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

其中$ N_{\text{ID}}^{\text{(1)}}\in \left\{ 0,1,…,335 \right\} $,$ N_{\text{ID}}^{\text{(2)}}\in \left\{ 0,1,2 \right\} $。

主同步信号(PSS)

序列生成

PSS序列$ { {d}_{\text{PSS}}}(n) $根据如下公式生成

其中

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}_{\text{SSS}}}(n) $根据如下公式生成

其中

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_{\text{bit}}^{ {}}-1) $在调制前进行加扰,其中$ { {M}_{\text{bit}}} $是PBCH传输的比特数,加扰后的比特块为$ \tilde{b}(0),…,\tilde{b}({ {M}_{\text{bit}}}-1) $

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}_{\text{init}}}=N_{\text{ID}}^{\text{cell}} $进行初始化

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

其中$ { {L}_{\max }} $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$ \tilde{b}(0),…,\tilde{b}({ {M}_{\text{bit}}}-1) $采用QPSK调制,得到复值调制符号块$ { {d}_{\text{PBCH}}}(0),…,{ {d}_{\text{PBCH}}}({ {M}_{\text{symb}}}-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

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

其中

  • 若$ { {L}_{\max }}=4 $,则$ { {n}_{\text{hf}}} $是发送PBCH的半帧数目,$ { {i}_{\text{SSB}}} $是SSB索引的2个LSB比特
  • 若$ { {L}_{\max }}=8 $或$ { {L}_{\max }}=64 $,则$ { {n}_{\text{hf}}}=0 $,$ { {i}_{\text{SSB}}} $是SSB索引的3个LSB比特

其中$ { {L}_{\max }} $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_{\text{CRB}}^{\text{SSB}} $的子载波$ { {k}_{0}} $,其中$ N_{\text{CRB}}^{\text{SSB}} $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}}\in \left\{ \text{0, 1, 2, }…\text{, 23} \right\} $,$ { {k}_{0}}\in \left\{ \text{0, 1, 2, }…\text{, 23} \right\} $,$ N_{\text{CRB}}^{\text{SSB}} $是就15kHz子载波间隔而言的表示,
  • 对于SSB type B,$ { {k}_{0}}\in \left\{ \text{0, 1, 2, }…\text{, 11} \right\} $,$ \mu \in \left\{ \text{3,4} \right\} $,$ N_{\text{CRB}}^{\text{SSB}} $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。

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SSB中的PSS映射


UE应假定组成PSS的符号序列$ { {d}_{\text{PSS}}}(0),…,{ {d}_{\text{PSS}}}(126) $乘以幅值因子$ { {\beta }_{\text{PSS}}} $,以符合TS 38.213中规定的PSS功率分配。符号序列按$ k $增序映射到RE $ { {\left( k,l \right)}_{p,\mu }} $,其中$ 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}_{\text{SSS}}}(0),…,{ {d}_{\text{SSS}}}(126) $乘以幅值因子$ { {\beta }_{\text{ }!!\grave{ }!!\text{ PBCH}}} $,并按$ k $增序映射到RE $ { {\left( k,l \right)}_{p,\mu }} $,其中$ 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}_{\text{PBCH}}}(0),…,{ {d}_{\text{PBCH}}}({ {M}_{\text{symb}}}-1) $乘以幅值因子$ { {\beta }_{\text{ }!!\grave{ }!!\text{ PBCH}}} $,以符合TS 38.213中规定的PBCH功率分配。符号序列从$ { {d}_{\text{PBCH}}}(0) $开始映射到RE $ { {\left( k,l \right)}_{p,\mu }} $,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) $乘以幅值因子$ \beta _{\text{PBCH}}^{ {}} $,以符合TS38.213中规定的PBCH功率分配,并按递增顺序先$k$后$l$映射到资源粒子$ { {\left( k,l \right)}_{p,\mu }} $,其中$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。

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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)