一、兩步法隨機(jī)接入

3GPP在R16版本中為5G(NR)引入了一種新的接入方式,以實(shí)現(xiàn)接入快速及時(shí)--這就是兩步法隨機(jī)接入流程；兩步法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1. 減少或避免UE接收Msg2所花費(fèi)的時(shí)間。

2. 減少或避免在傳輸Msg4之前等待時(shí)間。

兩步法接入是將競爭性隨機(jī)接入(CBRA)的過程由4步優(yōu)化為2步，縮短接入過程中涉及的時(shí)間等待；兩步法接入是通過以下兩方面實(shí)現(xiàn)的：

       1）通過PRACH(Msg1)和PUSCH(Msg3)一起發(fā)送，并命名為MsgA。

       2）接入響應(yīng)RAR(Msg2)和競爭解決方案(Msg4)一起發(fā)送，并命名為MsgB。

在兩步法接入中不僅減少了接入流程涉及的等待時(shí)間，而且還減少了控制信令開銷。

R16中3GPP將傳統(tǒng)接入命名為:4-step RA type或 4-step RA type；          而將兩步法接入流程命名為:2-step RA type或Type-2 RA。

*此處需注意:4步法接入(RA)類型是競爭性接入(CBRA)；而非競爭接入CFRA流程只有3步（只有步驟0,1,2）。

兩步法隨機(jī)接入(RA)特點(diǎn)：

     1.4步法隨機(jī)接入的觸發(fā)對(duì)2步法隨機(jī)接入依然有效；R16中未為2步法隨機(jī)接入定義新的觸發(fā)。

    2.2步法隨機(jī)接入適用于RRC_INACTIVE,RRC_CONNECTED和RRC_IDLE狀態(tài)的終端。

     3.承載MsgA的信道可以象PRACH前同步碼和攜帶有效載荷的PUSCH一樣以TDM方式發(fā)送。

     4.網(wǎng)絡(luò)應(yīng)預(yù)先在RRC配置中為MsgA中提供PUSCH的MCS和時(shí)頻資源。

     5. MsgA-PUSCH內(nèi)容與4步法接入中的Msg3的內(nèi)容相同。

     6. MsgB的信息量與4步隨機(jī)接入中Msg2和Msg4的合并信息量相似。

     7.R16中為MsgB的接收定義了一個(gè)新RNTI-MsgB-RNTI。

與4步法接入相似，在2步法接入中也可以執(zhí)行CBRA或CFRA流程。

二、4步法隨機(jī)接入

在5G(NR)網(wǎng)絡(luò)中4步法應(yīng)用于隨機(jī)接入中競爭性接入(CBRA)和非競爭接入(CFRA)流程,具體流程如下圖所示：

在4步法競爭性接入(CBRA)中，UE從與小區(qū)中其他UE共享的前同步碼池中隨機(jī)選擇RA前導(dǎo)碼。如果多個(gè)UE發(fā)送相同的前同步碼，則所有那些UE解碼相同的RA響應(yīng)內(nèi)容在相同的上行(UL)時(shí)間/頻率資源通過PUSCH發(fā)送。最后由網(wǎng)絡(luò)解決競爭，流程如下：

• (上行)RA前導(dǎo)碼發(fā)送--Msg1。

• (下行)隨機(jī)訪問響應(yīng)(RAR)--Msg2。

• (上行)終端使用Msg2中接收到,使用ULGrant承載上行鏈路數(shù)據(jù)的PUSCH--Msg3。

• (下行)競爭解決方案--Msg4。

在非競爭接入(CFRA)流程中，終端UE使用網(wǎng)絡(luò)專門前導(dǎo)碼通過RRC信令或PDCCH順序提供給該UE。其流程如下：

• (上行)隨機(jī)接入(RA)前導(dǎo)碼傳輸--Msg1。

• (下行)隨機(jī)訪問響應(yīng)（RAR）--Msg2。

三、兩步法隨機(jī)接入

兩步法隨機(jī)接入(RA)過程，如下圖所示僅涉及到兩步：

 3.1 兩步接入(RA)中競爭性接入(CBRA)：

• 在CBRA和CFRA流程中MsgA是包括在PRACH上的前同步碼傳輸和PUSCH上的有效負(fù)載傳輸。在4步法接入中UE在接收到Msg2(RAR)之前從不在PUSCH是發(fā)送。

