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无线通信
2019/8/29 11:12

认识5G网络中的SSB

人民邮电报  张阳

系统消息设计是无线通信系统中的重要概念之一,小区级系统消息主要为了配置小区驻留、提供用户接入、互操作等一系列重要参数配置。5G NR对于系统消息进行了一定程度的简化,相比4G不仅在同步信号以及系统消息设计方面都进行了完全不同的设计,因此有必要重新认知。

有别于4G将小区下行同步信号以及物理广播信道分离设计,5G中将小区主辅同步信号(SS,Synchronization Signal)与物理广播信道(PBCH,Physical Broadcast Channel)进行了某种程度上的耦合,以SS/PBCH资源块的形式出现,简称为SSB(同步信号和PBCH块)。在4G系统中,主辅同步信号占用基带频域的位置是固定的,例如主辅同步信号PSS/SSS固定占用整个频域带宽中间连续62个RE的位置,PBCH固定占用整个频域带宽中间6个连续PRB的位置,而5G NR中SSB占用频域资源20个连续PRB,最多共计240个连续RE资源,其中主辅同步信号分别占用SSB中第1个和第3个OFDM符号中连续的127个RE资源,SSB频域中心位置可以进行属地化灵活配置调整。UE通过搜频实现SSB同步之后,解码物理广播信道中的MIB系统消息块。在LTE系统中小区除了配置MIB消息,还需要按照固定传输周期配置系统消息SIB1,以及通过SIB1传递解析一系列系统消息SIB2-SIBN的所需的必要参数配置,而5G NR提供了一种系统消息配置的优化机制,即按需所配,SIB1原则上并不一定按照固定周期配置。不过,SIB1传递的是小区选择重要相关信息,即使不按照固定周期配置,也需要通过高层RRC信令半静态进?#20449;?#32622;。由于控制信道PDCCH承载内容有限,另外小区级系统消息一般不会动态改变,在设计时一般不会采取PDCCH承载系统消息,5G NR中会通过RRC消息半静态实现配置。5G NR这种系统消息“按需所配”的设计理念极大地减少了系统消息的资源占用开销,同时终端?#37096;?#20197;一定程度上降低周期侦听系统消息所带来的功耗抬升。5G NR中通过MIB消息中的参数ssb-SubcarrierOffset来决定SIB1是否配置在PDCCH公共搜索?#21344;銫ORESET#0,该参数表征SSB的频域起始位置相对公共PRB的子载波偏置,针对FR1(sub 6GHz)频带的5G小区载频,终端结合PBCH附加表征时域载荷1比特联合确定SSB相对公共PRB的子载波偏置,取值范围0~31,如果该值不大于23,UE则认为该小区配置了系统消息SIB1,否则SIB1承载内容不以系统消息方式出现;针对FR2频带的5G小区载频,终端仅通过参数ssb-SubcarrierOffset判定子载波偏置,其取值范围0~15,如果该值不大于11,UE则认为该小区配置了系统消息SIB1,否则SIB1承载内容不以系统消息方式出现。如果该参数没?#20449;?#32622;,终端通过搜?#31561;?#23450;SSB的频域子载波偏置。

LTE中广播信道采取周期传输的机制提升解调成功率,5G NR中在时域传输中也承袭了这一设计思路,但有所不同的是,LTE的广播信道是无波束?#25215;?#25216;术的传统广播宽波束,而5G NR引入了?#25215;?#31364;波束的理念,波束的样式没有明确规定,在一个SSB传输周期内,不同候选传输时刻中SSB发送的?#25215;?#31364;波束不尽相同。协议规定SSB传输块最大为80ms产生一个,这意味着至少在80ms高层调度周期内,SSB承载的高层内容不会改变。SSB的物理层传输周期可通过高层参数ssb-periodicityServingCell进?#20449;?#32622;,取值范围{5ms,10ms,20ms,40ms,80ms,160ms},设置SSB重复周期主要为了SSB传输速率匹配进行考量,周期越大意味着SSB占用时域资源减少,终端侦听周期可能相应调整拉长,如果该参数不配置,则终端默认SSB传输周期为5ms。协议规定,在初始小区选择时,终端可以假定20ms为周期搜索包含SSB的半帧,这为终端优化下行同步搜网机制提供了一种理论依据。针对不同子载波间隔,每传输半帧SSB的候选位置如下定义:

