tài)的上述差異，允許UE選擇其重復(fù)級(jí)別的第二方案可以節(jié)省資源和功率。

在實(shí)踐中，不同波束的信道狀態(tài)通常是非常不同的，因?yàn)樗鼈円圆煌慕嵌劝l(fā)射和接收，并經(jīng)過不同的環(huán)境，包括樹木、建筑物和距離，這使得不同的波束遭受了不同的耦合損耗。在高頻情況下，隨著路徑數(shù)量的減少和遮蔽問題的容易出現(xiàn)，上述差異變得更加顯著，路徑損耗和穿透損耗變得更大。換句話說，不同SSB波束內(nèi)增強(qiáng)UE的耦合損耗存在顯著差異。

試驗(yàn)表明室外和室內(nèi)位置的平均路徑損耗分別為117 dB和139.7 dB。因此，由于室外到室內(nèi)的滲透導(dǎo)致的平均超額損耗為22.7 dB。在單系列單元的情況下，由于穿透導(dǎo)致的額外損耗高達(dá)21dB。穿透損耗相當(dāng)高，這使得覆蓋建筑物的波束的耦合損耗比沒有穿透損耗大得多。毫米波穿過樹木的穿透損耗為15.1-26.1dB，這隨冠層葉片的狀態(tài)（如全葉、離葉）而變化。在全葉場(chǎng)景中，3.5、5.4 GHz的信號(hào)穿過樹枝和樹葉密集的樹木到達(dá)UE，分別導(dǎo)致22.6、26.1 dB的損耗。在葉外場(chǎng)景中，當(dāng)3.5、5.4GHz信號(hào)通過具有稀疏枝葉的樹木到達(dá)UE時(shí)，分別到7.5、9.4dB的損耗。此外，穿過的植被越多，損失就越大。由于樹木穿透損失很大，并且隨著植被狀態(tài)的變化而變化，這使得覆蓋樹木周圍區(qū)域的梁的耦合損失遠(yuǎn)大于不覆蓋的梁。

為了保證低PRACH時(shí)延，一次RACH嘗試的重復(fù)RO不應(yīng)在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)分布。而且，考慮到實(shí)踐中的TDD配置，一幀中的上行鏈路時(shí)間資源是有限的，以平衡下行鏈路和上行鏈路服務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸負(fù)載，其中下行鏈路服務(wù)通常需要比上行鏈路更多的時(shí)間資源。此外，由于設(shè)備成本和技術(shù)限制，gNB很難同時(shí)生成多個(gè)模擬波束。這意味著在給定的PRACH傳輸時(shí)延下，與不同SSB波束相關(guān)聯(lián)的時(shí)域中重復(fù)RO的數(shù)量非常小。因此，TDM-RO資源的稀缺是依賴于分配重復(fù)TDM-RO的PRACH覆蓋增強(qiáng)的主要問題。隨著SSB波束的增加，這個(gè)問題可能會(huì)變得更糟，而FR2需要更精細(xì)和更多的波束來分別應(yīng)對(duì)更大的功率損耗和波束的覆蓋面積減少。

為了解決這個(gè)問題，最好是根據(jù)不同的SSB波束的覆蓋增強(qiáng)要求，將稀缺資源（即TDM-RO）合理分配給不同的SSB波束。這意味著不同的SSB波束應(yīng)該被劃分為不同的覆蓋性能增強(qiáng)級(jí)別，其中不同級(jí)別的SSB光束擁有不同數(shù)量的重復(fù)RO。

BS可以通過分析歷史觀測(cè)結(jié)果或高級(jí)模型，將SSB波束容易地分類為兩個(gè)或多個(gè)覆蓋增強(qiáng)級(jí)別?；诟采w增強(qiáng)級(jí)別，gNB可以自適應(yīng)地將不同數(shù)量的RO分配給不同的SSB波束以進(jìn)行多次傳輸。

對(duì)于FR2，SSB的數(shù)量通常設(shè)置為16，16個(gè)SSB波束中的所有UE只能在10ms內(nèi)重復(fù)發(fā)送前導(dǎo)碼最多3次。這可能不足以增強(qiáng)PRACH覆蓋性能，特別是對(duì)于工作在更高頻率的需要更多SSB波束的通信系統(tǒng)。

