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深度解析 3GPP TS 28.552：5.1.1.20 Received Random Access Preambles (随机接入前导测量)

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好的，我们继续进行系列的下一篇深度解读。

深度解析 3GPP TS 28.552：5.1.1.20 Received Random Access Preambles (随机接入前导测量)

本文技术原理深度参考了3GPP TS 28.552 V18.10.0 (2025-03) Release 18规范中，关于“5.1.1.20 Received Random Access Preambles”的核心章节，旨在为读者提供一个关于5G网络“敲门”行为的深度测量解析，揭示网络接入性能的“前哨战”。

引言：演唱会抢票的“第一声呐喊”

“3, 2, 1, 开抢！”

晚上8点整，当红巨星全球巡回演唱会的门票正式开售。数百万粉丝在同一瞬间，疯狂点击手机App上的“抢购”按钮。对于每一个渴望成功的粉丝来说，这一刻，他们的手机必须以最快的速度，向网络发出第一声“呐喊”，抢占进入票务系统的先机。

在网络优化中心，一场没有硝烟的战斗也同时打响。老王和小林紧盯着市中心商业区基站的性能监控大屏，尤其是其中一个平时波澜不惊的指标，此刻正像心电图一样疯狂飙升。

“王哥，RACH（随机接入信道）的preamble接收数瞬间过万！冲突率也在上升！”小林报告道。

老王神情专注，解释道：“小林，这就是我们今天要学习的内容——随机接入前导测量。如果说RRC连接是敲开网络大门的过程，那么发送RACH Preamble（前导），就是‘敲门’这个动作本身。在抢票这种大规模并发场景下，成千上万的用户在同一时刻‘敲门’，必然会导致‘门前’的拥堵和混乱。5.1.1.20节定义的这些测量，就是我们部署在‘门前’的‘高清摄像头’和‘秩序管理员’。”

“通过这些测量，我们不仅能知道‘有多少人来敲门’，还能知道‘他们敲的是哪扇小门’（SSB波束）、‘敲门的力度如何’（前导格式）、‘排队等了多久’（接入时延），以及最终有多少人因为‘门口太挤’而放弃。这对于评估和优化网络的瞬时接入能力，保障大规模并发业务的成功率，至关重要。”

这篇文章，我们将化身为演唱会抢票的网络“现场指挥”，通过解读随机接入前导测量，深入5G接入流程的“前哨战”，理解网络是如何应对海量终端的“第一声呐喊”的。

1. “敲门”的总量与分类：Received Random Access Preambles per cell/SSB (5.1.1.20.1 & 5.1.1.20.2)

当用户需要从Idle或Inactive状态发起上行通信时，第一步就是在RACH上发送一个Preamble。这个Preamble就像是在一片寂静中发出的一声呐喊，旨在引起基站的注意。gNB会持续监听RACH，检测这些呐喊声。

1.1 小区级的“呐喊声”统计：per cell

5.1.1.20.1 Received Random Access Preambles per cell (每小区接收到的随机接入前导) a) This measurement provides the average (arithmetic mean) number of RACH preambles received in a cell. Separate counts are provided for dedicated preambles, randomly chosen preambles in group A (aka “low range”) and randomly chosen preambles in group B (aka “high range”). c) This measurement is obtained by collecting the measurements of “Received Random Access Preambles per cell”… as defined in 38.314… and then taking the arithmetic mean of these measurements. e) RACH.PreambleDedCell RACH.PreambleACell RACH.PreambleBCell

1.1.1 深度解析

RACH.Preamble...Cell这组测量项，是从整个小区的维度，对gNB接收到的Preamble进行分类统计。

  • 测量对象: gNB在RACH上成功解码的Preamble数量。

  • 关键分类: 规范要求将Preamble分为三类进行统计：

    1. Dedicated preambles (专用前导): 这是由gNB“钦定”给特定UE使用的Preamble，就像是VIP专属的门铃。它通常用于无竞争的场景，如切换过程。由于Preamble是唯一的，所以不会发生冲突。RACH.PreambleDedCell统计的就是这类“VIP门铃”被按响的次数。

    2. Randomly chosen preambles in group A (A组随机前导): 这是一组供普通用户自由选择、有竞争的Preamble，就像是公共的敲门砖。Group A通常用于承载初始接入、RRC重建等常规、非实时性要求高的数据业务。RACH.PreambleACell统计这类“普通敲门砖”被使用的次数。

    3. Randomly chosen preambles in group B (B组随机前导): 这也是一组有竞争的Preamble，但通常资源较少，用于优先级较高或消息体较小的业务。RACH.PreambleBCell统计这类“紧急敲门砖”的使用次数。

  • 场景化举例：抢票引发的“敲门”风暴 抢票开始的瞬间，数千名用户同时发起RRCSetupRequest(cause=mo-Data)。他们的UE都会从Group A中随机挑选一个Preamble发送。 小林看到RACH.PreambleACell的计数值瞬间飙升。同时，RACH.PreambleDedCell的值相对平稳，因为它主要与切换等网络控制的事件相关，不受用户行为的直接影响。

