5G SSB与小区搜索

发表于 2017-12-29 更新于 2018-10-21 分类于 5G-NR 阅读次数： 31416

前言

在5G NR中，主同步信号（PSS）、辅同步信号（SSS）和PBCH共同构成一个SSB（SS/PBCH block），SSB在时域上共占用4个OFDM符号，频域共占用240个子载波（20个PRB）。本文分别介绍PSS、SSS、PBCH、SSB以及小区搜索。

同步信号（SS）

物理层小区ID

1008个唯一的物理层小区ID根据如下公式确定

$N_{ID}^{cell} = 3 N_{ID}^{(1)} + N_{ID}^{(2)}$

其中$ N_{}^{}{ 0,1,...,335 } $，$ N_{}^{}{ 0,1,2 } $。

主同步信号（PSS）

序列生成

PSS序列 $d_{} (n)$ 根据如下公式生成

$\begin{aligned} d_{PSS} (n) = 1 - 2 x (m) \\ m = (n + 43 N_{ID}^{(2)}) mod 127 \\ 0 \leq n < 127 \end{aligned}$

其中

$x (i + 7) = (x (i + 4) + x (i)) mod 2$

且

$[\begin{matrix} x (6) & x (5) & x (4) & x (3) & x (2) & x (1) & x (0) \end{matrix}] = [\begin{matrix} 1 & 1 & 1 & 0 & 1 & 1 & 0 \end{matrix}]$

物理资源映射

物理资源映射见本文SSB。

辅同步信号（SSS）

序列生成

SSS序列 $d_{} (n)$ 根据如下公式生成

$\begin{aligned} d_{SSS} (n) = [1 - 2 x_{0} ((n + m_{0}) mod 127)] [1 - 2 x_{1} ((n + m_{1}) mod 127)] \\ m_{0} = 15 ⌊ \frac{N_{ID}^{(1)}}{112} ⌋ + 5 N_{ID}^{(2)} \\ m_{1} = N_{ID}^{(1)} mod 112 \\ 0 \leq n < 127 \end{aligned}$

其中

$\begin{aligned} x_{0} (i + 7) = (x_{0} (i + 4) + x_{0} (i)) mod 2 \\ x_{1} (i + 7) = (x_{1} (i + 1) + x_{1} (i)) mod 2 \end{aligned}$

且

$\begin{aligned} [\begin{array}{c} x_{0} (6) & x_{0} (5) & x_{0} (4) & x_{0} (3) & x_{0} (2) & x_{0} (1) & x_{0} (0) \end{array}] = [\begin{array}{c} 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 1 \end{array}] \\ [\begin{array}{c} x_{1} (6) & x_{1} (5) & x_{1} (4) & x_{1} (3) & x_{1} (2) & x_{1} (1) & x_{1} (0) \end{array}] = [\begin{array}{c} 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 1 \end{array}] \end{aligned}$

物理资源映射

物理资源映射见“SSB的时域结构”一节。

物理广播信道（PBCH）

加扰

UE应假定比特块$ b(0),...,b(M_{}^{ {}}-1) $在调制前进行加扰，其中$ { {M}{}} $是 P B C H 传输的比特数，加扰后的比特块为$ (0),...,({ {M}{}}-1) $

$\tilde{b} (i) = (b (i) + c (i + v M_{bit})) mod 2$

其中扰码序列$ c(i) $由 38.211 的 5.2 节给定。扰码序列应在每个 S S B 的开始时根据$ { {c}{}}=N{}^{} $进行初始化

对于$ { {L}_{}}=4 $，$ v $是SSB索引的2个最低有效位
对于$ { {L}{}}=8 $或$ { {L}{}}=64 $，$ v $是SSB索引的3 个最低有效位

其中 $L_{}$ 是38.104给出的特定频带的SS/PBCH周期中的SSB的最大数目。

调制

UE应假定比特块$ (0),...,({ {M}{}}-1) $采用 Q P S K 调制，得到复值调制符号块$ { {d}{}}(0),...,{ {d}{}}({ {M}{}}-1) $，QPSK见38.211的5.1.3节。