在這種情況下，type 1 SSB（SSB 0-1）和type 2 SSB（SSB 2-3）中的UE可以分別在10ms期間重復(fù)發(fā)送前導(dǎo)碼16次和8次。當(dāng)SSB的數(shù)量為16并且兩種類型的SSB的數(shù)目相等時(shí)，type 1 SSB（SSB 0-7）和type 2 SSB（SSB 8-16）中的UE可以在10ms期間重復(fù)發(fā)送前導(dǎo)碼4次，最多2次。在另一個(gè)示例中，當(dāng)SSB的數(shù)量為16時(shí)，如果除SSB 0之外的所有SSB波束與2個(gè)重復(fù)RO相關(guān)聯(lián)，則SSB 0與8個(gè)重復(fù)RO相關(guān)，那么SSB 0、SSB 1和SSB 1-15中的UE可以在10ms期間重復(fù)發(fā)送前導(dǎo)碼16次、4次和最多2次。SSB-RO模式C適用于只有幾個(gè)SSB波束可能遭受比預(yù)期嚴(yán)重的路徑損失的場(chǎng)景，例如新建廣告牌、臨時(shí)停車場(chǎng)遮擋SSB波束的LOS路徑。

有兩種方法可以實(shí)現(xiàn)圖3中的SSB-RO模式C。第一種方法類似于IAB-PRACH配置，以引入新的PRACH。第二種方法類似于eMTC PRACH配置，并通過覆蓋增強(qiáng)級(jí)別配置PRACH，其中允許不同級(jí)別配置不同的PRACH參數(shù)和不同的SSB-RO模式。

在第二方案中，基于UE的信道條件（例如，將其RSRP測(cè)量值與RSRP閾值進(jìn)行比較以確定RSRP水平）在UE處自主地選擇PRACH重復(fù)次數(shù)。LTE的前導(dǎo)碼重復(fù)規(guī)范中已經(jīng)采用了這種方法，因此可以為NR指定類似的框架。具體而言，gNB需要為UE配置多個(gè)RSRP閾值，以確定重復(fù)級(jí)別，這些閾值被映射到特定的重復(fù)級(jí)別及其前導(dǎo)碼重復(fù)數(shù)。這種配置的示例如圖1所示，其中g(shù)NB配置兩個(gè)不同的RSRP閾值，以確定兩個(gè)重復(fù)級(jí)別和一個(gè)非重復(fù)級(jí)別，level 1和level 2分別與2次和4次重復(fù)相關(guān)。

當(dāng)傳輸功率超過重傳中的最大傳輸功率時(shí)，應(yīng)調(diào)整所選重復(fù)級(jí)別，因?yàn)镽ACH成功概率在所選重復(fù)級(jí)太低。此外，在不增加重復(fù)級(jí)別的情況下，增強(qiáng)型UE將在RACH嘗試失敗時(shí)持續(xù)發(fā)送前導(dǎo)碼，直到超過最大重傳時(shí)間，這可能會(huì)增加沖突和干擾。允許重復(fù)級(jí)別增加的RACH過程如圖4所示。

在UE發(fā)送PRACH之后，UE嘗試在RAR窗口的周期內(nèi)檢測(cè)具有相應(yīng)RA-RNTI的PDCCH（DCI）。RAR窗口由SIB消息中的RAR WindowLength信息元素（IE）配置。如果UE成功解碼了PDCCH，則它解碼攜帶RAR數(shù)據(jù)的PDSCH。在解碼RAR之后，UE檢查RAR中的隨機(jī)接入前導(dǎo)碼標(biāo)識(shí)符（RAPID）是否與其RAPID匹配。對(duì)于具有相同波束的多個(gè)PRACH傳輸，單個(gè)RAR窗口足以進(jìn)行RAR檢測(cè)。RAR窗口應(yīng)設(shè)計(jì)得盡可能簡(jiǎn)單，以實(shí)現(xiàn)低復(fù)雜性和UE節(jié)能。

對(duì)于多個(gè)PRACH傳輸，還應(yīng)考慮RA-RNTI計(jì)算。與發(fā)送前導(dǎo)碼的RO相關(guān)聯(lián)的四步RACH的RA-RNTI計(jì)算為：

RA-RNTI = 1 + s_id + 14 × t_id + 14 × 80 × f_id + 14 × 80 × 8 × ul_carrier_id

其中s_id是PRACH時(shí)機(jī)的第一個(gè)OFDM符號(hào)的索引（0≤s_id＜14），t_id是系統(tǒng)幀中PRACH場(chǎng)合的第一個(gè)時(shí)隙的索引（1≤t_id＜80），f_id是PRACH時(shí)機(jī)在頻域中的索引（2≤f_id＜8），ul_carrier_id是用于隨機(jī)接入前導(dǎo)傳輸?shù)膗l載波（0表示NUL載波，1表示SUL載波）。