           ---需注意，此處使用是“MsgA”，而不是“Msg1”。

• 終端在發(fā)送MsgA之后,將在配置的窗口(由RRC參數(shù)msgB-ResponseWindow-r16配置）內(nèi)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)。

• 如果收到網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)競爭成功解決，終端(UE)結(jié)束接入RA過程(如上圖C所示)。 

• 在兩步法接入(RA)中；接入(RA)響應(yīng)和競爭解決方案一起稱為MsgB，而在4步法接入中使用Msg2+Msg4。

• 在某些情況下MsgB中網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)要求終端(UE)退回到4步法接入,然后UE執(zhí)行Msg3傳輸并監(jiān)視競爭解決方案。如果在Msg3(重新)傳輸之后競爭失敗,則終端(UE)返回MsgA傳輸，切換回兩步隨機(jī)(RA)。

• 如在多次MsgA傳輸后未完成兩步接入(RA)過程，則可將UE切換到四步法隨機(jī)接入的CBRA。

3.2  兩步法隨機(jī)接入中的非競爭接入CFRA：

•  終端(UE)在發(fā)送MsgA之后,將在配置的窗口(msgB-ResponseWindow-r16）內(nèi)監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)。

• 對(duì)于非競爭接入CFRA,UE收到網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)后如上面圖D所示,結(jié)束接入RA過程。   

• 如果MsgA多次傳輸后未完成兩步法接入過程，則可將UE切換到四步法競爭性隨機(jī)接入(RA)CBRA。

四、兩步與4步接入選擇

終端(UE)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)配置,在隨機(jī)接入流程啟動(dòng)時(shí)選擇2步或4步法接入(RA)：

競爭性接入(CBRA)場(chǎng)景

• 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)配置了4步和2步接入RA類型時(shí)，UE將使用RSRP閾值在2步接入(RA)和4步接入(RA)之間進(jìn)行選擇。RSRP閾值由msgA-RSRP-Threshold字段配置。

• 如果RSRP高于此閾值，則UE選擇2步接入(RA)類型，否則選擇4步接入(RA)類型。

非競爭接入(CFRA) 場(chǎng)景：

• 當(dāng)配置了4步接入(RA)的CFRA資源時(shí)，終端(UE)將執(zhí)行4步接入(RA)類型的隨機(jī)接入。

• 配置了兩步接入(RA)的CFRA資源后，終端(UE)會(huì)執(zhí)行兩步接入(RA)類型的隨機(jī)訪問。

• 網(wǎng)絡(luò)不會(huì)為終端(UE)同時(shí)配置4步和2步接入(RA)的非競爭接入(CFRA)。

• 僅支持兩步接入(RA)非競爭接入(CFRA)進(jìn)行切換。

為了在配置有輔助上行鏈路（SUL）的小區(qū)中進(jìn)行隨機(jī)訪問，網(wǎng)絡(luò)可以發(fā)出信號(hào)明確通知使用哪個(gè)載波(UL或SUL)。否則只有在測(cè)得的下行(DL)質(zhì)量低于廣播閾值時(shí)終端(UE)才選擇SUL載波。

• UE在選擇2步和4步接入(RA)類型之前先執(zhí)行載波(UL或SUL)選擇。其可分別為UL和SUL配置用于在2步和4步RA類型之間進(jìn)行選擇的RSRP閾值（msgA-RSRP-Threshold）。

五、MsgA傳輸

如前面討論MsgA經(jīng)由PRACH前導(dǎo)碼傳輸(MsgA-PRACH)和PUSCH有效載荷(MsgA-PUSCH)。其中,PRACH資源的選擇過程類似于4步法接入，但使用2步法隨機(jī)接入?yún)?shù)。