物理资源映射

物理资源映射见“SSB的时域结构”一节。

解调参考信号（DM-RS）

序列生成

UE应假定SSB的参考信号序列 $r (m)$ 定义为

$r (m) = \frac{1}{\sqrt{2}} (1 - 2 \cdot c (2 m)) + j \frac{1}{\sqrt{2}} (1 - 2 \cdot c (2 m + 1))$

其中加扰序列 $c (n)$ 在38.211的5.2节定义。扰码序列生成器应在每个SSB 机会的开始处进行初始化

$\begin{aligned} c_{init} = 2^{11} ({\bar{i}}_{SSB} + 1) (⌊ N_{ID}^{cell} / 4 ⌋ + 1) + 2^{6} ({\bar{i}}_{SSB} + 1) + (N_{ID}^{cell} mod 4) \\ {\bar{i}}_{SSB} = 4 i_{SSB} + n_{hf} \end{aligned}$

其中

若$ { {L}{}}=4 $，则$ { {n}{}} $是发送 P B C H 的半帧数目，$ { {i}_{}} $是SSB索引的2个LSB比特
若$ { {L}{}}=8 $或$ { {L}{}}=64 $，则$ { {n}{}}=0 $，$ { {i}{}} $是SSB索引的3个LSB比特

其中 $L_{}$ 是特定带宽下的SSB周期中SSB的最大数量。

物理资源映射

物理资源映射见“SSB的时域结构”一节。

SSB

SSB的时域结构

在时域上，1个SSB由4个OFDM符号组成，符号在SSB内从0到3增序编号。如表7.4.3.1-1所示，PSS、SSS、PBCH及其DM-RS占用不同的符号。

在频域上，1个SSB由240个连续子载波组成，子载波在SSB内从0到239增序编号。$ k $和$ l $分别表示 S S B 内的频域索引和时域索引。 U E 可假定表 7.4 .3 .1 - 1 中的 “ S e t t o 0 ” 的资源粒子（ R E ）被设置为零。 S S B 的子载波 0 对应于公共资源块$ N_{}^{} $的子载波$ { {k}{0}} $，其中$ N{}^{} $由高层参数 offset-ref-low-scs-ref-PRB 得到。

图 1 SS/PBCH block时频域结构

与SSB部分或完全重叠的任何公共资源块应当被视为被占用，并且不被用于PDSCH或PDCCH传输。UE可假定不用于SS/PBCH传输的资源粒子，将部分重叠的公共资源的一部分设置为零。

对于SSB，UE应假定

天线端口 $p = 4000$ ，
PSS、SSS和PBCH具有相同的CP长度和子载波间隔，
对于SSB type A，$ { {k}{0}}{ ... } $，$ { {k}{0}}{ ... } $，$ N_{}^{} $是就15kHz子载波间隔而言的表示，
对于SSB type B，$ { {k}{0}}{ ... } $，$ { } $，$ N{}^{} $是就60kHz子载波间隔而言的表示

UE可假定相同的块索引所发送的SSB关于多普勒扩展，多普勒频移，平均增益，平均延迟和空间Rx参数是准共同定位（quasi co-located，QCL）的。对于任何其他SSB传输，UE不应假定QCL。

SSB中的PSS映射

UE应假定组成PSS的符号序列$ { {d}{}}(0),...,{ {d}{}}(126) $乘以幅值因子$ { {}{}} $，以符合 T S 38.213 中规定的 P S S 功率分配。符号序列按$ k $增序映射到 R E$ { {( k,l )}{p,}} $，其中$ k $和$ l $由表7.4.3.1-1给定，分为表示SSB中的频域索引和时域索引。

SSB中的SSS映射

UE应假定组成PSS的符号序列$ { {d}{}}(0),...,{ {d}{}}(126) $乘以幅值因子$ { {}{!!!!}} $，并按$ k $增序映射到 R E$ { {( k,l )}{p,}} $，其中$ k $和$ l $由表7.4.3.1-1给定，分为表示SSB内的频域索引和时域索引。

SSB中的PBCH和DM-RS映射

UE应假定组成PBCH的符号序列$ { {d}{}}(0),...,{ {d}{}}({ {M}{}}-1) $乘以幅值因子$ { {}{!!!!}} $，以符合 T S 38.213 中规定的 P B C H 功率分配。符号序列从$ { {d}{}}(0) $开始映射到 R E$ { {( k,l )}{p,}} $，并满足下列条件：

