NR小区搜索SSB

Posted 2022-08-22 梦之未来

NR中，由于信道带宽可能非常大，如果UE按照channel Raster进行同步信号搜索，需要的时间很长，且非常耗电；因而NR引入了Synchronization raster的概念，同步信号按照同步Raster放置。

ARFCN 频点号对应Channel Raster
GSCN（Global Synchronization Channel Number）频点号对应同步Raster

如38.104中所述：

 

如上图0~100GHZ 对应0~3279165 个ARFCN，3GPP 将0~100GHZ 的频率范围划分成了3个区间，并给出了ARFCN和RF频率之间的转换关系式。NREF对应的就是NR ARFCN，RF 的参考频率就是FREF，两者的转换关系就是FREF = FREF-Offs + ΔFGlobal x ( NREF- NREF-Offs)。举个例子，NR ARFCN（NREF）= 600 000在区间B中（FREF-Offs为3000 MHz，NREF-Offs为600 000），FREF为3000 000 + 15 x ( 600 000 – 600 000) = 3000 000 kHz，即3GHz。

下图示38.101-1 FR1  FR2 ARFCN UL/DL 对应情况

 

Sync raster

 

相似的，可用GSCN描述各个频带的同步信道。如下表以n77为例，第一个GSCN为7711，属于第二个区间，根据公式可得实际频率：SSREF = 3000 + ( 7711 - 7499 ) x 1.44 MHz = 3305.28 MHz；最后一个GSCN为8329，SSREF = 3000 + ( 8329 - 7499 ) x 1.44 MHz = 4195.2 MHz。

对于第一个区间0～3000MHZ 的GSCN  虽然有N 和M 两个未知数，但是其取值是确定的N=1:2499 M=1,3,5；如果GSCN 确定的话，很容易可以试出N 和M值，进而代入公式可以知道GSCN 对应的频率。

 

以第一区间0~3000MHZ为例，N=100,M=1,3,5 及N=101，M=1,3,5时 GSCN 与频率间的对应图如下，由公式也可以看出实际上N的频率变化稍大，而M是在N确定后进行的3小步频率上的微调，进而确定的GSCN与实际频率间的映射关系。

 

SSB(SS/PBCH block )

NR中，PSS/SS 和PBCH 块 总是绑定的，因此也称为SSB block。UE在GSCN频点上，要搜索的就是SSB block 。一个SSB block，在时域上一共占用4个符号(time indices l=0~3)；在频域上分布在连续的240个子载波（20个RB）；频域由下往上，第121个SC（k = 120）的中心频率，就是SSB的GSCN对应的SSREF（同步参考频率）。另外由上表可知对于PBCH，l = 1和l = 3占用240个SC，l = 2只占用两侧各48个SC。根据上表得到的时频域分布样式如下：

SSB子载波间隔由频段范围决定：6GHZ 以下(FR1) scs支持15或30kHz，6GHZ以上(FR2)支持120或240khz.

UE 首先要搜索PSS 主同步信号，UE从PSS获知N_ID_(2)，从SSS获知N_ID_(1)，则小区ID（PCI，Physical Cell Identifier）：N_cell_ID = 3 x N_ID_(1) + N_ID_(2)。由N_(2)_ID取值范围为 0 , 1 , 2 ，N_(1)_ID取值范围为 0 , 1 , …  335 ，NR共有336 x 3 = 1008个N_cell_ID，取值范围为 0 , 1 , … , 1007 。

对于FR1大部分频带只支持一种SSB SCS，UE确定了频带，就同时知道了SSB SCS。但也有部分频带n5/n41/n66/n90支持两种SSB SCS（15 kHz和30 kHz），UE需要用两种SCS分别进行盲检，以确定小区的SSB SCS。FR2 n257/258/259/260/261 都支持120/240khz，这时就只能分别试试一遍确定SCS。

下面分别介绍下SSB 中的PSS/SSS/PBCH。

PSS

PSS和SSS分别是主同步信号和辅同步信号，PSS和SSS对应的序列在38.211 中有介绍，基本上是相对确定的，UE可以比较容易的检测出来。

NR 的PSS是长度为127的伪随机序列(BPSK M序列)，频域上占用127个SC。

如上图初始值x(6)、x(5)、x(4)、x(3)、x(2)、x(1)、x(0)分别为1、1、1、0、1、1、0，之后通过x( i+7 ) = ( x( i+4 )+x( i ) ) mod 2递推得到初始序列 x(n)。由m=(n+43*N_ID_(2))mod 127可以看出，之后再通过N_ID_(2)对初始序列进行循环移位处理得到最后的PSS 序列。至此搜到PSS后，UE就可以确定SSB 的子载波间隔和N_ID_(2)。

SSS

SSS也是长度为127的伪随机序列(占用127个SC)。区别是SSS需要两个多项式分别生成两个初始序列，然后在循环移位时分别加入N_ID_(1)和N_ID_(2)。相似的，SSS输出序列也是相对确定的，此时N_ID_(1)已知，根据N_ID_(2)的不同取值，UE就可以成功检出SSS。至此UE就知道了Cell ID N_cell_ID，下一步要解调PBCH信道。

