콘텐츠로 이동

PRACH

스펙 · 릴리즈

TS 36.211 §5.7 (PRACH: 포맷, 시퀀스, 자원) · TS 36.213 §6 (RA 절차의 물리계층) · TS 36.321 §5.1 (MAC RA) · RRC PRACH-Config, RACH-ConfigCommon (SIB2)

Rel-8~ (Rel-13 eMTC CE 레벨별 PRACH, NB-IoT NPRACH)

한눈에 보기

PRACH(Physical Random Access Channel)는 단말이 기지국에 처음 말을 거는 채널입니다. 아직 상향 타이밍도 모르고 자원도 받지 않은 상태에서 쓸 수 있는 유일한 상향 채널입니다.

  • 단말은 64개의 프리앰블(특수한 시퀀스) 중 하나를 골라 보냅니다.
  • 기지국은 프리앰블을 검출하면서 도착 시간 지연을 재서, 단말이 앞으로 얼마나 앞당겨 보내야 하는지(Timing Advance) 알려 줍니다.
  • 단말 타이밍이 맞지 않은 상태이므로, 프리앰블 앞뒤에 긴 CP와 보호 시간(GT)이 있습니다.

프리앰블 포맷

PRACH 프리앰블 포맷

PRACH 포맷 0–3 (TS 36.211 Table 5.7.1-1). GT가 길수록 왕복 지연이 큰 먼 단말도 다음 서브프레임을 침범하지 않습니다.
포맷 길이 \(T_{CP}\) \(T_{SEQ}\) 최대 셀 반경 용도
0 1 ms 3168 Ts (103 µs) 24576 Ts (800 µs) ~15 km 일반
1 2 ms 21024 Ts (684 µs) 24576 Ts ~77 km 대형 셀
2 2 ms 6240 Ts (203 µs) 2 × 24576 Ts ~30 km 커버리지 향상 (반복)
3 3 ms 21024 Ts 2 × 24576 Ts ~100 km 대형 셀 + 커버리지
4 UpPTS 448 Ts (14.6 µs) 4096 Ts (133 µs) ~1.4 km TDD 소형 셀

시퀀스와 자원

항목 포맷 0–3 포맷 4
시퀀스 Zadoff-Chu, 길이 839 ZC 길이 139
부반송파 간격 1.25 kHz 7.5 kHz
점유 대역 839 × 1.25 kHz ≈ 1.05 MHz → 6 RB 6 RB
셀당 프리앰블 64개 (루트 시퀀스의 순환 이동으로 생성) 64개

64개 프리앰블의 용도 분할:

| 경쟁 기반 그룹 A | 경쟁 기반 그룹 B (선택) | 비경쟁 (전용, 핸드오버·PDCCH order) |
 0 ……… sizeOfRA-PreamblesGroupA-1 …… numberOfRA-Preambles-1 ……………… 63

그룹 B는 Msg3가 크거나 채널이 좋은 단말이 골라서, 기지국이 더 큰 Msg3 grant를 줄 수 있게 합니다.

설정 파라미터 (SIB2)

파라미터 의미
prach-ConfigIndex (0–63) 포맷 + PRACH 기회가 있는 서브프레임 (예: 3 → 포맷 0, 모든 프레임의 서브프레임 1)
prach-FreqOffset PRACH 6 RB의 시작 PRB
rootSequenceIndex (0–837) 첫 번째 논리 루트 시퀀스
zeroCorrelationZoneConfig (0–15) 순환 이동 간격 \(N_{CS}\)
highSpeedFlag 고속 이동용 제한 집합 사용
preambleInitialReceivedTargetPower 첫 시도 목표 수신 전력 (−120 ~ −90 dBm)
powerRampingStep 재시도마다 전력 증가 (0, 2, 4, 6 dB)
preambleTransMax 최대 시도 횟수 (3–200)
ra-ResponseWindowSize RAR 대기 창 (2–10 서브프레임)
전문가 노트 — Ncs 설계와 검출

순환 이동 간격 \(N_{CS}\). 한 루트 시퀀스에서 \(\lfloor 839 / N_{CS} \rfloor\)개 프리앰블이 나옵니다. 64개를 채우지 못하면 다음 루트 시퀀스를 씁니다. \(N_{CS}\)는 최대 왕복 지연 + 지연 확산보다 커야 서로 다른 프리앰블로 오검출되지 않습니다.

\[ N_{CS} \cdot \frac{T_{SEQ}}{N_{ZC}} \ \ge\ \frac{2r}{c} + \tau_{ds}, \qquad \frac{T_{SEQ}}{N_{ZC}} = \frac{800\,\mu s}{839} \approx 0.954\,\mu s \]
zeroCorrelationZoneConfig 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
\(N_{CS}\) (비제한) 0 13 15 18 22 26 32 38 46 59 76 93 119 167 279 419

예: 반경 5 km, 지연 확산 5 µs → 33.3 + 5 = 38.3 µs → \(N_{CS} \ge 40.2\) → 46 (config 8) → 루트당 18개 → 루트 4개 필요. 이웃 셀은 다른 rootSequenceIndex를 써야 프리앰블이 겹치지 않습니다(루트 계획).

고속 제한 집합. 큰 도플러(고속철도)에서는 ZC 상관 피크가 \(\pm d_u\) 위치에 가짜 피크로 나타납니다. 제한 집합은 이 위치를 피하도록 순환 이동을 고르며, Rel-14에서 초고속(350 km/h 이상)용 Type B가 추가되었습니다.

검출과 TA. 기지국은 주파수 영역에서 수신 신호와 루트 시퀀스를 곱한 뒤 IFFT로 PDP를 만들고, 각 \(N_{CS}\) 창에서 임계값을 넘는 피크로 프리앰블 ID와 지연을 구합니다. 지연 해상도는 약 0.52 µs(16 Ts) 단위로 RAR의 TA(11비트)에 담깁니다.

PRACH 전력. \(P_{PRACH} = \min\{P_{CMAX},\ \text{PREAMBLE\_RECEIVED\_TARGET\_POWER} + PL\}\), 목표 전력 = 초기값 + DELTA_PREAMBLE(포맷별) + (시도 횟수 − 1) × ramping step.

LTE ↔ NR 비교

항목 LTE NR
시퀀스 길이 839, 139 839 (long), 139 (short), 571·1151 (NR-U, Rel-16)
부반송파 간격 1.25 kHz, 7.5 kHz 1.25, 5 kHz (long) / 15·30·60·120 kHz (short)
포맷 0–4 0–3 (long), A1–A3, B1–B4, C0, C2 (short)
빔 연동 없음 SSB ↔ RACH 기회 연동 (빔 정보 전달)
2-step RA 없음 Rel-16 MsgA

관련 페이지