    洞察： 通过对比这三类Preamble的使用情况，可以分析小区的接入业务构成。如果PreambleACell和PreambleBCell（竞争接入）远大于PreambleDedCell（无竞争接入），说明小区的接入压力主要来自用户侧发起的随机接入，网络需要重点关注竞争解决的效率。

1.2 波束级的精细化统计：per SSB

5G引入了波束赋形，一个小区可以由多个窄波束（SSB）覆盖。用户在哪个波束下发起接入，对于网络了解用户地理分布、优化波束配置至关重要。

5.1.1.20.2 Received Random Access Preambles per SSB (每SSB接收到的随机接入前导) a) This measurement provides the average (arithmetic mean) number of RACH preambles received in a cell per SSB. e) RACH.PreambleDed.Ssb, where Ssb represents the subcounter associated with SSB. RACH.PreambleA.Ssb… RACH.PreambleB.Ssb…

  • 深度解析: 这组测量RACH.Preamble...Ssb将上述的三类Preamble计数，进一步细分到了每个SSB波束。Ssb是子计数器，代表了具体的SSB索引号。

  • 场景化举例：发现人群聚集的热点波束 在演唱会现场，舞台正前方的区域由SSB-5和SSB-6两个波束重点覆盖。抢票开始时，小林发现：

    • RACH.PreambleA.Ssb_5 和 RACH.PreambleA.Ssb_6 的计数值，占了整个小区RACH.PreambleACell总量的70%！
    • 而覆盖偏远看台的SSB-12，计数值则非常低。

    洞察： Per-SSB的Preamble统计，就像一张“接入热力图”。它能精确地告诉我们，用户是从哪个物理方向、哪个波束覆盖的区域接入网络的。这对于动态调整波束功率、优化负载均衡策略具有极高的价值。如果发现某个波束的接入请求持续过高，就可以考虑增强该波束的RACH资源配置，或者引导部分用户到邻近波束接入。

2. “敲门”的效率与体验：接入过程的分布测量

知道了有多少人、从哪里敲门还不够，我们更关心他们敲门的过程是否顺利，等待了多久。

2.1 “敲了几次门才成功？”：Distribution of number of RACH preambles per cell (5.1.1.20.3)

在竞争接入场景下，如果两个或多个UE在同一时刻、同一RACH资源上，发送了同一个Preamble，就会发生冲突（Contention）。gNB将无法解码，这些UE就需要退避一个随机时间后，进行重传。一次成功的接入，可能需要经历多次Preamble的发送。

a) This measurement provides the distribution of the number of RACH preambles sent by the UE when successfully accessing the network, as reported by the UEs inside the RA-ReportList-r16 IE… c) Each of the RA-Report-r16 IEs in the RA-ReportList-r16 increments the measurement bin that is identified by Bin, where Bin corresponds to the number of RACH preambles sent to the cell… e) RACH.PreambleDist.Bin

  • 深度解析: RACH.PreambleDist.Bin是一个分布统计，它统计的是**“每次成功接入平均需要敲几次门”**。

    • 数据来源: 这个数据不是由gNB自己统计的，而是来自于UE的“事后汇报”。在R16引入的UEInformationResponse消息中，UE可以向网络上报它在最近一次成功接入过程中，总共发送了多少次Preamble。
    • 测量方法: gNB收到这个报告后，根据报告中的Preamble发送次数，给对应的Bin（区间）计数器加1。例如，一个UE报告它发送了3次Preamble才成功，那么Bin_3的计数器就加1。

  • 场景化举例：量化抢票的“惨烈程度” 在抢票高峰期，小林查看RACH.PreambleDist.Bin的分布：

    • Bin_1 (1次成功): 占比 60%
    • Bin_2 (2次成功): 占比 25%
    • Bin_3 (3次成功): 占比 10%
    • Bin_4+ (4次及以上): 占比 5%

    洞察： 这个分布图直观地反映了RACH信道的拥塞和冲突程度。高达40%的用户需要至少2次尝试才能成功接入，说明随机接入的竞争非常激烈。如果高次重传的比例（如4次以上）持续很高，就说明PRACH资源配置严重不足，或UE的退避算法参数需要优化，否则用户的接入时延会显著增加，甚至导致接入失败。

2.2 “从敲门到进门花了多久？”：Distribution of RACH access delay (5.1.1.20.4)

a) This measurement provides an estimate of the distribution of the RACH access delay, that is the interval from the time a UE sends its first RACH preamble until the UE is connected to the network. e) RACH.AccessDelayDist.Bin

  • 深度解析: RACH.AccessDelayDist.Bin更进一步，直接衡量了用户的接入时延。

    • 测量对象: 从UE发送第一个Preamble，到UE最终进入RRC Connected状态（如收到RRCSetupComplete被网络侧确认）的总时长。
    • 数据来源: 同样来自于UE在UEInformationResponse中的汇报。UE会根据自己记录的时间戳，估算出这次接入的总耗时。
    • 测量方法: gNB根据UE上报的估算时延，将其归入相应的时延区间（Bin）进行计数。

