兩步隨機(jī)接入機(jī)制的深度解析和未來(lái)增強(qiáng)

魏浩，張夢(mèng)潔，楊立

（1.中興通訊股份有限公司，廣東 深圳 518055；2.移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)多媒體技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 深圳 518055）

0 引言

隨著第一版5G 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（3GPP NR Rel-15 版本）于2018 年9 月發(fā)布，無(wú)線通信正式進(jìn)入5G 時(shí)代的飛速發(fā)展期[1]。在5G 的三大應(yīng)用場(chǎng)景中，NR Rel-15 版本的設(shè)計(jì)已較好地支持了增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB,Enhanced Mobile Broadband）業(yè)務(wù)。然而，對(duì)于海量機(jī)器類通信（mMTC,Massive MachineType Communication）業(yè)務(wù)，特別是B5G/6G 研究所重點(diǎn)關(guān)注的超高可靠低時(shí)延通信（URLLC,Ultra Reliable Low Latency Communication）業(yè)務(wù)[2-3]，由于場(chǎng)景的多樣性和需求的差異性，NR Rel-15 版本功能集并未實(shí)現(xiàn)對(duì)此類業(yè)務(wù)的有效支持[4]。因此，3GPP NR Rel-16 版本在Rel-15 版本的基礎(chǔ)上做了全面的擴(kuò)展和增強(qiáng)，被稱為5G 第二階段（5G Phase 2），并于2020 年6 月正式凍結(jié)提交。其中，兩步隨機(jī)接入（2-step RACH,Random Access Channel）作為垂直行業(yè)主要應(yīng)用場(chǎng)景的技術(shù)增強(qiáng)，在Rel-16 獲得正式立項(xiàng)[5]，并于2020年6 月完成相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。

在傳統(tǒng)4G LTE 和5G NR Rel-15 版本系統(tǒng)中，采用的都是四步隨機(jī)接入（4-step RACH）技術(shù)，一般包含兩次基站和終端間的交互。四步隨機(jī)接入的流程可靠性較高，但在接入效率方面并不是最優(yōu)的方式。因此，NR Rel-16 版本引入兩步隨機(jī)接入技術(shù)[6]，對(duì)隨機(jī)接入過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化和增強(qiáng)。進(jìn)而，在3GPP 當(dāng)前正在進(jìn)行的NR Rel-17 版本[7]，基于兩步隨機(jī)接入技術(shù)，又繼續(xù)增強(qiáng)優(yōu)化了非連接態(tài)下小數(shù)據(jù)包的傳輸機(jī)制[8-9]。

如圖1 所示，兩步隨機(jī)接入技術(shù)將原先四步隨機(jī)接入中的兩個(gè)上行信道信息Msg1 和Msg3 聯(lián)合為MsgA，并由終端發(fā)送給基站，同時(shí)將兩個(gè)下行信道信息Msg2 和Msg4 聯(lián)合為MsgB，再由基站發(fā)送給終端。因此，整個(gè)隨機(jī)接入過(guò)程兩步即可完成，即基站和終端間只需要一次交互。

圖1 隨機(jī)接入過(guò)程

兩步隨機(jī)接入技術(shù)簡(jiǎn)化了接入過(guò)程步驟，有效提升了系統(tǒng)傳輸性能。對(duì)于非地面網(wǎng)絡(luò)（NTN,Non-Terrestrial Networks）衛(wèi)星通信融合演進(jìn)[10]和非授權(quán)頻譜（NR-U,NRUnlicensed）通信[11]，采用兩步隨機(jī)接入技術(shù)，可以降低一半接入和傳輸時(shí)延，有效改善通信體驗(yàn)。對(duì)于未來(lái)不斷增強(qiáng)的高頻毫米波融合通信[12]，由于其具有帶寬大時(shí)隙短的特性，適合于突發(fā)性強(qiáng)、傳輸速率高、傳輸時(shí)延低的垂直行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景。同時(shí)，由于高頻小區(qū)覆蓋半徑較小，基站和終端的距離較近，一般信號(hào)的往返傳輸時(shí)延（RTT,Round-Trip Time）不會(huì)超過(guò)一個(gè)循環(huán)前綴（CP,Cyclic Prefix）的長(zhǎng)度[13]。在這種情況下，可以近似認(rèn)為Msg3 和Msg1 是時(shí)間同步的，不會(huì)產(chǎn)生符號(hào)間干擾。Msg3 不需要做定時(shí)提前就可以和Msg1一起合并為MsgA 一次傳輸。因此，兩步隨機(jī)接入技術(shù)可以有效提升高頻小區(qū)的接入效率。