A:子载波间隔15kHz,针对FR1频带内不大于3GHz的NR载波频率,SSB的候选传输时刻可配置在0,1时隙的{2,8}OFDM位置,这样共4个候选时刻;而FR1 频带内大于3GHz的NR载波频率,SSB的候选传输时刻配置在0,1,2,3时隙的{2,8}OFDM位置,共8个候选时刻。

B:子载波间隔30kHz,针对FR1频带内不大于3GHz的NR载波频率,SSB的候选传输时刻可配置在以0时隙起始计算的{4,8,16,20}OFDM位置,这样共4个候选时刻;而FR1 频带内大于3GHz的NR载波频率,SSB的候选传输时刻配置在0,2时隙分别为起始计算的{4,8,16,20}OFDM位置,共8个候选时刻。

C:子载波间隔30kHz,5G FDD频谱模式下,针对FR1频带内不大于3GHz的NR载波频率,SSB的候选传输时刻可配置在0,1时隙的{2,8}OFDM位置,这样共4个候选时刻;而FR1 频带内大于3GHz的NR载波频率,SSB的候选传输时刻配置在0,1,2,3时隙的{2,8}OFDM位置,共8个候选时刻;5G TDD频谱模式下,针对FR1频带内不大于2.4GHz的NR载波频率,SSB的候选传输时刻可配置在0,1时隙的{2,8}OFDM位置,这样共4个候选时刻;而FR1 频带内大于2.4GHz的NR载波频率,SSB的候选传输时刻配置在0,1,2,3时隙内的{2,8}OFDM位置,共8个候选时刻。

D:子载波间隔120kHz,对于FR2频带内NR载波频率,SSB的候选传输时刻配置在0,2,4,6,10,12,14,16,20,22,24,26,30,32,34,36时隙分别为起始计算的{4,8,16,20}OFDM位置,共64个候选时刻。

E:子载波间隔240kHz,对于FR频带内NR载波频率,SSB的候选传输时刻配置在0,4,8,12,20,24,28,32时隙分别为起始计算的{8,12,16,20,32,36,40,44}OFDM位置,共64个候选时刻。

5G NR在系统架构中遵循一个重要设计理念就是系统参数设置相当灵活,在SSB中体现在子载波间隔(SCS,subcarrier spacing)可以与其他物理传输信道独立设置,但是否需要不同配置有待于实际组网环境下进一步验证。终端在开机搜网同步时,根据NR的工作频段可以确定SSB的子载波间隔以及SSB候选传输位置式样(A/B/C/D/E),如果异频载波SSB的子载波间隔通过高层信令进行传递明确为30kHz时,SSB候选传输位置式样B可扩展适用于SCS定义为仅15kHz的FR1中NR工作频带。另外,当终端被配置为FR2频带内的载波聚合或者FR1频带内连续频率的载波聚合机制时,如果网络侧提供了载波聚合任何一个小区的SSB的子载波间隔信息,终端认为这一系列载波聚合小区的SSB子载波间隔一致。

针对在半帧内传输的SSB候选位置式样ABCDE,终端可以通过解码PBCH载荷比特来确定当?#25353;?#36755;SSB的具体索引位置,对于半帧包含4个SSB候选传输位置,通过2个低比特位(LSB)确定索引,而半帧包含8个SSB候选传输位置,则通过3个低比特位(LSB)确定索引,这两种情况下PBCH索引恰恰与SSB中DMRS的高德伪随机序列初始序列索引呈一一对应的关系,终端在确定2个低比特位或者3个低比特位时并不是直接通过解码PBCH传输比特获知,而是间接通过解码DMRS进行逻辑?#25104;洹?#21322;帧包含64个SSB候选传输位置,传输SSB中DMRS的索引按照3个低比特位循环?#25104;洌?个SSB循环),终端结合3个低比特位(LSB)与PBCH载荷的3个额外高比特位(MSB)共同确定SSB的传输索引。PBCH?#34892;?#36733;荷共32比特,包含承载RRC内容23比特,这23比特中有6比特作为计算无线帧的高位6比特,除了这23比特之外,物理层额外与传输时刻相关4比特作为计算无线帧的地位4比特,1比特作为无线帧中的半帧标识,3比特作为确定SSB索引的高位3比特,剩余1比特协议没作规定,MAC层实体为了与传输字节对齐进行填补。

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