文章目录
- 一、从"听广播"到"有资格说话"
- 二、随机接入的本质：终端要解决哪两个核心问题
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- [1. 终端到基站的时间关系（Timing Advance）](#1. 终端到基站的时间关系（Timing Advance）)
- [2. 终端的"临时身份"（Preamble）](#2. 终端的“临时身份”（Preamble）)
- [三、TA 是怎么产生的：为什么是 TA = 2Tp](#三、TA 是怎么产生的：为什么是 TA = 2Tp)
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- [1. 下行同步阶段的 Tp](#1. 下行同步阶段的 Tp)
- [2. 随机接入上行的再一次 Tp](#2. 随机接入上行的再一次 Tp)
- [四、TA 的系统意义：上行正交性的根本保障](#四、TA 的系统意义：上行正交性的根本保障)
- [五、PRACH 不是想发就能发：时频资源的严格约束](#五、PRACH 不是想发就能发：时频资源的严格约束)
- [六、随机接入前的准备：UE 如何一步步拿到 SIB1](#六、随机接入前的准备：UE 如何一步步拿到 SIB1)
- [七、RACH-ConfigCommon：PRACH 的完整"使用说明"](#七、RACH-ConfigCommon：PRACH 的完整“使用说明”)
- [八、PRACH 发射功率：UE 如何"试探"基站](#八、PRACH 发射功率：UE 如何“试探”基站)
- [九、NR 的关键升级：PRACH 与 Beam 的绑定](#九、NR 的关键升级：PRACH 与 Beam 的绑定)
- [十、从 PRACH 到接入完成：四步随机接入流程](#十、从 PRACH 到接入完成：四步随机接入流程)
- 结语
一、从"听广播"到"有资格说话"
终端开机之后，并不是立刻就能和基站进行通信。
在无线系统中，"能不能说话"和"有没有人听你说话"是两回事。
终端首先要做的是小区搜索，通过接收和解调基站周期性发送的 SSB（Synchronization Signal Block），获得小区的基本时间信息和同步信息。随后，终端从 SSB 中解析得到 MIB，再根据 MIB 中指示的 PDCCH 配置，去盲检并接收 SIB1。
在这个阶段，终端的状态本质上只是一个听众：
它能听到基站广播的小区资源配置
它知道这个小区能提供什么服务
它知道什么时候、在哪些时频资源上可以尝试接入
但有一个非常关键的事实是：
基站并不知道这个终端的存在。
基站就像一个已经运转起来的码头，持续广播：
"我在这里，我能提供哪些资源，谁要来办事就按规矩来。"
如果终端没有主动表明身份、没有被基站记录在案，那么基站不会为它：
分配上行资源
建立调度
提供任何业务能力
终端第一次主动向基站"打招呼"的过程，就是随机接入（Random Access），
而承载这个"打招呼"的物理信道，就是 PRACH。
二、随机接入的本质：终端要解决哪两个核心问题
从系统设计角度看，随机接入并不是为了"聊天"，而是为了解决两个极其基础、但又必须最先解决的问题。
1. 终端到基站的时间关系（Timing Advance）
无线系统的上行采用 OFDM 体制，对时间对齐的要求极其严格。
终端如果直接按照自己本地理解的时间发送上行信号，由于传播时延的存在，信号到达基站时：
可能已经错过 OFDM 符号边界
甚至完全落在 CP 之外
这样一来，基站根本无法进行 FFT 解调，更谈不上后续的解码。
因此，基站必须知道每一个终端距离自己有多远，并据此计算一个时间提前量（TA），强制所有终端在上行方向实现时间对齐。
2. 终端的"临时身份"（Preamble）
在随机接入阶段，终端还没有 RNTI，也不会直接暴露 IMSI。
因此，系统引入了 Preamble 这一机制：
Preamble 本身不携带用户数据
只是一个可区分的序列
用来让基站"看到"有终端在请求接入
可以理解为：
"我是谁不重要，先让我在你那边有个编号。"
三、TA 是怎么产生的：为什么是 TA = 2Tp
时间提前量并不是一个拍脑袋的参数，而是由无线传播的物理事实直接决定的。
1. 下行同步阶段的 Tp
终端在接收 SSB 并完成小区同步时，实际上已经隐含了一个事实：
基站发射 SSB
无线电波从基站传播到终端
花费了一定的时间
这个时间记为 Tp。
也就是说，当终端认为"现在是某个系统帧边界"时，实际上这个时间点在基站侧已经过去了 Tp。
2. 随机接入上行的再一次 Tp
随后，终端在 PRACH 上发送 Preamble：
信号从终端发射
再次传播 Tp
到达基站
于是，从基站视角看：
TA = Tp（下行） + Tp（上行） = 2Tp
需要强调的是：
👉 TA 永远以基站时间为参考系
因为在一个小区内：
所有终端都必须向基站时间对齐
而不是各自维护一套"自认为正确"的时间