兩步隨機(jī)接入技術(shù)在信道結(jié)構(gòu)和接入流程等方面做了增強(qiáng)設(shè)計(jì)，顯著降低了隨機(jī)接入過(guò)程中的時(shí)延、信令開銷以及功耗。但由于接入流程的改變，也對(duì)空口信息的傳輸和處理引入了新的變化。本文將在深度分析兩步隨機(jī)接入?yún)f(xié)議基本機(jī)制的基礎(chǔ)上，對(duì)其空口的各個(gè)增強(qiáng)技術(shù)展開詳細(xì)的探究。同時(shí)結(jié)合具體案例給出算法闡述，并進(jìn)一步預(yù)測(cè)未來(lái)的增強(qiáng)方向。

1 兩步隨機(jī)接入空口增強(qiáng)技術(shù)

兩步隨機(jī)接入技術(shù)為5G 提供了更低的接入傳輸時(shí)延，簡(jiǎn)化了隨機(jī)接入流程，但也引入了一些新的挑戰(zhàn)。例如，兩步隨機(jī)接入將原先四步隨機(jī)接入中承載控制信息的Msg3 與前導(dǎo)序列Msg1 合并之后，終端在傳輸MsgA之前無(wú)法獲得基站對(duì)Msg3 的調(diào)度信息，因此不同終端的MsgA PUSCH 傳輸無(wú)法做到完全的資源同步。同時(shí)基站也需要將原先的Msg2 和Msg4 合并成MsgB 發(fā)送。上述實(shí)現(xiàn)方式給基站和終端的空口信號(hào)處理帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，需要對(duì)原有技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)和增強(qiáng)。

1.1 MsgA PUSCH定時(shí)偏移

在進(jìn)行兩步隨機(jī)接入過(guò)程時(shí)，雖然基站可以根據(jù)PUSCH傳輸機(jī)會(huì)（PO,PUSCH Occasion）和PRACH 傳輸機(jī)會(huì)（RO,RACH Occasion）的對(duì)應(yīng)映射關(guān)系識(shí)別PUSCH 資源的位置，但是無(wú)法支持對(duì)MsgA PUSCH 的定時(shí)提前（TA,Timing Advance）自適應(yīng)調(diào)整。此外，終端在MsgA 傳輸之前無(wú)法獲知基站對(duì)PUSCH 的調(diào)度信息。因此，當(dāng)多個(gè)不同定時(shí)偏移的終端同時(shí)傳輸時(shí)，各終端發(fā)送的MsgA PUSCH 信號(hào)到達(dá)基站的時(shí)間很可能是不對(duì)齊的。在上述情況下，基站的檢測(cè)窗口需要進(jìn)行定時(shí)偏移的調(diào)整，以容納多個(gè)終端的信號(hào)。

如圖2（a）所示，基站檢測(cè)窗口window#1 容納了UE1 和UE2 的信號(hào)，但由于UE3 需要較大的定時(shí)偏移，UE3 的信號(hào)無(wú)法完全落入窗口window#1 中。因此，為了檢測(cè)UE3 的信號(hào)，基站需要配置另外一個(gè)檢測(cè)窗口window#2。在兩步隨機(jī)接入過(guò)程中，當(dāng)不同終端之間的定時(shí)偏移超過(guò)CP 長(zhǎng)度時(shí)，基站側(cè)需要設(shè)置多個(gè)檢測(cè)窗口來(lái)對(duì)PUSCH 信號(hào)進(jìn)行解析。也就意味著，基站需要在每個(gè)時(shí)隙進(jìn)行多次的快速傅里葉變換（FFT,Fast Fourier Transform）操作，這將提升接收機(jī)的復(fù)雜度。因此，基站可以對(duì)終端進(jìn)行分組處理，同一個(gè)終端組內(nèi)終端之間的定時(shí)偏移較小，可以采用同一個(gè)檢測(cè)窗口。如圖2（b）所示，基站可根據(jù)隨機(jī)接入終端的數(shù)量和定時(shí)偏移的分布，基于終端分組來(lái)配置相應(yīng)檢測(cè)窗口的數(shù)量和位置。

