5G SSB与小区搜索
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
\[ N_{\text{ID}}^{\text{cell}}=3N_{\text{ID}}^{\text{(1)}}+N_{\text{ID}}^{\text{(2)}} \]
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
\[ \begin{align} \nonumber & { {d}_{\text{PSS}}}\left( n \right)=1-2x\left( m \right) \\ \nonumber & m=\left( n+43N_{\text{ID}}^{\text{(2)}} \right)\bmod 127 \\ \nonumber & 0\le n<127 \end{align} \]
其中
\[ x\left( i+7 \right)=\left( x\left( i+4 \right)+x\left( i \right) \right)\bmod 2 \]
且
\[ \left[ \begin{matrix} x\left( 6 \right) & x\left( 5 \right) & x\left( 4 \right) & x\left( 3 \right) & x\left( 2 \right) & x\left( 1 \right) & x\left( 0 \right) \\ \end{matrix} \right]=\left[ \begin{matrix} 1 & 1 & 1 & 0 & 1 & 1 & 0 \\ \end{matrix} \right] \]
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
\[ \begin{align} \nonumber & { {d}_{\text{SSS}}}\left( n \right)=\left[ 1-2{ {x}_{0}}\left( \left( n+{ {m}_{0}} \right)\bmod 127 \right) \right]\left[ 1-2{ {x}_{1}}\left( \left( n+{ {m}_{1}} \right)\bmod 127 \right) \right] \\ \nonumber & { {m}_{0}}=15\left\lfloor \frac{N_{\text{ID}}^{\text{(1)}}}{\text{112}} \right\rfloor +5N_{\text{ID}}^{\text{(2)}} \\ \nonumber & { {m}_{1}}=N_{\text{ID}}^{\text{(1)}}\bmod 112 \\ \nonumber & 0\le n<127 \end{align} \]
其中
\[ \begin{align} \nonumber & { {x}_{0}}\left( i+7 \right)=\left( { {x}_{0}}\left( i+4 \right)+x{}_{0}\left( i \right) \right)\bmod 2 \\ \nonumber & { {x}_{1}}\left( i+7 \right)=\left( { {x}_{1}}\left( i+1 \right)+x{}_{1}\left( i \right) \right)\bmod 2 \end{align} \]
且
\[ \begin{align} \nonumber & \left[ \begin{matrix} { {x}_{0}}\left( 6 \right) & { {x}_{0}}\left( 5 \right) & { {x}_{0}}\left( 4 \right) & { {x}_{0}}\left( 3 \right) & { {x}_{0}}\left( 2 \right) & { {x}_{0}}\left( 1 \right) & { {x}_{0}}\left( 0 \right) \\ \end{matrix} \right]=\left[ \begin{matrix} 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 1 \\ \end{matrix} \right] \\ \nonumber & \left[ \begin{matrix} { {x}_{1}}\left( 6 \right) & { {x}_{1}}\left( 5 \right) & { {x}_{1}}\left( 4 \right) & { {x}_{1}}\left( 3 \right) & { {x}_{1}}\left( 2 \right) & { {x}_{1}}\left( 1 \right) & { {x}_{1}}\left( 0 \right) \\ \end{matrix} \right]=\left[ \begin{matrix} 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 1 \\ \end{matrix} \right] \end{align} \]
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}{}} \(是PBCH传输的比特数，加扰后的比特块为\)
(0),...,({ {M}{}}-1) $
\[ \tilde{b}(i)=\left( b(i)+c(i+v{ {M}_{\text{bit}}}) \right)\bmod 2 \]
其中扰码序列$ c(i) \(由38.211的5.2节给定。扰码序列应在每个SSB的开始时根据\) { {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) \(采用QPSK调制，得到复值调制符号块\) {
{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
\[ r(m)=\frac{1}{\sqrt{2}}\left( 1-2\cdot c(2m) \right)+j\frac{1}{\sqrt{2}}\left( 1-2\cdot c(2m+1) \right) \]
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
\[ \begin{align} \nonumber & { {c}_{\text{init}}}={ {2}^{11}}\left( { { {\bar{i}}}_{\text{SSB}}}+1 \right)\left( \left\lfloor {N_{\text{ID}}^{\text{cell}}}/{\text{4}}\; \right\rfloor +1 \right)+{ {2}^{6}}\left( { { {\bar{i}}}_{\text{SSB}}}+1 \right)+\left( N_{\text{ID}}^{\text{cell}}\bmod 4 \right) \\ \nonumber & { { {\bar{i}}}_{\text{SSB}}}=4{ {i}_{\text{SSB}}}+n{}_{\text{hf}} \\ \end{align} \]
其中
- 若$ { {L}{}}=4 \(，则\) { {n}{}} \(是发送PBCH的半帧数目，\) { {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 \(分别表示SSB内的频域索引和时域索引。UE可假定表7.4.3.1-1中的“Set to 0”的资源粒子（RE）被设置为零。SSB的子载波0对应于公共资源块\) N_{}^{} \(的子载波\) { {k}{0}} \(，其中\) N{}^{} $由高层参数 offset-ref-low-scs-ref-PRB 得到。
与SSB部分或完全重叠的任何公共资源块应当被视为被占用，并且不被用于PDSCH或PDCCH传输。UE可假定不用于SS/PBCH传输的资源粒子，将部分重叠的公共资源的一部分设置为零。
对于SSB，UE应假定
- 天线端口$ 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) \(乘以幅值因子\) {
{}{}} \(，以符合TS
38.213中规定的PSS功率分配。符号序列按\) k $增序映射到RE $ { {(
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RE $ { {( 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) \(乘以幅值因子\) {
{}{!!!!}} \(，以符合TS
38.213中规定的PBCH功率分配。符号序列从\) { {d}{}}(0)
$开始映射到RE $ { {( 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) \(乘以幅值因子\) {}^{ {}} \(，以符合TS38.213中规定的PBCH功率分配，并按递增顺序先\)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 \(v=N_{\text{ID}}^{\text{cell}}\bmod 4\)。
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 \(升序编号。在PBCH中发送的DM-RS序列的索引与每半帧中的SSB索引形成一一映射，若\) L=4 \(，则UE应从DM-RS序列索引中确定半帧中SSB索引的2个低有效位；若\) L>4 \(，则UE应从DM-RS索引中确定半帧中SSB索引的3个低有效位。若\) 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)