5G NR SSB 学习
?????????SSB指的是Synchronization Signal Block 同步信號,包括?Synchronization/PBCH block兩部分。其中?Synchronization與PBCH block分別由以下部分組成:
- Synchronization Signal : PSS (Primary Synchronization Signal), SSS (Secondary Synchronization Signal)
- PBCH : PBCH DMRS and PBCH (Data)
????????同步信號SS和廣播信道PBCH的組合在NR中被稱為SSB,其子載波間隔在FR1中可以是1 5 kHz或30 kHz,在FR2中則可選120 kHz或240 kHz。通過檢測SS,uE可以獲得物理小區ID,實現時域和頻域的下行同步,并獲取PBCH的定時,后者攜帶著小區?基本的系統信息。
????????NR SS由主要SS(PSS)和次要SS(sss)組成。由于缺乏頻繁的靜態參考信號以幫助跟蹤,與LTE相比,gNB和uE之間可能存在較大的初始頻率誤差,尤其是對于工作在較高頻率的低成本uE而言。為了解決傳統基于zadoff_Chu序列的LTE PSS時間和頻率偏移模糊度問題,NR Pss使用長度為127的BPSK調制的m序列,NR sss則通過使用長度為127的BPSK調制的Gold序列生成的PSS和SSS總共可標識1008個不同的物理小區ID(LTE最多504個小區ID)。
????????SSB被映射到時域中的4個OFDM符號和頻域中的240個連續子載波(20個RB),子載波編號依次為0~239。SSB中的PSS和SSS各占用1個OFDMF符號和127個子載波,PBCH占用3個OFDM symble符號和240個子載波,DM-RS按模4排布,占用84個子載波,其余均為0。為了支持用于初始接入的波束成形,NR引入了新的概念SS突發組,用以支持SSB傳輸的波束掃描。為了盡可能減少永遠在線傳輸,多個SSB在一個本地突發集內與稀疏突發集一起周期發送(默認為20 ms)。在SS突發設置周期內,以時分+空分的方式最多可以在不同波束中傳輸64個SSB,SS塊的傳輸被限制在5 ms窗口內。
????????其中v = mod4 ,=PSS+3*SSS,為小區編號,由PSS和SSS確定,PSS {0,1, 2},SSS {0,1,...,335},所以總共有336*3 =1008種,可以看出在NR PCI設計時,PCI總數量為1008個,并進一步分為336個小區標識群,對應336個SSS序列。每個標識群包含3個小區標識,對應3個PSS序列。由于DM-RS在SSB內是按照模4配置的,所以賣際PGI規劃時要避免模4干擾。SSB部分子載波設置為0,是為了把PBCH. FSS. SSS在頻域上錯開。起保護作用。???
?SS突發集合內,SSB時間位置的集合由當gNodeB前小區配置的參數集確認決定,而頻率位置則不一定在系統帶寬的中,并且由較高層參數配置以支持用于ssB檢測的稀gNodeB疏柵格搜索,即協議中定義了一類稀疏的同步柵格(synchronization Raster)來減少搜索時間。SSB 在整個無線幀中的時域位置以及數量取決于不同的載波頻率以及子載波間隔。一個?SS突發集合中SSB的最大數量如表:
SSB頻域位置:
????????SSB內部結構是相對固定的,在SSB的第一個符號時間內,SSB頻域范圍內只有PSS信號,因此可以對它做相關檢測。相反,因為SSS所在的第三個符號時間內還有PBCH,所以無法對它做時域相關檢測,因此SSB結構決定了NR終端應先找到PSS位置然后通過PSS位置來獲得SSS的位置,從而得到小區物理ID。PSS頻域位置信息和子載波間隔SCS有關,并且SSB內包含的PSS, SSS, PBCH使用相同的循環前綴和SCSa SSB僅支持配置參數,根據SSB不同的子載波間隔,SSB有type A和type B兩種。SSB type A使用15 kHz和30 kHz子載波間隔,用于載波頻率小于6 GHz的情況,對應CASE A, CASE B, CASE C三種SSB格式;而SSBtype B使用120 kHz和240 kH:子載波間隔,用于載波頻率大于6 GHz的情況,對應CASE D,CASE E兩種SSB格式。
?? ? 實際NR小區搜索需要確定SSB具體的頻域位置,而上面僅僅是一個SSB塊的頻域位置。在NSA模式中,UE可以通過RRC信令直接獲得SSB的頻點,SSB頻點位于編號為10的RB的編號為0的子載波上。而在SA模式下,SSB的位置由參數和確定,如圖2所示,其中POINT A為5G NR全局頻域參考基點。在SA組網下,SSB RB0的0號子載波位置=+
小區搜索:
????????由于5G ?NR帶寬相比4G大,如果NR終端仍若按照4G channel raster 100kHz進行同步信號掃描,那么時延會很大,所以在NR系統中引人了GlobalSynchronization ?Channel Number(GSCN)和
synchronization raster的概念,SSB頻域的位置放置于synchronization raster的整數上,低頻段時可能會有一些偏移,終端以synchronization raster的間隔進行同步信號的搜索。當載波頻段小于3GHz時,頻率掃描間隔為1.2MHz;當載波頻段在3GHz和24.25GHz之間時,頻率掃描間隔為1.44MHz;當載波頻段在24.25GHz和100GHz,之間時,頻率掃描間隔為17.2MHz。全球同步柵格信道號GSCN頻點號對應的synchronization?raster由下表給出。
?基于SSB的NR小區搜索過程:
? ? 5G NR小區搜索過程大致如下:
? ? (1 ) NR終端將射頻接收機調諧到指定頻點。
? ? (2)在時域對PSS做互相關檢測以取得時域同步。
? ? (3)根據PSS對SSS做互相關檢測,可以獲得頻域同步。
? ? (4)根據獲得的PSS和SSS可以獲得PCI,由PCI又可以進一步解碼PBCH DM-RS,從而獲得SSB索引號和半幀號。
? ? (5)最后利用對DM-RS的信道估計,終端解碼PBCH并獲得系統消息MIB和SIB,通過系統消息指令完成小區接入。
????????基于以上原理,在SA獨立組網時,通過SSB完成NR小區同步,首先要在GSCN頻點上搜索到SSB塊,依次獲取PSS和SSS信息,通過這兩個信息可以得到當前NR小區,利用這個可以知道PBCH的DM-RS頻域位置,通過DM-RS即可成功解調出PBCH上的信息。由于SSB在一個周期內可能多次發送,為了獲取SSB的時域信息,需要知道它接收到的SSB是第幾個SSB,也即需要知道SSB索引號。然而,PBCH發送的MIB(Master Information Block)信息中并無獲取SSB塊索引所需的信息,SSB塊索引在PBCH物理層處理時,加人了額外的編碼信息比特,并通過DM-RS序列來處理。因此,在解調PBCH時,需要使用DM-RS初始序列進行盲檢,成功解調后,才能獲得SSB索引信息,也即獲得SSB的完整的時域信息,包括幀號、子幀號、時隙號。完成對SSB的解調之后,可以確定物理下行控制信道PDCCH(也稱為CORESET),在CORESET內進行盲檢以獲得攜帶RMSI的PDSCH的時頻域資源信息,最終在指定的物理資源上解碼PDSCH,獲得RMSI信息,從而完成NR小區搜索過程。
總結
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