圖2 基站檢測(cè)窗口定時(shí)偏移調(diào)整

上述方案雖然可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)性能和復(fù)雜度的平衡折中，但這種盲檢測(cè)方案會(huì)給基站帶來(lái)很大的處理開銷。在后續(xù)協(xié)議的演進(jìn)中，可以針對(duì)定時(shí)偏移問(wèn)題在終端側(cè)做進(jìn)一步的優(yōu)化。

如圖3 所示，基站發(fā)送同步廣播信號(hào)，該信號(hào)中同時(shí)包括時(shí)間戳標(biāo)記tBS，以及MsgA PUSCH 信號(hào)接收的時(shí)間窗位置、時(shí)間窗的起始時(shí)間tw和時(shí)間窗的持續(xù)時(shí)間Tw。終端接收到同步廣播信號(hào)后進(jìn)行下行同步，同時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)信息解析。根據(jù)基站發(fā)送的時(shí)間戳標(biāo)記tBS和本地定時(shí)tUE，終端可估計(jì)傳輸時(shí)延ΔTd=tUE-tBS。假設(shè)MsgA PRACH 信號(hào)的發(fā)送時(shí)刻為tPRACH，信號(hào)持續(xù)時(shí)間為TPRACH，MsgA PUSCH 信號(hào)的發(fā)送時(shí)刻為tPUSCH，信號(hào)持續(xù)時(shí)間為TPUSCH，終端便可自適應(yīng)調(diào)整MsgA PUSCH信號(hào)的發(fā)送時(shí)間，使得tw≤tPUSCH+ΔTd≤tw+Tw-TPUSCH，同時(shí)MsgA PRACH 信號(hào)和MsgA PUSCH 信號(hào)的間隔時(shí)間也相應(yīng)地調(diào)整為ΔTMsgA=tPUSCH-(tPRACH+TPRACH)。這樣，基站對(duì)MsgA PRACH 進(jìn)行檢測(cè)之后，可以繼續(xù)在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間窗起始時(shí)間tw對(duì)MsgA PUSCH 信號(hào)進(jìn)行接收及解析，之后基站再根據(jù)解析內(nèi)容，向用戶發(fā)送MsgB 信號(hào)。

圖3 MsgA信號(hào)發(fā)送間隔調(diào)整

根據(jù)上述方案，終端可對(duì)MsgA PRACH 和MsgA PUSCH 發(fā)送時(shí)間進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，使得MsgA PUSCH信號(hào)落在基站側(cè)的檢測(cè)窗口內(nèi)。這種基于終端自我預(yù)補(bǔ)償上行TA 的優(yōu)化方案，將對(duì)隨機(jī)接入性能帶來(lái)較大提升，是終端能力增強(qiáng)的重要方向。

1.2 MsgA PUSCH信號(hào)檢測(cè)

如1.1 節(jié)所述，在基站側(cè)的一個(gè)檢測(cè)窗口內(nèi)，很可能存在多個(gè)接入終端的傳輸數(shù)據(jù)。雖然基站可以對(duì)終端進(jìn)行分組，但同一個(gè)終端組內(nèi)終端之間還是存在一定程度的定時(shí)偏移。但由于不同終端的異步非調(diào)度傳輸和功率差異，會(huì)造成多個(gè)終端信號(hào)在基站側(cè)非正交疊加，因此不同終端的上行傳輸之間存在符號(hào)間干擾和子載波間干擾[14]。

