5G NR初始小区搜索大致过程是:

1 盲搜到SSB
2 根据SSB中的PSS和SSS确定系统帧起始位置和小区PCI,
3 确定DMRS位置,进而确定PBCH时频资源位置,
4 获得PBCH数据后,进行频偏估计和相位补偿等,信道估计和均衡,译码等,最终解析出MIB数据。

1、SSB概要介绍

  在NR中,同步信号PSS、SSS和PBCH信道( 简称SSB:Synchronization Signal Block,同步信号块)共同构成SSB。其中PSS表示主同步信号(Primary Synchronization Signals, 简称PSS)、SSS表示辅同步信号(Secondary Synchronization Signals, 简称SSS)、PBCH(Physical Broadcast Channel)表示物理广播信道。在LTE中,同样使用PSS、SSS、PBCH进行同步,但是并不将其称为SSB,如下图1所示,是LTE中PSS、SSS、PBCH在时频域上帧中固定的位置分布。

bgp 处于active 状态_bgp 处于active 状态

  不同于LTE中同步序列与PBCH分开发送的设计结构,NR中将它们作为一个整体SSB在4个符号上同时发送,SSB时域上共占用4个OFDM符号,频域共占用240个子载波(20个PRB),编号为0~239,如下图所示。

bgp 处于active 状态_取值_02

PSS 位于symbol 0的中间127个子载波。
SSS 位于symbol2的中间127个子载波;为了保护PSS、SSS,它们的两端的子载波均置零。
PBCH 位于symbol1~ 3,其中symbol1/3上各占0~239个子载波,symbol2上占用除去SSS占用子载波及保护SSS的子载波Set 0以外的96个子载波。PBCH共计有576个RE,除掉其DMRS之后,PBCH共计有576x3/4=432个RE用于传递信息。
DM-RS位于PBCH中间,在symbol1/3上,每个符号上有60个子载波,间隔4个子载波分布一个DMRS,两个符号共有120个DMRS,Symbol2上PBCH占96个RE,其中有24个RE上是DMRS,因此DMRS共计占144个RE(即576x1/4)。
  整体来看,SSB块的子载波0与公共资源块CRB(Common Resource Block)的子载波0之间偏移Kssb个子载波,公共资源块的大小是由高层信令参数offsetToPonitA给出。

当5G部署在FR1时,SSB块的子载波间隔时15/30KHz,占用的带宽时3.6/7.2MHz。
此时,Kssb={0,1,2,…23},单位是SCS=15KHz。因为SSB块的子载波间隔可能会小于初始接入带宽的SCS,因此需要在2个PRB(0~23)内指示子载波偏移;

当5G部署在FR2时,SSB块的子载波间隔时120/240KHz,占用的带宽时28.8/57.6MHz。
此时Kssb={0,1,2,…11},单位是SCS=60KHz。因为SSB块的SCS永远大于初始接入带宽的SCS,仅需要在一个PRB(0~11)范围内指示子载波偏移。

这种打包发送的方式,使得UE在检测到同步序列之后,就可以开始信道估计、解析PBCH物理信道的过程,加快UE小区接入的速度,降低了系统的网络时延。

2、根据PSS/SSS确定小区的PCI

  5G共有336x3=1008个物理小区标识(Physical Cell Idetifier ,PCI),其计算公式如下:

bgp 处于active 状态_bgp 处于active 状态_03


每个小区有且只有一个PCI。

PSS是长度为127的伪随机序列,采用频域BPSK M序列,M序列经由循环移位(3个循环移位的位置分别是0,43,86)产生3个不同的PSS序列。
PSS是UE进行小区搜索的第一个信号,也是搜索复杂度最高的过程,此时UE尚且不知系统的定时信息,UE内部的参考频率也不精确,因此PSS的序列只有3种,循环移位的间隔较大,以便UE能够区分PSS序列。

UE只要搜索到PSS,便可知道PSS的定时、SSB块的SCS和PCI的(2)值,同时可以作为UE内部频率产生的参考,很大程度上消除UE和网络之间的频率波动。

SSS序列数量较多,为336种取值。其也是长度为127的伪随机序列,采用频域BPSK M序列。

UE只要搜索到SSS,可以获得(1),由此能够计算出小区的PCI。

3、PBCH及其DMRS
  UE得知小区的PCI以后,便可以解调PBCH了。

step1:UE获得PBCH的DMRS位置

5G不同于LTE,它没有小区专用的参考信号CRS,所以UE必先获得PBCH的DMRS位置。DMRS在时域上的位置和PBCH相同,即symbol1~3上。频域上间隔4个SC,每个RB上有3个DMRS,频域的偏移由PCI决定,同频邻区设置不同的频偏,有助于降低小区之间的干扰。

PBCH的DMRS序列由以下公式定义:

bgp 处于active 状态_搜索_04


DMRS的扰码序列在每个SSB块都是根据如下公式定义:

bgp 处于active 状态_bgp 处于active 状态_05


PBCH信道发送的信号包括:高层信令产生的主信息块MIBMIB(Master Information Block)、额外增加的与定时相关的信息。

MIB包括的信息主要有:

1、系统帧号SFN的高6bit, SFN的低4bit在PBCH信道的编码中传输(SFN供10bit);
2、初始接入、寻呼和广播系统消息SIB1、Msg2、Msg4的SCS,1bit;
3、SSB子载波偏移,即Kssb,公共子载波0到SSB块的子载波0之间的子载波数;共4bit(0~15),FR2时,Kssb取值0 ~11,够用;但是FR1时,Kssb取值0 ~23,不够用,so,在PBCH的信道编码中需要额外增加1bit;
4、PDSCH的DMRS(TypeA)在时隙内开始的位置,1bit;

如下表格给出PBCH信道上承载的信息

bgp 处于active 状态_取值_06


因此,UE解码PBCH以后,可以获得SSB块的索引信息,也就获得了时许的完整信息,包括帧号、子帧号、时隙号。

另外,PBCH的周期固定为80ms,但可以在80ms内重传多次,可以抑制邻区干扰,提高合并性能,重复的次数与SSB的周期有关。

至此,5G初始小区搜索过程大致如此,后续有时间继续更新详细的小区搜索过程。