  • 场景化举例：评估紧急业务的响应速度 对于“信使-01”这样的紧急业务，接入时延是关键KPI。通过过滤establishmentCause=emergency的UE上报，指挥中心可以得到一张紧急业务的RACH.AccessDelayDist.Bin图。如果发现有样本落在了数百毫秒甚至秒级的区间，就必须彻查原因，因为对于紧急救援，每一毫秒都至关重要。

结论：RACH测量——网络接入的“第一道防线”

演唱会抢票的“信令风暴”平息了，大部分粉丝都如愿抢到了门票。小林通过对RACH前导测量的全程监控，不仅成功保障了网络的稳定，更对接入性能的评估有了脱胎换骨的认识。

  1. 接入负载的量化: 通过per-cell和per-SSB的Preamble接收数，可以精确评估接入请求的总量和空间分布，指导资源配置和负载均衡。
  2. 接入类型的洞察: 通过对专用/A组/B组前导的分类统计，可以清晰地分析业务模型，区分是网络侧（切换）还是用户侧（随机接入）主导的接入。
  3. 接入效率的评估: 通过Preamble发送次数的分布，可以量化RACH冲突的严重程度，是优化PRACH资源和退避参数的核心依据。
  4. 接入体验的衡量: 通过RACH接入时延的分布，可以直接评估用户的接入等待时间，是衡量和保障高优先级、低时延业务接入SLA的关键指标。

RRC连接是网络的第一扇门，而RACH就是通往这扇门的唯一路径。5.1.1.20节的测量体系，为我们提供了守护这条“必经之路”的全套工具，构成了网络可达性保障的“第一道防线”。

FAQ 环节

Q1：Preamble Group A和Group B在实际网络中是如何使用的？ A1：Group A和Group B的划分，旨在为不同类型的业务提供差异化的接入机会。通常，Group A分配到的Preamble数量和传输时机（PRACH Occasions）更多，它被视为承载普通数据（mo-Data）和信令（mo-Signalling）等大部分随机接入业务的“常规通道”。而Group B的资源较少，通常预留给对时延更敏感或消息体更小的业务，例如在RRC Inactive状态下被寻呼后的响应（mt-Access）。通过调整分配给两个组的资源比例，运营商可以对不同业务的接入优先级进行初步的控制。

Q2：什么是4步RACH和2步RACH？这些测量项是否适用？ A2：4步RACH是R15定义的标准随机接入流程，包含4个步骤：UE发Preamble (Msg1) → gNB回Random Access Response (Msg2) → UE发RRCSetupRequest (Msg3) → gNB回Contention Resolution (Msg4)。2步RACH是R16引入的增强功能，将Msg1和Msg3合并，Msg2和Msg4合并，将流程缩短为2步，以降低接入时延，特别适用于uRLLC等业务。本节定义的测量项，特别是基于UE上报的PreambleDist和AccessDelayDist，对两种RACH类型都适用，因为UE在上报时，会汇报它在整个（无论是2步还是4步）接入过程中总的Preamble发送次数和总耗时。

Q3：为什么Preamble发送次数和接入时延需要UE来上报，gNB自己不能测量吗？ A3：gNB自己很难准确测量。对于Preamble发送次数，gNB只能检测到成功的Preamble，对于那些因为冲突而失败的前导，gNB是无法感知的，因此它不知道一个UE为了成功接入到底尝试了多少次。对于接入时延，其起点是“UE发送第一个Preamble”，这个时间点只有UE自己知道，gNB无法获知。因此，由UE“事后诸葛亮”式地进行汇报，是获取这两个关键指标的最可靠方式。

Q4：如果一个区域的RACH冲突很严重，有哪些优化手段？ A4：优化手段主要包括：1）增加RACH资源：增加可用的Preamble数量，或增加PRACH的时频机会（Occasions），相当于把“敲门的砖”和“可以敲门的时间”都增多。2）优化Preamble分组：合理分配Group A和Group B的Preamble数量，确保高优先级业务有足够的接入资源。3）调整功率控制参数：优化Preamble的初始发射功率和功率攀升步长，确保gNB能正确接收到UE的Preamble，减少因功率不足导致的接入失败。4）调整退避参数：优化UE在冲突后进行退避和重传的策略，避免大量UE在短时间内“扎堆”重传，造成二次拥塞。

Q5：这些RACH测量和RRC连接建立测量（5.1.1.15）是什么关系？ A5：它们是前后承接、互为因果的关系。RACH测量关注的是RRC连接建立的“前奏”——从UE发送第一个Preamble到gNB成功接收并准备好响应的阶段。而RRC连接建立测量关注的是RRC连接建立的“主歌”——从gNB收到RRCSetupRequest（包含在RACH的Msg3中）到最终建立成功的全过程。RACH阶段的性能，会直接影响RRC建立的成功率和时延。例如，严重的RACH冲突会导致RRCSetupRequest迟迟无法送达gNB，从而增加了总的连接建立时长，甚至导致UE因超时而放弃，最终体现为一次失败的RRC连接。因此，在分析RRC接入问题时，必须将这两节的测量结合起来进行端到端分析。

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