基站側(cè)在檢測(cè)時(shí)，根據(jù)多用戶多天線技術(shù)，可以采用傳統(tǒng)的最小均方誤差干擾抑制合并（MMSE-IRC，Minimum Mean Squared Error-Interference Rejection Combining）接收機(jī)來(lái)對(duì)終端PUSCH 信號(hào)進(jìn)行解析。雖然協(xié)議為終端設(shè)計(jì)了新的加擾序列來(lái)降低干擾，但要盡可能地消除終端之間的干擾，獲得性能的提升，基站側(cè)可以進(jìn)一步采用帶有干擾消除模塊的先進(jìn)接收機(jī)來(lái)進(jìn)行信號(hào)處理。

如圖4 所示，串行干擾消除接收機(jī)主要由信號(hào)檢測(cè)器、譯碼器和干擾消除三個(gè)模塊構(gòu)成。接收機(jī)將輸入的多終端疊加信號(hào)，通過(guò)干擾消除方式進(jìn)行檢測(cè)和譯碼，串行輸出各個(gè)單終端的信號(hào)?？紤]接收機(jī)性能和復(fù)雜度，干擾消除可以選擇不同方式。其中，硬消除是將已經(jīng)正確譯碼的硬比特重構(gòu)出該終端的信號(hào)，并作為已知信息從疊加的接收信號(hào)中消除，再進(jìn)行下一個(gè)終端的譯碼。軟消除是將譯碼器輸出的對(duì)數(shù)似然比，再經(jīng)過(guò)檢測(cè)器和譯碼器之間的多次迭代，逐漸提升每個(gè)終端符號(hào)的置信度[15]。硬消除的復(fù)雜度主要體現(xiàn)在空域聯(lián)合MMSE 矩陣的處理上，而軟消除的復(fù)雜度主要在于檢測(cè)器和譯碼器的軟迭代。因而軟消除的復(fù)雜度相對(duì)較高，但其接收機(jī)性能也有更高的提升。

圖4 串行干擾消除接收機(jī)

我們對(duì)串行干擾消除接收機(jī)的性能進(jìn)行仿真驗(yàn)證。仿真條件設(shè)置如下：（1）終端側(cè)發(fā)送天線數(shù)：1；（2）終端數(shù)量：2，4；（3）基站側(cè)接收天線數(shù)：4；（4）基站數(shù)量：1；（5）信號(hào)檢測(cè)方式：MMSE 檢測(cè)；（6）信道編碼：低密度奇偶校驗(yàn)碼（LDPC,Low Density Parity Check Code）；（7）碼率：0.5；（8）調(diào)制方式：QPSK，16QAM；（9）信道：瑞利衰落信道，加性高斯白噪聲。

如圖5 仿真結(jié)果所示，基站側(cè)采用干擾消除的軟迭代方式進(jìn)行檢測(cè)譯碼，與不迭代的MMSE 算法相比，可以獲得較為明顯的性能增益。如果同時(shí)處理的終端數(shù)增加，以及調(diào)制階數(shù)增加，與不迭代的MMSE 算法相比，軟迭代算法相應(yīng)的性能增益程度也越大。同時(shí)，軟迭代的增益收斂也很快，只需要增加1～2 次迭代的復(fù)雜度，就可以獲得較為可觀的性能增益。

圖5 接收機(jī)性能

1.3 上行接收波束優(yōu)化

在兩步隨機(jī)接入過(guò)程中，MsgA PRACH 的接收只是檢測(cè)前導(dǎo)序列是否存在，而MsgA PUSCH 的接收需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)和譯碼。所以，相比于PRACH 的檢測(cè)，PUSCH 的解析需要更高的信干噪比（SINR,Signal to Interference plus Noise Ratio）。

協(xié)議規(guī)定，MsgA PRACH 與MsgA PUSCH 采用相同的發(fā)送波束。但對(duì)于基站側(cè)接收波束的設(shè)計(jì)，協(xié)議沒有硬性的規(guī)定，留有實(shí)現(xiàn)的靈活性。因此，在對(duì)MsgA PRACH 進(jìn)行前導(dǎo)序列檢測(cè)時(shí)，可以采用較寬的波束。在綜合考慮波束數(shù)量、RO 數(shù)量等系統(tǒng)開銷較為合理的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)較好的空間覆蓋。同時(shí)，在對(duì)MsgA PUSCH 進(jìn)行解析時(shí)，可以采用較窄的波束，從而提升小區(qū)邊緣的覆蓋性能，并達(dá)到減少終端碰撞概率的目的。