四、TA 的系统意义：上行正交性的根本保障
终端到基站的距离不同，Tp 自然不同，因此：
远端 UE：TA 大
近端 UE：TA 小
基站通过在 Msg2（Random Access Response） 中向 UE 下发 TA 命令，要求终端在后续上行传输中：
提前 TA 时间发射信号。
这样做的最终效果是：
所有 UE 在不同物理位置发射
但它们的信号在基站侧同时到达
对齐到 OFDM 符号边界或 CP 内
这不仅是为了单个 UE 的解调成功，更重要的是：
保证多用户上行 OFDM 符号之间的正交性，避免相互干扰。
五、PRACH 不是想发就能发：时频资源的严格约束
为了避免大量终端无序接入，PRACH 的使用被严格限制在特定的时频资源上。
时域约束
PRACH 的时域位置由：
RACH periodicity（10ms~160ms）
slot set
共同决定。
这意味着，在一个 RACH 周期内：
只有指定的 slot
指定的 symbol
才允许 UE 发起随机接入
其他时间，基站要用于正常业务处理，相当于"闭门谢客"。
频域约束
在频域上，PRACH 的位置由：
preamble 带宽 M（RB 数）
RACH Occasion 数量 K
起始 RB index
共同确定。
最终占用的频域资源为 K × M 个 RB。
六、随机接入前的准备：UE 如何一步步拿到 SIB1
在发起随机接入之前，UE 必须从系统广播中获取完整的 PRACH 配置。
UE 的流程是：
通过 SSB 解调获得 MIB
MIB 中的 pdcch-ConfigSIB1 指示了 SIB1 的搜索空间
UE 使用 SI-RNTI 在对应 Search Space 上盲检 PDCCH
解调 PDSCH 上的 SIB1
SIB1 又被称为 RMSI（Remaining Minimum System Information），
它包含了 UE 发起初始随机接入所需的全部关键参数。
七、RACH-ConfigCommon：PRACH 的完整"使用说明"
SIB1 中的 RACH-ConfigCommon 可以理解为：
"如何在本小区正确使用 PRACH 的官方说明书"。
根序列与 NCS 的意义
Prach-RootSequenceIndex 告知 UE 可用的 ZC 根序列。
而 zeroCorrelationZoneConfig（NCS）则决定：
一个根序列可以被"切分"成多少个可区分的 preamble
NCS 本质上是通过相位旋转，使序列在时间域表现为不同的时延，从而区分多个 UE。
因此：
长 preamble + 多 NCS
可以支持更多 UE
也适合更大的小区半径
PRACH 的时频定位
Prach-ConfigurationIndex 明确给出：
系统帧号
slot
起始 symbol
而 msg1-FDM 与 msg1-FrequencyStart 则决定了：
同一时刻有多少个 PRACH Occasion
PRACH 在频域上的起始位置
PRACH 占用多少 RB
PRACH 的 RB 数量并不是拍脑袋的，而是由：
序列长度
PRACH 子载波间隔
换算到 PUSCH 子载波间隔后得到的。
例如长 preamble：
839 × 1.25 / (15 × 12) ≈ 6 RB
八、PRACH 发射功率：UE 如何"试探"基站
UE 在随机接入前，并不知道自己离基站有多远。
因此，系统采用一种折中的策略：
UE 根据下行信号强度估计路径损耗
设置一个初始 PRACH 发射功率
若失败，再按功率爬坡逐步增大
这保证了：
近端 UE 不会发得过猛
远端 UE 也有机会被检测到
九、NR 的关键升级：PRACH 与 Beam 的绑定
NR 相比 LTE 的一个核心变化，是 Massive MIMO 与波束管理。
UE 在小区搜索时，已经通过 SSB 扫描确定了最适合自己的下行 beam。
问题是：如何把这个 beam 信息告诉基站？
NR 的设计非常巧妙：
不增加额外信令，而是把 SSB 和 PRACH 直接绑定。
通过 ssb-perRACH-OccasionAndCB-PreamblePerSSB 与 msg1-FDM 的映射关系，基站在检测到 PRACH preamble 时，就可以反推出：
UE 使用的是哪个 SSB
也就知道哪个 beam 最适合该 UE
十、从 PRACH 到接入完成：四步随机接入流程
Msg1（PRACH Preamble）
UE 发起接入请求，基站检测到 UE 的存在
Msg2（RAR）
基站下发 TA 与上行资源
Msg3
UE 发送 RRC 请求，解决 preamble 冲突
Msg4
基站确认连接，UE 正式注册在案
至此，随机接入完成。
结语
PRACH 并不是一个简单的"前导信号"，
而是：
上行时间对齐的起点
Beam 感知的入口
多用户接入秩序的第一道关卡
一句话总结：
PRACH，是终端进入小区之前，必须严格遵守的一整套"拜码头规矩"。