NR随机接入前导码（Preamble）采用Zadoff Chu序列，长度分别为839和139。

物理随机接入信道（PRACH）前导码格式的定义包括PRACH OFDM符号个数、循环前缀（CP）长度和保护时间（GT）长度。

序列长度为839的PRACH Preamble长格式包含4种格式（0，1，2，3），支持1.25kHz和5kHz两种SCS，支持两种受限集合——类型A和类型B（类型A和类型B支持的最大频偏范围分别是SCS和 2SCS）；

序列长度为139的PRACH Preamble短格式包含10种格式：A1、A2、A3、B1、B4、A1/B1、A2/B2、A3/B3、C0和C2，支持15kHz、30kHz、60kHz和120kHz 4种SCS，不支持受限集合。

PRACH Preamble的配置信息通过SIB1或者专用信令通知UE。

1 随机接入过程

从物理层角度来看，四步随机接入过程包括：UE在PRACH资源上发送随机接入前导码序列（即消息1，Msg1）；UE在PDCCH/PDSCH上接收随机接入响应（Random Access Response，RAR）消息（即消息2，Msg2）；UE在 PUSCH上发送消息3（即消息3，Msg3）；UE在PDSCH上接收竞争解决消息（即消息4， Msg4）.

1.UE通过SIB1消息获得参数，生成前导序列，根据信息在选定的资源上发送序列

在进行随机接入过程之前，UE通过SIB1消息获得SSB索引的集合、PRACH时频资源、PRACH Preamble格式和PRACH Preamble序列集合的参数，然后UE根据所获得的信息，生成PRACH Preamble序列，并在选定的PRACH时频资源上发送随机接入Preamble序列。

2.基站检测UE发送的前导序列，在PDCCH/PDSCH上反馈相应的随机接入响应（RAR）信息

基站针对Preamble序列进行检测，如果基站检测到Preamble序列，则在PDCCH/PDSCH上反馈相应的随机接入响应（RAR）信息。

3.UE检测RAR信息，并获得上行同步，根据许可在PUSCH上发送RRC请求信息

UE在发送Preamble序列之后，在一个RAR时间窗口内检测下行PDCCH/PDSCH反馈的RAR消息。如果检测到了相应的RAR消息，则说明该UE发送的Preamble序列已被基站检测到。RAR信息中还 包含该UE的上行定时提前调整量和调度该UE的消息3传输的上行调度许可。UE根据该上 行定时提前调整量获得上行同步，并根据上行调度许可在PUSCH上发送消息3（例如， 承载高层的RRC请求消息）。

4.基站解析RRC请求，向UE发送竞争解决消息，UE接收并解码，在竞争解决成功后完成接入

基站接收并解析消息3包含的UE标识之后，在PDSCH上发送消息4。UE在PDSCH上接收消息4包含的竞争解决消息并解码，在竞争解决成功之后完成四步随机接入过程，如图5-15（a）所示。

2 随机接入Preamble格式

NR随机接入前导码（Preamble）采用Zadoff-Chu（ZC）序列，为了增加限定长度下 Preamble的数量，可以通过ZC序列进行不同循环移位来获得不同的Preamble。

PRACH Preamble由一个循环前缀（CP）和一个或者多个Preamble序列组成，每个 Preamble序列占用一个 PRACH OFDM符号。

保护时间（GT）在协议中没有显式地定义，而是通过PRACH Preamble所在的时隙和其他时隙对齐，隐含地包含在PRACH Preamble格式中。

NR R15协议定义的PRACH Preamble格式

NR R15协议定义的PRACH Preamble格式如图5-16（a）（选项1）所 示。

对于需要多个PRACH OFDM符号来增强小区覆盖的场景，在连续重复PRACH OFDM符号的开头插入CP，在末尾保留GT，并在各个重复的PRACH序列之间省略CP和 GT。

• 省略CP的原因是前一个PRACH OFDM符号可以作为后一个PRACH OFDM符号的等 效CP；
• 省略GT的原因在于针对同一个Preamble序列，所有的PRACH OFDM符号是整体 接收的，只需要在末尾保留GT。

另外，在NR R15标准制定过程中还讨论了增加Preamble 容量的PRACH Preamble格式选项2和选项3。

• 选项2中，PRACH Preamble由N个重复的 PRACH序列组成，每个PRACH序列占用一个PRACH OFDM符号，在每个Preamble序列 的前面都添加CP，只在所有的Preamble序列的末尾保留GT，中间的Preamble序列的后面 省略GT，如图5-16（b）所示。
• 选项3中，PRACH Preamble由N个不同的Preamble序列构 成，在每个Preamble序列的前面添加CP，只在所有的Preamble序列的末尾保留GT，并且 在中间的Preamble序列的末尾省略GT，如图5-16（c）所示。