因此，基站對(duì)處于RRC 連接狀態(tài)的終端的隨機(jī)接入信號(hào)進(jìn)行接收時(shí)，可以采用與SSB 關(guān)聯(lián)的寬波束作為MsgA PRACH 的接收波束，同時(shí)采用與CSI-RS 關(guān)聯(lián)的窄波束作為MsgA PUSCH 的接收波束。其中，較窄的CSI-RS 波束是較寬的SSB 波束的子波束，可以實(shí)現(xiàn)更高的性能增益[16-17]。

上行接收波束優(yōu)化的過(guò)程如圖6 所示。首先，通過(guò)下行波束掃描過(guò)程，終端選擇較優(yōu)的SSB 波束，以及確定此SSB 波束關(guān)聯(lián)的CSI-RS 波束。SSB 波束和CSI-RS波束均與終端側(cè)的某個(gè)接收波束對(duì)應(yīng)。然后，在上行隨機(jī)接入過(guò)程中，終端選擇此對(duì)應(yīng)波束作為上行發(fā)射波束傳輸MsgA 信號(hào)?；緜?cè)先采用SSB 波束相應(yīng)的寬波束作為接收波束，進(jìn)行PRACH 信號(hào)的檢測(cè)。之后，根據(jù)SSB波束與CSI-RS 波束的對(duì)應(yīng)關(guān)系，采用與CSI-RS 波束對(duì)應(yīng)的窄波束作為接收波束，進(jìn)行PUSCH 信號(hào)的解析。

圖6 上行接收波束優(yōu)化

1.4 上行發(fā)送波束選擇

終端在隨機(jī)接入時(shí)，既希望降低接入時(shí)延，同時(shí)也希望增強(qiáng)接入性能，提高接入成功率。如圖7 所示，在實(shí)際場(chǎng)景中終端可能會(huì)面臨兩種選擇：一是以較低時(shí)延發(fā)起接入過(guò)程，但可能選擇的是次優(yōu)的SSB 波束；二是等到更優(yōu)的SSB 波束機(jī)會(huì)，但是可能增加接入時(shí)延。

圖7 上行發(fā)送波束優(yōu)化

目前協(xié)議規(guī)定同一個(gè)終端的PRACH 和PUSCH 信號(hào)不能在相同的時(shí)隙內(nèi)傳輸，因此在某些幀結(jié)構(gòu)的配置下，MsgA PRACH 的上行發(fā)送時(shí)隙和MsgA PUSCH 的上行發(fā)送時(shí)隙之間，可能存在若干下行時(shí)隙。于是，終端可以利用這些下行時(shí)隙繼續(xù)進(jìn)行SSB 波束的檢測(cè)，靈活選擇是否采用不同的上行發(fā)射波束傳輸MsgA PRACH 和MsgA PUSCH，在接入時(shí)延的權(quán)衡下，獲得接入性能進(jìn)一步的增強(qiáng)。

當(dāng)終端發(fā)起隨機(jī)接入過(guò)程時(shí)，可以先選擇一個(gè)SSB波束對(duì)應(yīng)的上行波束發(fā)送MsgA PRACH 信號(hào)。同時(shí)，在隨后的下行時(shí)隙繼續(xù)對(duì)SSB 波束進(jìn)行測(cè)量。如圖8（a）所示，如果終端后續(xù)沒有檢測(cè)到參考信號(hào)接收功率（RSRP,Reference Signal Receiving Power）大于設(shè)定閾值的SSB波束（該閾值可由基站側(cè)通過(guò)廣播信息發(fā)送給終端），則采用和之前相同的上行波束發(fā)送MsgA PUSCH 信號(hào)。而如圖8（b）所示，如果終端后續(xù)檢測(cè)到RSRP 大于設(shè)定閾值的SSB 波束，則采用新的上行波束重新發(fā)送MsgA PRACH 信號(hào)和MsgA PUSCH 信號(hào)。