UE在發(fā)送PRACH(TDM)之后發(fā)送PUSCH。PUSCH的傳輸是在PRACH傳輸之后傳輸至少N個(gè)符號(hào)，其中N的值取決于活動(dòng)上行(UL) BWP的SCS（如下圖所示）；     

PUSCH與每個(gè)PRACH時(shí)隙的時(shí)間偏移由msgA-PUSCH-TimeDomainOffset配置。每個(gè)slot中的首個(gè)PUSCH發(fā)送時(shí)機(jī)(PO)由SLIV定義，SLIV由startSymbolAndLength-MsgA PO配置。

一旦MsgA發(fā)送，UE應(yīng)監(jiān)視RA響應(yīng)。UE在4步RA類型中使用RA_RNTI;而在2步RA類型中使用MsgB-RNTI。如下所示MsgB-RNTI計(jì)算方法與RA-RNTI計(jì)算類似。

MsgB-RNTI=1+s_id+14×t_id+14×80×f_id+14×80×8×ul_carrier_id+ 14×80×8×2

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（0≤t_id <80）中PRACH時(shí)機(jī)(RO)第一個(gè)時(shí)隙的索引;

        f_id 是RO在頻域中的索引(0≤f_id <8);

       ul_carrier_id是用于RA前導(dǎo)碼傳輸?shù)腢L載波(對(duì)于UL載波為0,對(duì)于SUL載波為1）。

MsgA消息內(nèi)容

MsgA內(nèi)容類似于Msg3。而MsgA / Msg3是兩種類型，其區(qū)別如下：

     1. 終端(UE)在發(fā)起隨機(jī)接入(RA)流程時(shí),已經(jīng)擁有C-RNTI。隨機(jī)接入(RA)流程由PDCCH信道下發(fā)指令,而非競爭接入(CFRA)是通過RRC重新配置(如切換）等發(fā)起的。

        在這種情況下UE將在MsgA/Msg3中發(fā)送C-RNTI MAC CE。其具體取決于觸發(fā)接入流程的場(chǎng)景,UE還可以發(fā)送包括如RRC Reconfiguration Complete之類的附加信息。

      2.在隨機(jī)接入(RA)流程啟動(dòng)時(shí),如RRC連接重建，RRC連接恢復(fù)等過程中，終端UE還沒有C-RNTI。

        在這種情況下終端UE可以在MsgA/Msg3中發(fā)送CCCH SDU(如RRC Resume Request，RRC Re Establishmentmen tRequest等）。

六.MsgB接收和競爭解決

在發(fā)送MsgA(PRACH和PUSCH)之后,終端UE需要監(jiān)視隨機(jī)接入(RA)響應(yīng)。與四步RA類型類似，RA響應(yīng)窗口由字段msgB-ResponseWindow定義。

RA響應(yīng)窗口對(duì)應(yīng)于MsgA-PUSCH傳輸?shù)?/span>PUSCH時(shí)機(jī)的最后一個(gè)符號(hào)之后至少開始一個(gè)符號(hào)，并持續(xù)msgB-ResponseWindow配置的持續(xù)時(shí)間。窗口長度可以配置為1、2、4、8、10、20、40、80、160或320個(gè)slots。

在msgB-ResponseWindow期間，UE嘗試使用由相應(yīng)MsgB-RNTI / C-RNTI加擾的CRC來檢測(cè)DCI格式1_0。

• 如果C-RNTI MAC CE包含在MsgA中，則UE會(huì)監(jiān)視C-RNTI上的PDCCH。

• 如果C-RNTI MAC CE未包含在MsgA中，則UE監(jiān)視MsgB-RNTI上的PDCCH。

如下面總體流程圖所示，UE是否成功接收到MsgB包括兩種可能：

場(chǎng)景1:UE成功接收MsgB

UE在接收到MsgB之后所遵循的步驟取決于UE已經(jīng)發(fā)送到gNB的MsgA的內(nèi)容，并且取決于gNB用于MsgB的RNTI。

     1.在C-RNTI上收到隨機(jī)訪問響應(yīng)