R15 NR支持两种长度的 PRACH Preamble格式

基于图5-16（a）所示的PRACH Preamble格式（选项1），R15 NR支持两种长度的 PRACH Preamble格式

序列长度为839（长Preamble格式）

第一种Preamble格式的序列长度为839（长Preamble格式），用于6GHz以下频段、较大的小区覆盖场景。支持1.25kHz和5kHz两种SCS（sub-carrier space,子载波间隔），支持两种循环移位受限集合——类型A和类型B，其中，类型A和B支持的最大频移范围分别是SCS和2SCS：

• 受限集合类型A应用于普通移动场景，对应的多普勒频移在SCS以内；
• 受限集合类型B应用于超高速场景， 对应的多普勒频移在SCS～2SCS之间。

序列长度为839的4种Preamble格式的子载波间 隔、CP长度、序列长度和应用场景见表5-4。

其中,第二列 表示Preamble序列长度，第三列表示Preamble序列SCS，第四列表示Preamble序列的持续时间， 第五列表示Preamble序列CP的持续时间。

序列长度为839的4种Preamble 格式如图5-17所示。其中，格式0、格式1、格式2和格式3包含的Preamble序列个数分别为 1、2、4和4，并且是同一个Preamble序列的重复，每个Preamble序列对应于一个OFDM符号。GT在表5-4中没有显式地定义，而是通过PRACH Preamble所在的时隙和其他时隙基 于1ms的边界对齐，隐含在PRACH Preamble格式中

序列长度为139（短Preamble格式）

第二种Preamble格式的序列长度为139（短Preamble格式），用于6GHz以下和 ？以上频段、较小的小区覆盖，以及基站采用多波束扫描的场景；支持15kHz、30kHz、60kHz和 120kHz 4种SCS。因为SCS不小于15kHz，不支持受限集合。表5-5定义了9种独立的 Preamble格式（A1、A2、A3、B1、B2、B3、B4、C0和C2）的子载波间隔、CP长度、序列长度和应用场景。

针对长度为139的Preamble格式，一共支持10 种系统可配置的Preamble格式：A1、A2、A3、B1、B4、A1/B1、A2/B2、A3/B3、C0和 C2。上述10种系统可配置的序列长度为139的Preamble格式如图5-18所示。根据一个时隙 包含的14个OFDM符号和Preamble格式包含的OFDM符号个数的倍数关系，一个时隙包含 的Preamble格式A1、A2、A3、B1、B4、A1/B1、A2/B2、A3/B3、C0、C2的最大RO个数 分别是6、3、2、7、1、7、3、2、7和2。

CP和GT的设计准则

UE发送PRACH的定时参考点是UE的下行接收定时，可知基站的上行接收定时与UE的PRACH信号到达基站的时间之差为最大多径时延和2倍最大单向传输时延的累加和。

由于基站的 PRACH检测窗口是在固定位置进行去CP操作，所以要求PRACH的CP长度不小于最大多 径时延和2倍最大单向传输时延的累加和。PRACH所在时隙的下一个时隙的上行或者下 行信道包含了CP来对抗多径时延，因此，只要PRACH的GT长度不小于2倍最大单向传输 时延，PRACH不会对下一个时隙的接收和发送产生影响。

3 PRACH时频资源配置

PRACH资源为周期性资源。时域上，不同的PRACH Preamble格式具有不同的持续时 间，具体取值参见表5-4和表5-5。

PRACH资源的时域位置采用PRACH配置周期、无线帧 索引、子帧/时隙索引、时隙内的起始PRACH OFDM符号索引和时隙内的时域RO个数来定义。

其中，PRACH配置周期的候选值为{10，20，40，80，160}ms，每个PRACH配置 周期内PRACH资源只分布在一个有效的无线帧（10ms）内，该有效无线帧包含一个或者 多个子帧/时隙，在每个子帧/时隙内只有一种起始PRACH OFDM符号索引，一个时隙内 有一个或者多个时域RO。

频域上，不同的PRACH Preamble格式和子载波间隔共同确定了PRACH占用的频域带宽。

针对长度为839的长Preamble格式，PRACH子载波间隔为1.25kHz时，频域带宽为 1.08MHz（对应于PUSCH子载波间隔为15kHz的6个PRB），PRACH子载波间隔为5kHz 时，频域带宽为4.32MHz。针对长度为139的短Preamble格式，PRACH子载波间隔为 15kHz、30kHz、60kHz和120kHz时，对应的频域带宽分别为2.16MHz、4.32MHz、 8.64MHz和17.28MHz。 （？）

NR一共定义了3个PRACH配置表格。配置表格的设计考虑了支持不同的TDD半静态 上下行周期配置、不同的PRACH容量、不同运营商关注的常用PRACH Preamble格式的典 型配置周期、TDD系统一个时隙内的上行起始位置等情况[9]。  38.101-1