此外，根據(jù)當(dāng)前協(xié)議規(guī)定，MsgA 的PRACH 和PUSCH 信號(hào)必須對(duì)應(yīng)同一個(gè)SSB 波束進(jìn)行接入，這在一定程度上限制了波束選擇的靈活性。由圖8（b）可以看出，如果允許MsgA 的PRACH 和PUSCH 信號(hào)對(duì)應(yīng)不同的SSB 波束接入，終端可在下行測(cè)量后直接選擇更優(yōu)的SSB 波束發(fā)送MsgA PUSCH 信號(hào)，不需要重傳MsgA PRACH 信號(hào)，從而在不增加接入時(shí)延的情況下，獲得接入性能的增益。雖然目前協(xié)議沒有考慮上行發(fā)送波束選擇的優(yōu)化，但這是后續(xù)增強(qiáng)的重要方向之一。

圖8 隨機(jī)接入波束重選

1.5 隨機(jī)接入類型選擇

終端在發(fā)起隨機(jī)接入之前，需要確定隨機(jī)接入的類型。一般來(lái)說(shuō)，處于小區(qū)中心位置的終端到基站的RTT比較小，不需要進(jìn)行TA，并且信道質(zhì)量也較好，采用兩步隨機(jī)接入方式既能獲得較好的傳輸增益，也能保證一定的接入成功率。而對(duì)處于小區(qū)邊緣位置的終端，其RTT較大，信道質(zhì)量也相對(duì)較差，采用四步隨機(jī)接入方式以保證接入成功率，是一個(gè)更為穩(wěn)妥的選擇。因此，基站可在系統(tǒng)消息里面配置一個(gè)RSRP 的閾值，終端可據(jù)此來(lái)選擇首次隨機(jī)接入的類型。如果終端測(cè)量的RSRP 值大于閾值，則首先選擇兩步隨機(jī)接入方式，否則采用四步隨機(jī)接入方式?；緦?duì)該RSRP 閾值進(jìn)行調(diào)整，來(lái)控制和平衡采用兩種不同隨機(jī)接入類型的終端數(shù)量。

在實(shí)際通信中，根據(jù)終端反饋的各SSB RSRP 值，基站可以通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間、有規(guī)律的波束測(cè)量和上報(bào)機(jī)制，檢測(cè)和掌握終端分布和小區(qū)覆蓋情況，從而設(shè)定隨機(jī)接入RSRP 閾值的范圍，以及RSRP 閾值的調(diào)整步長(zhǎng)。然而采用這種方式，基站需要等待較長(zhǎng)的反饋和判斷時(shí)間，且由于終端在小區(qū)的分布是實(shí)時(shí)變化的，基站得到的分布信息也會(huì)存在一些誤差。因此，基站可以采用一種基于后驗(yàn)統(tǒng)計(jì)概率的方式，較為可靠地獲得小區(qū)內(nèi)用戶隨機(jī)接入的情況。

具體地，如圖9 所示，基站在發(fā)送SSB 信號(hào)時(shí)，廣播信息包含一個(gè)RSRP 閾值初始值ξ，同時(shí)設(shè)定該閾值范圍，有最小值ξmin與最大值ξmax，以及RSRP 閾值調(diào)整步長(zhǎng)Δξ?；驹诠潭〞r(shí)間間隔Tη內(nèi)，統(tǒng)計(jì)更新采用兩步隨機(jī)接入模式的接入失敗次數(shù)η，并設(shè)定兩個(gè)次數(shù)閾值η1和η2，其中0＜η1＜η2。失敗次數(shù)初始值為零，如果超出固定時(shí)間間隔，則次數(shù)重新置為零，并在新的時(shí)間間隔內(nèi)重新進(jìn)行次數(shù)統(tǒng)計(jì)。接入失敗事件可以定義為，基站檢測(cè)終端發(fā)送的MsgA PRACH 信號(hào)成功，但解析終端發(fā)送的MsgA PUSCH 信號(hào)失?。ㄟ@表示信道質(zhì)量不足以解析MsgA PUSCH）。如果η＜η1，則表示目前采用兩步隨機(jī)接入的終端接入成功率較高，可以讓更多終端選擇兩步隨機(jī)接入方式，基站可以按照設(shè)定步長(zhǎng)降低RSRP 閾值，即ξ=ξ-Δξ，且須保證ξ≥ξmin；如果η1≤η＜η2，則表示目前接入情況良好，基站保持當(dāng)前的RSRP 閾值ξ不變；如果η2＜η，則表示目前采用兩步隨機(jī)接入的終端接入成功率較低，應(yīng)該減少兩步隨機(jī)接入的終端數(shù)，于是基站可以按照設(shè)定步長(zhǎng)提高RSRP 閾值，即ξ=ξ+Δξ，且須保證ξ≤ξmax。這樣，基站就可以根據(jù)接入失敗次數(shù)與次數(shù)門限的關(guān)系，按照設(shè)定步長(zhǎng)自適應(yīng)調(diào)整RSRP 閾值，并在發(fā)送的SSB 信號(hào)廣播信息中進(jìn)行閾值更新。