这些RE不用于PDCCH DM-RS

对于不为PBCH DM-RS保留的RE的映射，按递增顺序先$ k $后$ l $映射，其中$ k $和$ l$分别是SSB内的频域和时域索引，并由表7.4.3.1-1给定。

UE应假定SSB的DM-RS复值符号序列$ { {r}{l}}(0),...,{ {r}{l}}(143) $乘以幅值因子$ {}^{ {}} $，以符合 T S 38.213 中规定的 P B C H 功率分配，并按递增顺序先$ k $后$ l $映射到资源粒子$ { {( k,l )}{p,}} $，其中$ k $和$ l$分别是SSB内的频域和时域索引，并由Table 7.4.3.1-1给定，其中 $v = N_{ID}^{cell} mod 4$ 。

SSB的时域位置

在下一章描述UE将监测的可能的SSB时域位置。

小区搜索

小区搜索是UE获取与小区的时间和频率同步，并检测该小区的物理层小区ID的过程。

UE接收以下同步信号（SS）以执行小区搜索：TS38.211中定义的主同步信号（PSS）和辅同步信号（SSS）。

UE应假定PBCH、PSS和SSS在连续的符号中接收，并形成SS/PBCH block（如TS38.211中所定义）。UE应假定SSS和PBCH DM-RS具有相同的EPRE。

对于具有SSB的半帧，候选SSB的数目和第一个符号索引位置根据SSB的子载波间隔确定如下：

Case A - 15 kHz子载波间隔：候选SSB的第一个符号的索引为{2, 8} + 14*n。对于载频小于或等于3 GHz的情况，n=0,1。对于载频大于3 GHz且小于或等于6 GHz的情况，n=0,1,2,3。
CaseB - 30 kHz子载波间隔：候选SSB的第一个符号的索引为{4, 8, 16, 20} + 28*n。对于载频小于或等于3 GHz的情况，n=0。对于载频大于3 GHz且小于或等于6 GHz的情况，n=0,1。
Case C - 30 kHz子载波间隔：候选SSB的第一个符号的索引为{2, 8} + 14*n。对于载频小于或等于3 GHz的情况，n=0,1。对于载频大于3 GHz且小于或等于6 GHz的情况，n=0,1,2,3。
Case D - 120 kHz子载波间隔：候选SSB的第一个符号的索引为{4, 8, 16, 20} + 28*n。对于载频大于6 GHz的情况，n=0, 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 10, 11, 12, 13, 15, 16, 17, 18。
Case E - 240 kHz子载波间隔：候选SSB的第一个符号的索引为{8, 12, 16, 20, 32, 36, 40, 44} + 56*n。对于载频对于6 GHz的情况，n=0, 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8。

半帧中的候选SSB索引在时间上从0到$ L-1 $升序编号。在 P B C H 中发送的 D M - R S 序列的索引与每半帧中的 S S B 索引形成一一映射，若$ L=4 $，则 U E 应从 D M - R S 序列索引中确定半帧中 S S B 索引的 2 个低有效位；若$ L>4 $，则 U E 应从 D M - R S 索引中确定半帧中 S S B 索引的 3 个低有效位。若$ L=64 $，UE应从高层参数 SSB-index-explicit 确定每半帧中的SSB索引的3个高有效位。

UE可以通过参数 SSB-transmitted-SIB1 得到配置，UE不应接收与SSB对应的RE重叠的RE中的其他信号或信道的SSB索引。UE也可以通过高层参数 SSB-transmitted 按照每个服务小区得到配置，UE不应接收与SSB对应的RE重叠的RE中的其他信号或信道的SSB索引。 SSB-transmitted 的配置覆盖 SSB-transmitted-SIB1 的配置。UE可以通过高层参数 SSB-timing 为每个服务小区配置用于接收每个服务小区的SSB的半帧的周期。如果UE没有配置接收SSB的半帧的周期，则UE将假定周期为半帧。UE应该假定服务小区中的所有SSB的周期是相同的。

对于初始小区选择，UE可假定具有SSB的半帧以2个帧为周期。

对于没有发送SSB的服务小区，UE基于服务小区的小区群的PCell或PSCell上的SSB的接收来获取与服务小区的时间和频率同步。

本文参考3GPP TS38.211 V2.0.0 (2017-12)