这一篇讲preamble的分配。前面提到，在MAC RAR（Random Access Response）中，RAPID长度为6位，取值为0 ~ 63，一个小区共有64个preamble，这在LTE和NR中是一样的。NR比较特别的，是RACH时机和SSB关联，增加了一次preamble的分配。

 

总的来说，64个preamble分为两部分：CB preamble（Contention Based Preamble）和CF preamble（Contention Free Preamble）。CB preamble又可分为两部分：Group A和Group B。引入Group B是为了让基站获知先验信息，有区分的给MSG3分配资源，提高资源利用效率 —— 但Group B是可选项，下面就不提它了。

在NR中，引入了几个新的随机接入场景，包括transition from RRC Inactive（RRC连接恢复）、Request for other SI（请求其他系统信息）和Beam failure recovery（波束恢复）。preamble本来就不多，如果按场景再分配一次就更少了，特别是CF preamble（老孔：不多了，已经不多了）。幸好，3GPP为波束恢复配置了独立的根序列（root sequence index BFR），基站松了一口气……

 

地主家也没有余粮啊~

 

先别急着恢复，先谈怎么建立。在LTE中，下行广播信息MIB和SIB不支持波束管理，在小区覆盖范围内“360度”“无死角”（实际达不到）广播；在NR中，下行广播信息SSB和RMSI支持波束管理，SSB在时域内有多次发送机会，可以分别对应不同SSB波束 —— SSB和SSB波束的对应，则属于具体实现（不一定是一对一）。

如图所示，SSB波束像探照灯一样在小区覆盖范围“扫”过，UE只在SSB波束“扫”到自己时，才有机会发送MSG1。打个比方，老王（基站）向学生（UE）宣布纪律，为了加强传达效果，每次（SSB波束）只面向一组学生，再依次转向下一组。学生只在老王面向自己时，才有机会向老王提问（MSG1） —— 当然，如果老王脸很大，也可以每次面向两组，或更多学生。

 

如果将RACH时机和SSB关联，基站可以通过UE选择的RACH时机，反推UE从哪个SSB波束接收SSB，为向UE发送RAR选择下行波束，是不是很巧妙？那么，RACH时机和SSB如何关联呢？这要提到一个“变态”的参数：ssb per RACH Occasion And CB Preamble per SSB —— 什么鬼？根本就不是“一个”参数嘛，中间甚至还有个“And”，3GPP是认真的吗？（3GPP：看多了就习惯了）

是的，这个参数要拆开为两部分：ssb per RACH Occasion，表示一个RACH时机对应多少个SSB；CB Preamble per SSB，表示一个SSB对应多少个CB Preamble。这里先看前一个，后一个留到最后。由图可见，ssb per RACH Occasion取值范围为1/8、1/4、1/2、1、2、4、8、16。也就是说，可能是“一对一” —— 一个RACH时机对应一个SSB，也可能“一对多”或“多对一”。

 

在时域上，一个子帧（FR1）或60 KHz时隙（FR2）可能有多个RACH时隙，一个RACH时隙可能有多个RACH时机；在频域上，同一时刻可能有多个RACH时机（PRACH的FDM）。一个小区最多有8个（FR1）或64个（FR2）SSB，以SSB索引（SSB Index）作为标识，这些SSB如何和RACH时机对应呢？

 

关联规则如下：1、如果频域存在多个RACH时机（PRACH的FDM），SSB索引首先按照频域索引递增（从下往上）；2、如果一个RACH时隙有多个RACH时机，SSB索引按照（RACH时隙内）RACH时机的顺序递增（从左往右）；3、如果一个子帧（FR1）或60 KHz时隙（FR2）有多个RACH时隙，最后按照RACH时隙索引递增（从左往右）。下面来看两个例子（引用自孙老师的《NR PRACH信道和随机接入流程简析》）。

第一个例子。每个系统帧（frame）有一个子帧（subframe）包含PRACH，频域复用次数（msg1-FDM）为4。ssb per RACH Occasion为1/2，即一个RACH时机对应1/2个SSB，换个说法，两个RACH时机对应一个SSB。小区共有4个SSB，按照上述规则，SSB先在频域上排列，再在时域上排列。

第二个例子。每两个系统帧有一个子帧包含PRACH，频域复用次数（msg1-FDM）为4。ssb per RACH Occasion为2，即一个RACH时机对应两个SSB。小区共有8个SSB，按照上述规则，SSB先在频域上排列，再在时域上排列 —— 不过，这回两个SSB挤在一起了。

 

由上，3GPP引入了一个概念：SSB / PRACH Occasion Association Period —— SSB和RACH时机的关联周期（或映射周期），表示所有SSB映射到RACH时机需要多少个PRACH配置周期（从系统帧0开始计数）。如果一个PRACH配置周期包含的RACH时机不够，就一直叠加到够为止。前面两个例子，关联周期都是1个PRACH配置周期（关联周期的最小值），正好都是20毫秒。

 

不过，SSB是必须要关联的，RACH时机却是可以丢弃的（真没面子） —— 在关联周期内，如果经过整数轮次的SSB关联后，还有“多余”的RACH时机（单身狗，没有SSB牵手），这些RACH时机是不能用的（RACH时机只是一种可能）。

 

在关联周期的基础上，3GPP又引入了一个概念：Association Pattern Period—— 关联图样周期（或映射图样周期）。关联图样周期最大为160 ms，可能包含一个或多个关联周期。每经历一个关联图样周期，（基站和UE）按照关联图样重复进行SSB和RACH时机的映射。

关联图样周期和PRACH配置周期限制了关联周期取值，如果PRACH配置周期为160 ms（已经达到最大值），关联周期取值只能为1（160/ 160 = 1），如果PRACH配置周期为10 ms，关联周期取值可能为1、2、4、8、16 —— 这些是候选值，实际选择满足SSB关联的最小值。相似的，一个关联图样周期去掉“整数”个关联周期后，如果还有“多余”的RACH时机，这些RACH时机也是不能用的（不知道关联图样周期如何确定，协议相关描述太少了，希望了解的专家指点一下）。

 

最后，看看每个SSB对应多少个CB Preamble。1个RO（对应同一RA-RNTI）可用CB preamble最大为64（如果没有预留CF preamble）。如果N（ssb per RACH Occasion）个SSB映射1个RO，每个SSB只能“分享”64个CB preamble。

如果N > 1，SSB n（0 ~ N_SSB_Tx）可用从64 / N * n开始的连续CB Preamble Per SSB个Preamble（CF Preamble总体是分散的，但对特定SSB来说是连续的），CB preamble Per SSB最大值可为64 / N；如果N <= 1，CB preamble Per SSB最大值可为64 —— 都是你（SSB n）的，拿去用吧。