【5G学习】小区搜索——SSB[通俗易懂]

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文章目录

• 前言
• 一、SSB突发集（SSB Burst Set）
• 二、SSB构成
  • 2.2 SSB结构
  • 2.2 PSS SSS
  • 2.3 PBCH
• 三、SSB突发集图样
• 四、流程总结

前言

NR同步块（SSB）包括PSS、SSS和PBCH。PBCH中包含解调参考信号（DM-RS）。

UE在接入NR系统时，首先要检测PSS和SSS以获得下行时频同步以及PCID，然后对PBCH进行解码。PBCH中包括主信息块（MIB）和其他与SSB传输时间有关的信息（additional timing related PBCH payload bits）。

MIB中携带了UE接入NR系统所需的最小系统信息的一部分。

一、SSB突发集（SSB Burst Set）

由于NR的频率更高，则小区基站的覆盖范围就减小了，而且高频段载波的传播损耗大，需要采用 波束赋形（Beam forming）发射的方式来增加无线信号的覆盖距离，同时由于每个波束覆盖的角度有限，NR通过 波束扫描（Beam sweeping）方式来覆盖整个小区的服务范围。 波束扫描是指在不同时刻，采用不同方向的波束发送物理信道或参考信号。

若干SSB组成了SSB突发集（SSB Burst Set），SSB突发集是周期性传输的。

一个小区通常需要发送多个SSB来完成一次波束扫描以使同步信号覆盖整个小区的服务范围。完成一次波束扫描所需要的SSB便组成了一个SSB突发集。NR只支持TDM的方式进行SSB波束扫描，而不支持FDM方式，其原因是SSB需要让系统内的所有UE都能接收到，而FDM不适用于采用模拟波束赋形的UE。

图1-1给出了TDM方式下SSB波束扫描以及SSB突发集发送时刻的示意。

5G移动通信技术系统设计与标准详解5-1

图1-1 摘自《5G移动通信技术系统设计与标准详解》

不论SSB的子载波间隔和载频是什么，每个SSB突发集的发送时间都在5ms（即半无线帧）之内。

NR规定在所支持频率范围内，一个SSB突发集包含的SSB的最多个数为 L m a x L_{max} Lmax​，也是一个半帧（5ms）内SSB的最多个数。 ● L m a x L_{max} Lmax​=4时，频率小于等于3GHz，或SSB模式C下，TDD频率小于等于2.4GHz； ● L m a x L_{max} Lmax​=8时，频率大于3GHz且小于等于6GHz，或SSB模式C下，TDD频率大于2.4GHz且小于等于6GHz； ● L m a x L_{max} Lmax​=64时，频率大于6GHz。

L m a x L_{max} Lmax​的选择兼顾了每个SSB波束覆盖的角度范围与载波频率的关系。随着频点升高，无线信号在空间传播的路径损耗也增大，需要用更窄的波束传输以补偿路径损耗，这就意味着需要更多的波束来实现对整个小区范围的覆盖。

二、SSB构成

NR同步块（SSB）包括PSS、SSS和PBCH。PBCH中包含解调参考信号（DM-RS）。 参考协议38.211

2.2 SSB结构

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图2-1 SSB结构图

摘自博客

在这里插入图片描述

图2-2 摘自38.211

2.2 PSS SSS

同步信号包括主同步信号（PSS）和辅同步信号（SSS）。 NR有1008个唯一的PCI，每个NR物理小区标识 N I D c e l l N^{cell}_{ID} NIDcell​由PSS序列ID和SSS序列ID的组合共同确定，即

N I D c e l l = 3 N I D ( 1 ) + N I D ( 2 ) N^{cell}_{ID} = 3N^{(1)}_{ID} + N^{(2)}_{ID} NIDcell​=3NID(1)​+NID(2)​，其中 N I D ( 1 ) N^{(1)}_{ID} NID(1)​∈{0,1,…,335} , N I D ( 2 ) N^{(2)}_{ID} NID(2)​∈{0,1,2}

