NR系统小区同步

目录

小区同步概述

已有方法

同步信号块SSB

主同步信号PSS

辅同步信号SSS

物理层小区ID

SSB映射方式 

SSB传输方式

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源于《NR系统同步和测量性能研究》

小区同步概述

在NR系统中，设计了用于初始访问和移动性管理的新参考信号以提供更大的灵活性，即同步信号块（SSB）和信道状态信息参考信号（CSI-RS）。
UE处在空闲态时（空闲模式：用户终端不与基站连接），会执行小区搜索和同步过程，目的是与基站建立连接。空闲态的UE基于SSB的测量结果做小区选择。SSB携带物理小区ID信息，可以用来判断的UE所驻留的小区。
正交平分多址（OFDMA）系统对频率和时序的错误很敏感，因此建立精确的同步以避免性能损失非常重要。

同步过程是移动终端获得无线网络的时间和频率的过程，是终端接入网络的前提，UE开机后首先需要找到合适的小区进行驻留。
当UE选择小区完成初始连接后，UE的高速移动和晶振的误差会导致定时和频率同步的偏差，所以在初始接入完成后仍需要定期进行同步跟踪和补偿。在UE下行同步的过程中最核心的一个过程就是小区搜索，用它来建立UE和基站的初始同步。

NR系统的小区搜索流程和LTE系统相似。
不同之处：

1.主要将主同步信号（PSS）序列由ZC序列改成了ｍ序列。将辅同步信号（SSS）序列由ZC序列改成了Gold序列
2.为了提升检测性能，NR系统支持多达1008个物理小区ID，是LTE系统的两倍。
NR系统遵循与LTE系统中类似的两步小区识别过程，通过检测PSS和SSS来完成小区搜索，时间同步和频率同步也通过PSS/SSS检测实现。

• 对于初始访问，NR系统定义了称为SSB的参考信号单元。一个SSB由１符号PSS，１符号SSS和２符号物理广播信道（PBCH）组成。PSS和SSS的子载波间隔范围由中心频率决定。

已有方法

• 使用互相关算法进行PSS和SSS序列检测的步骤和性能，即将接收序列与本地序列分别进行滑动相关，找到相关值的峰值即为序列的起始位置，这种方法准确率较高，但受频偏影响大。
• 部分相关算法进行PSS和SSS序列检测的步骤和性能，即对接收的PSS或SSS序列进行分组后与本地序列进行相关来降低频偏的影响，这种方法受噪声影响较大，但是抗频偏的效果好。

同步信号块SSB

小区搜索是NR终端接入网络的第一步，为了提高小区搜索的速度，5G NR引入了同步信号与广播信道的相对位置，并使用SSB进行小区搜索。在时域中，SSB由4个OFDM符号组成，时域符号索引l从0到3以递增顺序编号，分别摆放了PSS，PBCH，SSS和PBCH。
NR系统在空闲态和连接态都可以基于SSB的波束测量结果进行波束管理和移动性管理。
在5G NR系统下行链路帧中，基站以一定周期（即5/10/20/40/80/160ms）向UE发送SSB，单个SSB由PSS、SSS和带有DMRS的PBCH组成。单个SSB在时隙上跨越4个OFDM符号，在频域上跨越240个子载波，即20个PRB。 

NR系统下行同步信道包括PSS和SSS。组成PSS和SSS的m序列被映射到127个连续的子载波上，两侧分别设置8和9个子载波作为保护带宽，共占用144个子载波。PSS和SSS中心频率与PBCH的中心频率一致，即在SSB的20个PRB上映射第5个PRB到第16个PRB上。 

主同步信号PSS

基于频域的长度为127的m序列，序列个数为3。

• LTE：ZC序列（良好的自相关、互相关和峰均比特性）主要使用2GHz频段，时频偏影响相对较小。
• 5G NR：高频段情况频偏更大，ZC序列在有时频偏时相关性受影响，表现为相关峰峰值降低及虚检概率增大，因此改成m序列。

辅同步信号SSS

基于频域的长度为127的Gold序列，序列个数为336。
LTE：长度为62的ZC序列
5G NR：为了解决同周期m序列数量不多的问题，m序列异或得到Gold序列

 

物理层小区ID

物理层小区ID是在物理层上用于小区间多种信号与信道的随机化干扰的重要参数。NR系统协议定义：共有1008个唯一的物理层小区ID，分为336个唯一的物理层小区ID组，由SSS序列号决定，每个物理层小区ID组包含3个扇区ID，由PSS序列号决定。
每个物理层小区ID只属于一个ID组，因此物理层小区ID由物理层小区组编号和物理层小区的扇区编号唯一定义。 

SSB映射方式 

SSB在一个时隙内的映射方式。NR系统中一个时隙内固定14个符号，符号索引从0到13递增顺序编号。
15kHz和30kHz：每个时隙中会摆放两个SSB，分别映射在索引为2至5的符号上和8至11的符号上。
若指示一个无线帧中有4个SSB，那么这4个SSB会摆放在无线帧的前两个时隙中。
若指示一个无线帧中有8个SSB，那么这8个SSB会摆放在无线帧的前两个时隙中。

 

SSB传输方式

SSB是周期发送的，周期可配置为{5，10，20，40，80，160}ms，默认周期是20ms。

一个或多个SSB组成一个SSB burst，一个或多个SSB burst组成SSB set，SSB set的传输周期即为基站发送SSB的周期，SSB set限制在传输周期的前5ms窗口内。
基站以一定间隔发送多个SSB，每个SSB都是通过特定方向上的特定波束传输的，每个SSB可以通过SSB索引编号来标识。多个UE位于基站周围的各个位置，UE测量在一定时间段（一个SSB set的周期）中检测到每个SSB的信号强度。根据测量结果，UE可以识别信号强度最强的SSB索引，具有最强信号强度的波束携带的SSB会被UE用来进行波束管理和移动性管理。
要发送多少个不同的波束由一个SSB set内的SSB数量决定。定义SSB set内SSB的最大数量为Lmax。当载波频率低于6GHz时，Lmax为4或8，当载波频率高于6GHz时，Lmax为64。 

由于同步信号在频带中占用的带宽有限，因此可以使用带通滤波器从更大的频谱中切断同步信号，以减轻噪声和非同步信号的干扰。在NR系统中，仅通过解调PSS/SSS信号，是无法获得频域和时域资源的完全同步，必须完成PBCH的解调，才能最终达到时频资源的同步。