   如果UE已經(jīng)在MsgA中包括C-RNTI MAC CE，則在接收到MsgB之后，UE認(rèn)為RA過程成功完成。該過程到此結(jié)束。

-----在這種情況下，來自網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)可能是發(fā)給C-RNTI的上行鏈路許可或下行鏈路指配。 此外，如果gNB想要調(diào)整UE的上行鏈路時(shí)序，它可以在MACCE subPDU中發(fā)送“絕對(duì)時(shí)序提前命令”。

      2.在MsgB-RNTI上收到隨機(jī)訪問響應(yīng)：

   如果UE尚未在MsgA中收到包括C-RNTIMAC CE，則來自網(wǎng)絡(luò)（PDCCH）尋址為MsgB-RNTI的響應(yīng)。

     MsgB內(nèi)容可以是fall back RAR或succes sRAR或BackoffIndicator(BI)。收到” BI”時(shí)的UE程序與4步RA類型的程序相同。如果UE接收到fallback RAR或success RAR，則以下分別按以下場(chǎng)景進(jìn)行。

場(chǎng)景2：gNB無法正確解碼MsgA-PUSCH(fallbackRAR)

網(wǎng)絡(luò)可檢測(cè)到MsgA-PRACH前導(dǎo)，但無法正確解碼MsgA-PUSCH。在此情況下網(wǎng)絡(luò)將通過發(fā)送所需的授權(quán)Msg3 =>命令UE退回到4步法接入流程。這基本上是使用4步RA類型的Msg3重發(fā)MsgA-PUSCH。

       UE如何知道網(wǎng)絡(luò)是否正在命令UE回退？如果MsgB包含fallbackRAR MAC子PDU（R16中的新增功能），則UE必須切換到Msg3傳輸。

       需特別注意：如果兩步法接入RA是作為CFRA流程啟動(dòng)，則UE認(rèn)為接入(RA)流程完成，即它已收到fallbackRAR。RA流程到此結(jié)束。下圖說明了CBRA情況整個(gè)過程；

fallbackRAR由RAPID標(biāo)識(shí)傳輸Msg3的上行鏈路許可，定時(shí)提前命令和臨時(shí)C-RNTI。

當(dāng)接收到MsgB時(shí)UE首先檢查接收到的RAPID是否與發(fā)送的前同步碼ID(MsgA-PRACH)相匹配。如果匹配則UE處理TA命令，并使用接收到的臨時(shí)C-RNTI將UL許可應(yīng)用于Msg3的傳輸。 

如下圖所示fallback RAR MAC子PDU的結(jié)構(gòu)類似于具有MAC RAR(4步RA類型）的子結(jié)構(gòu)。

在Msg3傳輸和重新傳輸之后，如果競爭接入仍不成功則UE返回MsgA傳輸。

場(chǎng)景3:gNB成功解碼MsgA-PUSCH(successRAR)

成功解碼MsgA后gNB將在MsgB內(nèi)發(fā)送success RAR MAC子PDU。下面顯示了successRAR MAC subPDU（R16的新增功能）內(nèi)容。

• UE競爭解決身份:此字段包含UL CCCH SDU;。如果UL CCCH SDU長于48位,則它包含UL CCCH SDU的前48位。

• R：保留位,設(shè)置為“ 0”。

• TPC(2位):包含MsgB的HARQ反饋PUCCH資源TPC命令。

• HARQ反饋時(shí)序指示符(3位):用于MsgB HARQ反饋的PDSCH至HARQ反饋時(shí)序指示符字段。

• PUCCH資源指示符(4位):用于MsgB的HARQ反饋PUCCH資源指示符。

• 定時(shí)提前命令(12位):此字段指示要應(yīng)用于其他UE傳輸?shù)亩〞r(shí)調(diào)整量。

• C-RNTI(16位):UE完成隨機(jī)接入后將使用的C-RNTI。

在接收到成功的RAR MAC子PDU之后,UE將處理TA（時(shí)間提前）命令，PUCCH資源指示符和HARQ反饋定時(shí)指示符，并用于通過PUCCH發(fā)送MsgB HARQ反饋。