圖9 RSRP閾值自適應(yīng)調(diào)整

對(duì)于隨機(jī)接入類型的選擇，將信道質(zhì)量作為配置準(zhǔn)則是最為關(guān)鍵有效的指標(biāo)之一。但除此之外，還需要考慮覆蓋、時(shí)延、性能、開銷等多方面影響，以及小區(qū)當(dāng)前主要業(yè)務(wù)的特點(diǎn)（比如URLLC 業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延更為敏感）。因此，作為后續(xù)方案的增強(qiáng)演進(jìn)，系統(tǒng)可以在綜合多個(gè)維度情況之后，調(diào)整隨機(jī)接入類型的資源配置和相應(yīng)參數(shù)設(shè)定，從而整體提高系統(tǒng)接入成功概率和資源利用效率。

2 結(jié)束語(yǔ)

兩步隨機(jī)接入技術(shù)是NR Rel-16 版本引入的主要新特性之一。該技術(shù)將傳統(tǒng)四步隨機(jī)接入中的兩個(gè)上行信道信息Msg1 和Msg3 聯(lián)合為MsgA 由終端發(fā)送給基站，同時(shí)將兩個(gè)下行信道信息Msg2 和Msg4 聯(lián)合為MsgB 由基站發(fā)送給終端，有效簡(jiǎn)化接入流程，降低傳輸時(shí)延，從而達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)性能的目標(biāo)。本文在闡述兩步隨機(jī)接入技術(shù)協(xié)議機(jī)制的基礎(chǔ)上，從基站和終端在定時(shí)偏移、信號(hào)檢測(cè)、波束優(yōu)化、隨機(jī)接入類型選擇等方面的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)著手，結(jié)合具體的協(xié)議流程和方案設(shè)計(jì)，對(duì)其空口增強(qiáng)技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的研究和未來(lái)增強(qiáng)方向的預(yù)測(cè)。

兩步隨機(jī)接入主要對(duì)隨機(jī)接入過(guò)程進(jìn)行了增強(qiáng)，在初始接入時(shí)僅攜帶必要的控制面信息，而不會(huì)傳輸任何用戶面的數(shù)據(jù)。在5G 的URLLC、mMTC 場(chǎng)景中，存在大量終端有低時(shí)延小數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，而目前協(xié)議僅支持在RRC 連接態(tài)下的用戶面數(shù)據(jù)傳輸，非RRC 連接態(tài)如果要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，則要求終端先進(jìn)行狀態(tài)切換再發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，如此小微數(shù)據(jù)的傳輸效率很低。因此，在Rel-17 版本演進(jìn)階段，NR繼續(xù)對(duì)兩步隨機(jī)接入技術(shù)應(yīng)用于非RRC 連接態(tài)的小包數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行繼續(xù)增強(qiáng)，包括支持MsgA PUSCH 承載更大數(shù)據(jù)包的配置和MsgA PUSCH 的HARQ 重傳機(jī)制設(shè)計(jì)等，進(jìn)一步降低隨機(jī)接入和傳輸時(shí)延，提高數(shù)據(jù)傳輸效率，并兼顧終端和基站節(jié)能的需求?？傊?，兩步隨機(jī)接入技術(shù)進(jìn)一步豐富了未來(lái)蜂窩通信系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸手段和目的。