PBCH 

要解调PBCH信道，要先确定PBCH 信道和DM-RS频域位置。

在频域上，各个DM-RS间隔4个SC，初始偏移v由N_cell_ID确定(v = N_cell_ID mod 4)。

由上表可知在l = 1和l = 3处，DM-RS在频域上的位置为k = 0 + v，4 + v，…，236 + v；在l = 2处，位置为k = 0 + v，4 + v，…，44 + v，192 + v，196 + v，…，236 + v。

以v=1为例，PBCH DMRS在频域子载波的分布情况如下

SSB patterns

38.213 4.1

从时域上看，SSB在一个SSB burst周期半帧5ms内，根据pattern的不同可以发送多次，最大发送次数记为L；SSB 是与波束关联的，不同的SSB波束在空间发送就完成了小区的覆盖。

协议定义了5种SSB Pattern（SSB分布样式）：在FR1中，可用Case A、Case B和Case C，在FR2中，可用Case D和Case E。对于特定的SSB Pattern，各个SSB占用的时域资源是固定的。具体分布情况如下

CASE A：

在5ms周期内，SSB 的第一个符号索引为：

<=3G HZ 时，2,8,16,22最大发送次数L =4      (2个时隙  每个时隙有2个SSB  共4个SSB)

3G~6GHZ 之间时，2,8,16,22,30,36,44,50 最大发送次数L=8  (4个时隙  每个时隙有2个SSB  共8个SSB)

CASE B:

在5ms周期内，SSB 的第一个符号索引为

<=3G HZ 4,8,16,20  L=4

3G HZ~6G HZ   4,8,16,20,32,36,40,44  L=8

CASE C：

分不同的情况

operation without shared spectrum channel access

1 paired spectrum operation

在5ms周期内，SSB 的第一个符号索引为

<=3G HZ 时，2,8,16,22最大发送次数L =4      (2个时隙  每个时隙有2个SSB  共4个SSB)

3G~6GHZ 之间时，2,8,16,22,30,36,44,50 最大发送次数L=8  (4个时隙  每个时隙有2个SSB  共8个SSB)

2 unpaired spectrum operation

在5ms周期内，SSB 的第一个符号索引为

<=1.88 G HZ 时，2,8,16,22最大发送次数L =4      (2个时隙  每个时隙有2个SSB  共4个SSB)

1.88G~6GHZ 之间时，2,8,16,22,30,36,44,50 最大发送次数L=8  (4个时隙  每个时隙有2个SSB  共8个SSB)

operation with shared spectrum channel access

在5ms周期内，SSB 的第一个符号索引为

 2,8,16,22,30,38,44,50,58,64,72,78,86,92,100,106,114,120,128,132  L=20

以paired spectrum opeartion 为例

CASE D：

case D 是FR 2 的情况

4，8，16，20 .......... 506 最大发送次数 L=64

CASE E:

case E 也是FR 2 的情况

8，12，16，20 .......... 492 最大发送次数 L=64

对于5种case，SSB 周期内发送的最大个数L=4/8/64，每个SSB的索引从0到L-1，UE要从PBCH 块中获取当前SSB块索引信息，才能得到空口的完整下行Timing。

协议中规定：

--对于L=4，用2 bits表示SSB块索引

--对于L=8，用3 bits表示SSB块索引

--对于L=64，用6 bits表示SSB块索引

UE 解调PBCH成功后，才能得到SSB块的索引

对于大多 数频段来说,协议规定了唯一的默认SSB子载波间限,同时也规定了唯一的默认SSB模式。

38.104  Table 5.4.3.3-1  5.4.3.3-2

如之前的pattern与SSB 的映射关系图，在不同的SSB Pattern 中，SSB Index和SSB一一对应的。例如在Case A中，在子帧1的l = 2 ~ 5发送的第3个SSB，SSB INDEX就是2。

SSB Index需要UE通过PBCH的DMRS，结合PBCH payload 获得。

在5ms周期内，不同位置的SSB，PBCH携带的MIB相同，但包含的DMRS可能不同(PBCH DMRS序列需要ssb index信息参与，不同的index 产生的序列可能不同)。

PBCH 信道内容MIB

RRC层的MIB中没有SSB index 的相关信息，其主要是在PBCH信道物理层处理时，通过额外编码信息bit处理得到，如38.212中的相关描述

物理层会增加额外8个bits用于时频域参数的确定。

38.212

 

38.211

UE decode PBCH DMRS 时会得到issb杠，根据L的不同及额外编码信息就可以确定SSB index。

如果L = 4，SSB index为2 位（bit），SSB index+4*Nhf=issb杠 ；

如果L= 8，SSB index就是issb 杠；

如果L = 64，SSB index为6位，低3位和issb杠对应，高3位从PBCH（物理层）额外编码信息（a（A+5）、a（A+6）、a（A+7））获得。

PBCH 额外编码其他作用如下：

1、如果L为4或8，a（A+5）为kssb（SSB和CRB_SSB的偏移SC数量）的最高位，此时a（A+6）和a（A+7）reserved；

2、a（A+4）为半帧标识（half frame），指示SSB在前半帧还是后半帧；L=4时也要用其确定SSB index.

3、a（A）、a（A+1）、a（A+2）、a（A+3）指示SSB所在帧的SFN（System Frame Number）的低4位,而MIB中的SystemFrameNumber表示SFN的高6位，正好构成完整的SFN（10位）。

UE获得了SSB index后，结合SSB Pattern，就可以获得完整的下行timing。

转自微信公众号modem协议笔记