如果PRACH重復(fù)在不同的RO中發(fā)送，則每個(gè)PRACH傳輸與不同的RA-RNTI相關(guān)聯(lián)。然而，由于不同重復(fù)級(jí)別的UE的RAPID不同，即使這些重復(fù)RO在不同重復(fù)級(jí)別上重復(fù)使用，多個(gè)RA RNTI似乎也是不必要的。在不同重復(fù)級(jí)別的UE使用相同的重復(fù)RO以不同的多次傳輸來發(fā)送不同的前導(dǎo)碼的情況下，單個(gè)RA-RNTI可以很好地工作。該單個(gè)RA-RNTI可以由某個(gè)RO計(jì)算，例如最后一個(gè)重復(fù)RO。

在具有不同波束的多個(gè)PRACH傳輸中，UE可以使用寬波束來測(cè)量最佳SSB波束，并使用更精細(xì)的波束來傳輸PRACH以獲得更高的波束增益，其中UE不知道匹配所選SSB波束的最佳精細(xì)波束。一旦UE知道PRACH傳輸中使用的波束中的最佳波束，它將顯著提高M(jìn)sg3和Msg4傳輸?shù)男阅堋榱双@得這種改進(jìn)，最常用的方法是gNB測(cè)量在不同波束上傳輸?shù)腜RACH的質(zhì)量，例如接收功率或幅度，然后向UE指示最佳波束。

有許多方法向UE指示最佳波束，包括將波束候選與PDCCH或RAR的時(shí)間/頻率位置相關(guān)聯(lián)，將波束候選和PDCCH中使用的RA-RNTI相關(guān)聯(lián)，以及在RAR中引入新的波束指示字段。

?將波束候選與PDCCH或RAR的位置相關(guān)聯(lián)

圖5給出了將波束候選與PDCCH的時(shí)間/頻率位置相關(guān)聯(lián)的圖示。在方法（a）中，波束候選與RAR窗口的持續(xù)時(shí)間相關(guān)聯(lián)。它使UE能夠在相應(yīng)的持續(xù)時(shí)間內(nèi)通過最佳波束接收PDCCH，這另外提高了性能。在方法（b）中，波束候選與PDCCH的頻率資源相關(guān)聯(lián)。在該方法中，一旦UE在RAR窗口的周期內(nèi)成功檢測(cè)到具有相應(yīng)RA-RNTI和具有匹配RAPID的RAR的PDCCH，UE就確定Msg3的最佳波束。

?將波束候選與RA-RNTI相關(guān)聯(lián)

由于PRACH重復(fù)的每個(gè)RO對(duì)應(yīng)于不同的Tx波束，并且RA-RNTI由某個(gè)RO計(jì)算，因此PRACH中使用的每個(gè)Tx波束與不同的RA-RNTII相關(guān)聯(lián)。圖6給出了將波束候選與不同RA RNTI相關(guān)聯(lián)的圖示。在該方法中，UE必須檢測(cè)多個(gè)PDCCH，其中RA RNTI對(duì)應(yīng)于RAR窗口周期內(nèi)的不同Tx波束。如果UE成功解碼這些PDCCH中的一個(gè)，則它嘗試解碼攜帶RAR數(shù)據(jù)的PDSCH。在解碼RAR之后，UE檢查RAR中的RAPID是否與其RAPID匹配。如果是，則UE確定Msg3的最佳波束。

?波束指示字段

在RAR中引入一個(gè)新字段來指示UE的最佳波束也是值得考慮的，這非常簡(jiǎn)單明了。

由于gNB不知道UE使用的波束數(shù)量，因此在開銷和波束指示性能之間存在權(quán)衡。具體地，當(dāng)預(yù)留資源的數(shù)量超過大多數(shù)UE在PRACH中使用的波束數(shù)量時(shí)，可以浪費(fèi)用于波束指示的預(yù)留資源。然而，當(dāng)保留資源塊的數(shù)量小于大多數(shù)UE在PRACH中使用的波束數(shù)量時(shí)，波束指示性能下降。

指示開銷由指定的波束候選的最大數(shù)量確定。例如，為了引入新字段以指示最佳波束，更多波束候選需要更多比特。并且，為了使用RA-RNTI來指示最佳波束，檢測(cè)PDCCH和RAR的開銷也隨著候選數(shù)目的增加而增加。假設(shè)有N個(gè)波束候選，要檢測(cè)的RAR的數(shù)量平均是單個(gè)PRACH傳輸?shù)模∟+1）/2倍，并且在最壞的情況下增加到N倍。此外，對(duì)于許多候選，由于有限的頻率位置，使用PDCCH的頻率位置來指示最佳波束變得不可能。有必要研究波束候選的最大數(shù)量。