UE在接入NR系统时，首先要检测PSS获取OFDM符号边界同步（时域同步）、粗频率同步（频域同步），并获得 N I D ( 2 ) N^{(2)}_{ID} NID(2)​的信息，然后利用获得的 N I D ( 2 ) N^{(2)}_{ID} NID(2)​，进一步检测SSS获取小区ID的剩余信息，即 N I D ( 1 ) N^{(1)}_{ID} NID(1)​的值。

2.3 PBCH

PBCH，物理广播信道。 PBCH是UE完成主同步信号和辅同步信号检测之后需要解码的第一个信道。PBCH和解调参考信号包含在SSB中。

PBCH中包括主信息块（MIB，Master Information Block）和其他与SSB传输时间有关的信息（additional timing related PBCH payload bits），共56个比特。PBCH中包含解调参考信号（DM-RS）。 参考协议38.331，38.212,7.11

L=4or8时，SSB时间索引（SSB Index）（2bit或3bit）通过PBCH的DM-RS序列来携带，UE可以在不解码PBCH的情况下获得SSB时间索引。 L=64时，SSB时间索引为6bit，其中SSB时间索引的3位LSB通过PBCH的DM-RS序列来携带，而SSB时间索引的3位最高比特位（Most Significant Bit，MSB）携带在PBCH的内容中，UE需通过解码PBCH以获得SSB时间索引。

PBCH传输更新的最小时间间隔为80ms，在80ms TTI之内，PBCH会随着SSB突发集的周期重复传输。MIB中还包含了获取RMSI所需的配置参数。RMSI的内容包含在SIB1中。

三、SSB突发集图样

Ue通过SSB Index以及SSB突发集图样，可以获得时隙同步和符号同步。 参考协议38.213，4.1 NR系统中，一个SSB突发集支持5中SSB突发集图样。

在这里插入图片描述

图3-1 摘自《5G移动通信技术系统设计与标准详解》

计算过程(求f(n) = symbol Index)：

假设为模式B，模式B的公式为

f ( n ) = { 4 , 8 , 16 , 20 } + 28 n f(n)=\{4,8,16,20\} + 28n f(n)={ 4,8,16,20}+28n

设SSB Index+1为 N s s b N_{ssb} Nssb​（因为Index从0开始）， 一个时隙中的SSB个数为 i i i（大括号里的数字的数量，此处 i = 4 i=4 i=4）， 则 n = N s s b / i n = N_{ssb} / i n=Nssb​/i，n+1表示SSB半无线帧中的第几个时隙， 同时 N s s b / i N_{ssb} / i Nssb​/i的余数表示该时隙的第几个SSB位置。

所以，当检测到SSB Index为4时， N s s b = 5 N_{ssb}=5 Nssb​=5， n = 1 n = 1 n=1,余数为1， f ( n ) = { 4 , 8 , 16 , 20 } 1 + 28 ∗ n = 4 + 28 = 32 f(n)=\{4,8,16,20\}_1 + 28*n=4+28=32 f(n)={ 4,8,16,20}1​+28∗n=4+28=32 即SSB第一个符号位置是32（第2个时隙的第一个SSB位置）

四、流程总结

为了实现下行同步，UE需要通过搜索检测SSB获得接入载波的频点。为降低搜索的复杂度，UE按照协议规定的一定频率间隔进行SSB搜索，这个频率间隔称为同步栅格（Synchronization Raster）。SSB带宽的设计直接影响系统载波带宽中同步栅格的个数。在一个系统载波带宽中，同步栅格的个数越多，UE搜索SSB所花费的时间就可能越多。

终端首先搜索主同步信号PSS，完成OFDM符号边界同步、粗频率同步以及获取小区标识2（ N I D ( 2 ) N^{(2)}_{ID} NID(2)​）。

检测到主同步信号之后，终端进一步检测辅同步信号SSS，获取小区标识1（ N I D ( 1 ) N^{(1)}_{ID} NID(1)​）。

同时SSS作为物理广播信道PBCH的解调信号，解码出PBCH，终端开始接收物理广播信道。

在PBCH上，接收MIB消息，终端获得系统帧号以及半帧指示，从而完成无线帧定时以及半帧定时。 同时，终端通过PBCH的DM-RS中的SSB Index以及当前频带所使用的SSB突发集的图样模式确定当前同步信号所在的时隙以及符号，从而完成时隙定时（时间同步）。

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