5G系統(tǒng)PRACH前導(dǎo)碼設(shè)計需要考慮了控制面面時延、覆蓋和目標(biāo)MCL（maximum Coupling Loss）的要求。

目標(biāo)

根據(jù)TR38.913介紹的NR場景和要求。關(guān)鍵性能指標(biāo)（KPI）之一是控制面時延。控制面時延是指從小區(qū)有效狀態(tài)（如空閑）到開始連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸（如活動）的時間?？刂泼?/span>時延的目標(biāo)應(yīng)為10ms。與現(xiàn)有LTE系統(tǒng)相比，NR的控制面時延目標(biāo)顯著降低（從100ms降低到10ms）。在這種情況下，就時延而言，有必要有效地設(shè)計PRACH傳輸和RACH過程。考慮到其他numerology或服務(wù)，需要澄清控制面時延的目標(biāo)在numerology或服務(wù)中是相同的還是不同的。

根據(jù)目標(biāo)MCL，對于下行數(shù)據(jù)速率為2Mbps、上行數(shù)據(jù)速率為60kbps的固定用戶基本MBB業(yè)務(wù)，最大耦合損耗（maximum coupling loss）目標(biāo)為140dB。對于移動用戶，下行數(shù)據(jù)速率為384kbps是可以接受的。對于下行數(shù)據(jù)速率為1Mbps、上行數(shù)據(jù)速率為30kbps的固定用戶基本MBB業(yè)務(wù)，最大耦合損耗目標(biāo)為143dB。在這種耦合損耗下，相關(guān)的上下行控制信道也應(yīng)充分發(fā)揮作用。對于mMTC，極端覆蓋范圍內(nèi)的UE電池壽命應(yīng)基于源自移動的數(shù)據(jù)傳輸活動，包括每天200字節(jié)的UL，然后是164dB MCL的20字節(jié)DL。當(dāng)假定不同載波頻率使用相同的ISD（inter-side distance）時，較高載波頻率的總耦合損耗可能大于較低載波頻率的總耦合損耗。換言之，如果認(rèn)為目標(biāo)MCL在不同載波頻率上是相同的，則隨著載波頻率的增加，小區(qū)覆蓋或PRACH覆蓋將減少。在本文中，為了簡單起見，假設(shè)PRACH傳輸?shù)哪繕?biāo)MCL設(shè)置為143dB。

關(guān)于評估假設(shè)，以100km小區(qū)半徑為目標(biāo)的極端農(nóng)村情況假設(shè)載波頻率低于3GHz頻帶（低于1GHz（例如700MHz）可以優(yōu)先考慮）。換句話說，它可能不需要為所有候選載波頻率（尤其是6GHz以上的情況）支持100km的小區(qū)半徑。同時，相對較小的小區(qū)半徑/覆蓋范圍（例如20m、200m或500m），如室內(nèi)熱點或城市宏/微將支持6GHz以上的載波頻率。

PRACH preamble 設(shè)計因素

在本文中，為PRACH前導(dǎo)碼設(shè)計提供了MCL分析。在此階段，為簡單起見，假設(shè)所需的前導(dǎo)序列能量與熱噪聲比Ep/No為18dB，以滿足漏檢和虛警（false alarm）概率。Ep/No的詳細值可在以后根據(jù)鏈路級模擬結(jié)果進行更新。MCL計算的其余假設(shè)如附錄A所示。圖1顯示了取決于PRACH前導(dǎo)序列持續(xù)時間的MCL值。根據(jù)MCL分析，PRACH傳輸?shù)男蛄谐掷m(xù)時間需要至少為0.8ms，以滿足143dB的MCL。

更高載波頻率（例如6GHz以上）的耦合損耗不會接近目標(biāo)MCL，因為路徑損耗沒有完全補償，在這種情況下，可以考慮使用（模擬）波束賦形來增強耦合損耗以實現(xiàn)目標(biāo)MCL（例如143dB）。然而，在這種情況下，有必要考慮波束掃描過程的持續(xù)時間，以找到足夠的波束方向之間的EB和UE?？紤]到波束掃描過程所支持的序列持續(xù)時間和波束方向的數(shù)量，PRACH前導(dǎo)傳輸?shù)目偝掷m(xù)時間可能相當(dāng)大，尤其是當(dāng)數(shù)據(jù)符號大小很小時，因為較高載波頻率的子載波間隔較大。為了緩解這個PRACH開銷問題，可以考慮減少PRACH前導(dǎo)的序列持續(xù)時間。然而，根據(jù)MCL分析，MCL值將降低。例如，如果序列持續(xù)時間減少到0.2ms，則MCL值將更改為137dB。換句話說，PRACH覆蓋范圍可以減少。

