랜덤 액세스 (4-step · 2-step)¶

스펙 · 릴리즈

MAC: TS 38.321 §5.1 (§5.1.1 초기화, §5.1.2 자원 선택, §5.1.4 RAR, §5.1.5 경쟁 해결, §5.1.4a MsgB) · 물리계층: TS 38.213 §8 (RAR UL grant Table 8.2-1, MsgA §8.1A) · RRC RACH-ConfigCommon, RACH-ConfigCommonTwoStepRA Rel-15 4-step → Rel-16 2-step (MsgA/MsgB) → Rel-17 SDT·Msg3 반복·RedCap 조기 식별 → Rel-18 PRACH 반복

한눈에 보기

NR 랜덤 액세스는 LTE의 4단계(Msg1~Msg4)를 기본으로 하되, 두 가지가 추가되었습니다.

빔 선택: 단말은 먼저 가장 좋은 SSB(빔)를 고르고, 그 SSB에 짝지어진 RACH 기회로 보냅니다.
2-step RA (Rel-16): Msg1과 Msg3를 합친 MsgA, Msg2와 Msg4를 합친 MsgB로 왕복 한 번에 끝냅니다. 지연과 시그널링이 줄고, 비면허 대역(LBT 횟수 감소)에 유리합니다.

4-step vs 2-step¶

sequenceDiagram
    participant UE
    participant gNB
    rect rgb(230, 240, 255)
    Note over UE,gNB: 4-step (CBRA)
    UE->>gNB: Msg1: 프리앰블 (SSB 연동 RO)
    gNB->>UE: Msg2: RAR (TA, UL grant, TC-RNTI)
    UE->>gNB: Msg3: PUSCH (RRCSetupRequest 또는 C-RNTI MAC CE)
    gNB->>UE: Msg4: 경쟁 해결 (+ RRCSetup)
    end
    rect rgb(255, 240, 230)
    Note over UE,gNB: 2-step (Rel-16)
    UE->>gNB: MsgA = 프리앰블 + PUSCH (같은 SSB에 연동된 PO)
    gNB->>UE: MsgB (MsgB-RNTI): successRAR 또는 fallbackRAR
    Note over UE: fallbackRAR이면 → Msg3 단계로 (4-step으로 전환)
    end

항목	4-step	2-step
왕복	2회	1회
상향 첫 전송	프리앰블만	프리앰블 + 데이터(PUSCH)
TA	RAR로 받은 뒤 Msg3	MsgA PUSCH는 TA 없이 송신 → 작은 셀·정지 단말에 적합
선택 기준	기본	RSRP ≥ `msgA-RSRP-Threshold`이면 2-step
실패 시	재시도	`msgA-TransMax` 후 4-step 전환

RA가 시작되는 경우¶

트리거	방식
초기 접속, RRC 재수립, INACTIVE 재개	CBRA (4 / 2-step)
연결 상태 DL/UL 데이터, UL 비동기	CBRA 또는 PDCCH order(CFRA)
핸드오버, SCG 추가(EN-DC)	CFRA (전용 프리앰블, SSB/CSI-RS별)
빔 실패 복구	CFRA (BFR 전용) → 실패 시 CBRA
SI 요청 (Msg1 기반)	전용 프리앰블
SR 실패, LBT 실패(NR-U), 측위	CBRA / CFRA
소량 데이터 (RA-SDT, Rel-17)	CBRA + Msg3/MsgA에 데이터

RAR 내용¶

필드	비트	의미
RAPID	6	프리앰블 ID
Timing Advance	12	0–3846, 단위 \(16 \cdot 64 \cdot T_c / 2^{\mu}\)
UL grant	27	주파수 호핑 1 · PUSCH 주파수 자원 14 · 시간 자원 4 · MCS 4 · TPC 3 · CSI 요청 1
TC-RNTI	16	임시 C-RNTI
(MAC 헤더) BI	4	백오프 지시

RAR 창(ra-ResponseWindow)은 최대 10 ms(Rel-16 NR-U 40 ms, NTN은 오프셋 추가)이고, 프리앰블을 보낸 RO 이후 첫 Type1 CSS 감시 시점부터 시작합니다.

전문가 노트 — MsgA 자원, 경쟁 해결, 커버리지 향상

MsgA PUSCH 자원. RO의 프리앰블 하나하나가 PRU(PUSCH Resource Unit = PUSCH occasion + DMRS 자원)에 매핑됩니다. PUSCH occasion은 RO 슬롯 이후 msgA-PUSCH-TimeDomainOffset에 위치하고, 주파수·시간·DMRS 순서로 할당됩니다. MCS·크기는 RRC로 고정입니다.

MsgB 내용. successRAR: 경쟁 해결 ID, TA, C-RNTI, PUCCH 자원(HARQ-ACK용) / fallbackRAR: RAR과 같은 내용(Msg3 grant). 단말은 MsgB의 경쟁 해결 ID가 자기 MsgA CCCH SDU와 맞으면 성공입니다.

Msg3 / Msg4 경쟁 해결. CCCH SDU(RRCSetupRequest 48비트 등)를 보낸 경우 Msg4의 UE Contention Resolution Identity MAC CE(48비트)가 일치해야 합니다. C-RNTI MAC CE를 보낸 경우 자기 C-RNTI PDCCH(새 UL grant 등)를 받으면 성공입니다. ra-ContentionResolutionTimer 8–64 서브프레임.

우선순위 RA (Rel-16). 핸드오버·BFR 같은 중요한 RA에 별도 powerRampingStepHighPriority와 scalingFactorBI(백오프 축소)를 줄 수 있습니다. MPS/MCS 접근 등급도 마찬가지입니다.

Msg3 반복 (Rel-17 커버리지 향상). 단말은 RSRP가 낮으면 전용 프리앰블로 Msg3 반복 필요를 알리고, 기지국은 RAR의 MCS 필드 일부로 반복 횟수(1, 2, 3, 4, 7, 8, 12, 16 중 설정값)를 지시합니다.

조기 식별 (Rel-17). RedCap, SDT, 슬라이스, Msg3 반복을 feature combination별 전용 프리앰블/RO로 Msg1에서 알려, 기지국이 Msg2 grant를 맞춤 설정합니다.

랜덤 액세스 (4-step · 2-step)¶

4-step vs 2-step¶

RA가 시작되는 경우¶

RAR 내용¶

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