5G NR SSB 学习

Posted 2023-02-15 yyl_woniu

         SSB指的是Synchronization Signal Block 同步信号，包括 Synchronization/PBCH block两部分。其中 Synchronization与PBCH block分别由以下部分组成：

• Synchronization Signal : PSS (Primary Synchronization Signal), SSS (Secondary Synchronization Signal)
• PBCH : PBCH DMRS and PBCH (Data)

        同步信号SS和广播信道PBCH的组合在NR中被称为SSB，其子载波间隔在FR1中可以是1 5 kHz或30 kHz，在FR2中则可选120 kHz或240 kHz。通过检测SS，uE可以获得物理小区ID，实现时域和频域的下行同步，并获取PBCH的定时，后者携带着小区 基本的系统信息。

        NR SS由主要SS(PSS)和次要SS(sss)组成。由于缺乏频繁的静态参考信号以帮助跟踪，与LTE相比，gNB和uE之间可能存在较大的初始频率误差，尤其是对于工作在较高频率的低成本uE而言。为了解决传统基于zadoff_Chu序列的LTE PSS时间和频率偏移模糊度问题，NR Pss使用长度为127的BPSK调制的m序列，NR sss则通过使用长度为127的BPSK调制的Gold序列生成的PSS和SSS总共可标识1008个不同的物理小区ID(LTE最多504个小区ID)。

        SSB被映射到时域中的4个OFDM符号和频域中的240个连续子载波(20个RB),子载波编号依次为0~239。SSB中的PSS和SSS各占用１个OFDMF符号和127个子载波，PBCH占用３个OFDM symble符号和240个子载波，DM-RS按模４排布，占用84个子载波，其余均为０。为了支持用于初始接入的波束成形，NR引入了新的概念SS突发组，用以支持SSB传输的波束扫描。为了尽可能减少永远在线传输，多个SSB在一个本地突发集内与稀疏突发集一起周期发送(默认为20 ms)。在SS突发设置周期内，以时分+空分的方式最多可以在不同波束中传输64个SSB，SS块的传输被限制在5 ms窗口内。

        其中v = mod4 ,=PSS+3*SSS，为小区编号，由PSS和SSS确定，PSS 0,1, 2，SSS 0,1,...,335，所以总共有336*3 =1008种，可以看出在NR PCI设计时，PCI总数量为1008个，并进一步分为336个小区标识群，对应336个SSS序列。每个标识群包含3个小区标识,对应3个PSS序列。由于DM-RS在SSB内是按照模4配置的，所以卖际PGI规划时要避免模4干扰。SSB部分子载波设置为0，是为了把PBCH. FSS. SSS在频域上错开。起保护作用。   

 SS突发集合内，SSB时间位置的集合由当gNodeB前小区配置的参数集确认决定，而频率位置则不一定在系统带宽的中,并且由较高层参数配置以支持用于ssB检测的稀gNodeB疏栅格搜索，即协议中定义了一类稀疏的同步栅格(synchronization Raster)来减少搜索时间。SSB 在整个无线帧中的时域位置以及数量取决于不同的载波频率以及子载波间隔。一个 SS突发集合中SSB的最大数量如表:

SSB频域位置：

        SSB内部结构是相对固定的，在SSB的第一个符号时间内，SSB频域范围内只有PSS信号，因此可以对它做相关检测。相反，因为SSS所在的第三个符号时间内还有PBCH,所以无法对它做时域相关检测，因此SSB结构决定了NR终端应先找到PSS位置然后通过PSS位置来获得SSS的位置，从而得到小区物理ID。PSS频域位置信息和子载波间隔SCS有关，并且SSB内包含的PSS, SSS, PBCH使用相同的循环前缀和SCSa SSB仅支持配置参数，根据SSB不同的子载波间隔，SSB有type A和type B两种。SSB type A使用15 kHz和30 kHz子载波间隔，用于载波频率小于6 GHz的情况，对应CASE A, CASE B, CASE C三种SSB格式;而SSBtype B使用120 kHz和240 kH:子载波间隔，用于载波频率大于6 GHz的情况，对应CASE D，CASE E两种SSB格式。

     实际NR小区搜索需要确定SSB具体的频域位置，而上面仅仅是一个SSB块的频域位置。在NSA模式中，UE可以通过RRC信令直接获得SSB的频点，SSB频点位于编号为10的RB的编号为0的子载波上。而在SA模式下，SSB的位置由参数和确定，如图2所示，其中POINT A为5G NR全局频域参考基点。在SA组网下，SSB RB0的0号子载波位置=+

小区搜索：

        由于5G  NR带宽相比4G大，如果NR终端仍若按照4G channel raster 100kHz进行同步信号扫描，那么时延会很大，所以在NR系统中引人了GlobalSynchronization  Channel Number(GSCN)和
synchronization raster的概念，SSB频域的位置放置于synchronization raster的整数上，低频段时可能会有一些偏移，终端以synchronization raster的间隔进行同步信号的搜索。当载波频段小于3GHz时，频率扫描间隔为1.2MHz;当载波频段在3GHz和24.25GHz之间时，频率扫描间隔为1.44MHz;当载波频段在24.25GHz和100GHz，之间时，频率扫描间隔为17.2MHz。全球同步栅格信道号GSCN频点号对应的synchronization raster由下表给出。

 基于SSB的NR小区搜索过程:

    5G NR小区搜索过程大致如下:
    (1 ) NR终端将射频接收机调谐到指定频点。
    (2)在时域对PSS做互相关检测以取得时域同步。
    (3)根据PSS对SSS做互相关检测，可以获得频域同步。
    (4)根据获得的PSS和SSS可以获得PCI，由PCI又可以进一步解码PBCH DM-RS，从而获得SSB索引号和半帧号。
    (5)最后利用对DM-RS的信道估计，终端解码PBCH并获得系统消息MIB和SIB，通过系统消息指令完成小区接入。

        基于以上原理，在SA独立组网时，通过SSB完成NR小区同步,首先要在GSCN频点上搜索到SSB块，依次获取PSS和SSS信息，通过这两个信息可以得到当前NR小区，利用这个可以知道PBCH的DM-RS频域位置，通过DM-RS即可成功解调出PBCH上的信息。由于SSB在一个周期内可能多次发送，为了获取SSB的时域信息，需要知道它接收到的SSB是第几个SSB，也即需要知道SSB索引号。然而，PBCH发送的MIB(Master Information Block)信息中并无获取SSB块索引所需的信息，SSB块索引在PBCH物理层处理时，加人了额外的编码信息比特，并通过DM-RS序列来处理。因此，在解调PBCH时，需要使用DM-RS初始序列进行盲检，成功解调后，才能获得SSB索引信息，也即获得SSB的完整的时域信息，包括帧号、子帧号、时隙号。完成对SSB的解调之后，可以确定物理下行控制信道PDCCH(也称为CORESET)，在CORESET内进行盲检以获得携带RMSI的PDSCH的时频域资源信息，最终在指定的物理资源上解码PDSCH，获得RMSI信息，从而完成NR小区搜索过程。