為了滿足控制面時延的要求，有必要減少RACH過程的總持續(xù)時間，包括PRACH前導(dǎo)傳輸和后續(xù)傳輸（例如RAR、Msg3、Msg4）。首先，可以考慮設(shè)計具有短序列持續(xù)時間的PRACH前導(dǎo)碼。由于短序列持續(xù)時間縮短的MCL將小于目標(biāo)MCL（例如143db），因此有必要研究如何在短序列持續(xù)時間內(nèi)增強PRACH前導(dǎo)碼的MCL覆蓋?？紤]到諸如分集增益或Rx組合增益之類的數(shù)字處理增強，可以進一步改進Ep/No。例如，如果數(shù)字處理鏈可以改進6dB，則PRACH前導(dǎo)滿足目標(biāo)MCL所需的序列持續(xù)時間將更改為0.2ms，如圖1所示。可能需要增加eNB復(fù)雜性，并且可以進一步討論詳細的增強級別。

或者，可以考慮對控制面時延或目標(biāo)MCL的需求放寬。更具體地說，滿足目標(biāo)MCL要求的PRACH前導(dǎo)可能不需要滿足控制面延遲的要求。以類似方式，滿足控制面時延要求所需的所有UE可能不必遵循目標(biāo)MCL要求。

在NR中，有必要為100km小區(qū)范圍設(shè)計一個特殊的PRACH前導(dǎo)碼，其中假設(shè)應(yīng)用了3GHz以下的載波頻率。因此，可以認(rèn)為，設(shè)計PRACH前導(dǎo)碼是為了特殊的目的和環(huán)境，如極長的覆蓋范圍和低頻段。此外，特殊PRACH前導(dǎo)碼可以區(qū)別于用于各種環(huán)境（包括部署場景和載波頻率）中的一般用途的短PRACH前導(dǎo)碼。

為了設(shè)計簡單，可以考慮遵循LTE中現(xiàn)有的PRACH前導(dǎo)format 3作為NR PRACH前導(dǎo)的設(shè)計指南。同時，如果為超長距離引入長PRACH前導(dǎo)碼（即3ms），則可能需要驗證是否滿足控制面時延的要求。

附錄A

關(guān)于TR36.824，耦合損耗定義如下：

耦合損耗被定義為UE天線端口和eNodeB天線端口之間鏈路上的總長期信道損耗，并在實踐中包括天線增益、路徑損耗、陰影、身體損耗等。最大耦合損耗（MCL）是可提供服務(wù)的耦合損耗的極限值，因此定義了服務(wù)的覆蓋范圍。MCL與載波頻率無關(guān)。

對于MCL計算，有必要根據(jù)每RE的能量和噪聲譜密度計算所需的SINR?？紤]到Ep/No=18dB和序列持續(xù)時間=Tseq，所需的SINR可通過以下公式定義：

在低于6GHz的情況下，假設(shè)傳輸帶寬為1080khz，當(dāng)子載波間隔為15kHz（用于數(shù)據(jù)傳輸）時，其相當(dāng)于6PRB。對于6GHz以上，假設(shè)傳輸帶寬為5400kHz，這相當(dāng)于子載波間隔為75kHz時的6PRB（用于數(shù)據(jù)傳輸）。其余參數(shù)如表A.1所示。

隨著PRACH前導(dǎo)碼的序列持續(xù)時間的增加，MCL值將增加。換句話說，為了支持大目標(biāo)MCL或大覆蓋，PRACH前導(dǎo)的序列持續(xù)時間需要大。它可能會影響PRACH傳輸?shù)淖虞d波間隔?；蛘撸皩?dǎo)碼的重復(fù)可以被認(rèn)為支持更長的序列持續(xù)時間，如在LTE系統(tǒng)中的PRACH前導(dǎo)碼format2或3中所示。