更重要地UE檢查包括在MsgA中的CCCH SDU與接收到的競爭解決身份是否匹配。如果兩者都匹配，則UE認(rèn)為RA過程成功完成。

場(chǎng)景4:UE未收到MsgB

如果gNB無法檢測(cè)到UE的Msg1-PRACH前導(dǎo)碼，則UE不會(huì)從gNB收到任何響應(yīng)(MsgB)。在這種情況下UE將繼續(xù)解碼直到msgB-ResponseWindow到期為止。

如果UE在msgB-ResponseWindow期間未收到來自網(wǎng)絡(luò)的有效響應(yīng)，則UE要么重新發(fā)送MsgA,要么退回到4步RA類型然后開始發(fā)送Msg1。

msgA-TransMax字段定義在切換到4步RA類型之前執(zhí)行的MsgA前導(dǎo)碼傳輸?shù)淖畲髷?shù)量。如果配置了此字段，則UE會(huì)重發(fā)MsgAmsgA-TransMax-1次，然后回退到4步RA類型。

一旦切換到4步RA類型,UE將開始發(fā)送Msg1并且仍然沒有從網(wǎng)絡(luò)接收到響應(yīng)，它將繼續(xù)重新發(fā)送Msg1直到前同步碼傳輸?shù)目倲?shù)（MsgA+ Msg1次嘗試）達(dá)到配置的值通過preambleTransMax。

 注意:如果原始的2步RA類型是CFRA，則當(dāng)RA類型切換到4步RA類型時(shí)，UE丟棄專用前導(dǎo)碼并切換到CBRA過程。以下流程圖說明了上述算法。

七、兩步RA類型的RRC配置

在RRCConfiguration中兩步RA類型幾乎需要四步RA中所需的所有IEs。3GPP版本16引入了2步RA類型的新IE結(jié)構(gòu)，其類似于4步RA類型的IE結(jié)構(gòu)。

在兩步RA類型中發(fā)送PUSCH時(shí)不需等待來自網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)，因此UE需要事先知道PUSCH的配置。而在IE msgA-PUSCH-Config中提供了PUSCH配置

如下所示，已將幾個(gè)新的IE添加到BWP-UplinkCommon IE中;

• 此IE提供UE用來同時(shí)用于CBRA和CFRA的特定于小區(qū)RA參數(shù)配置。

• 此外，每當(dāng)將CFRA配置為兩步RA類型（用于通過同步進(jìn)行重新配置）時(shí)，網(wǎng)絡(luò)都會(huì)配置該IE。

• IE rach-Config Common TwoStepRA結(jié)構(gòu)類似于RACH-Config Common IE結(jié)構(gòu)，后者適用于4步RA類型。

• 此IE中一個(gè)重要字段是msgA-RSRP-Threshold。UE基于該閾值選擇兩步RA類型。

• RACH-ConfigGenericTwoStepRA

• 此IE被配置為rach-ConfigCommonTwoStepRA的一部分，并提供了通用的RA配置（如下所示）。該IE包含諸如PRACH配置（MsgA），前同步碼功率遞增步長，PRACH的頻率資源，MsgB的RA響應(yīng)窗口等信息。

• 該IE用于指定兩步RA類型的MsgA的PUSCH分配。它為UE提供PUSCH傳輸所需的所有配置，例如時(shí)/頻域資源，DMRS類型，MCS，PUSCH Tx功率相關(guān)參數(shù)等…

• 需要為CFRA和CBRA分別配置此IE。

• 對(duì)于CBRA，IE msgA-PUSCH-Config被配置為BWP-UplinkCommon IE的一部分。

• 對(duì)于CFRA，IE msgA-PUSCH-Config被配置為RACH-Config Dedicated中的IE CFRA-TwoStep的一部分。 

以下IE中msgA-PUSCH-Config結(jié)構(gòu)如下所示：

R16兩步法中的CFRA

此IE用于為兩步RA類型指定CFRA配置,并且是RACH-ConfigDedicated的一部分，它通過同步（例如切換）進(jìn)行重新配置的一部分。