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NR 5G SSB介绍

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SSB(同步信号块)是4G和5G系统中用于同步信号传输的关键组成部分,由PSS(主同步信号)、SSS(辅同步信号)和PBCH(物理 BCH)三部分组成。PSS和SSS用于获取定时、偏移和小区ID信息,PBCH则提供无线帧号、与空口对齐和调度SIB1的信息。SSB的时域和频域位置通过同步栅格、GSCN和DM-RS等技术确定,不同子载波间隔下,SSB的分布和数量也有所差异。例如,15KHz间隔时,频率低于3GHz的情况下,会有4个SSB候选。

SSB概念

SSB由PSS、SSS和PBCH三部分组成。Synchronization Signals and PBCH block (简称SSB)由PSS、SSS和PBCH三部分组成。通过PSS和SSS,UE可获取定时、频偏及小区标识等信息。PBCH可提供无线帧号、空口同步信息及SIB1调度相关信息。

SSB特征

SSB在时域上占用4个OFDM符号,在频域上占用240个子载波(20个PRB),编号为0至239,如图所示: SSB的时频结构示意图

在这里插入图片描述

1、PSS位于符号0的中间127个子载波位置。
2、SSS同样位于符号2的中间127个子载波位置;为了确保PSS和SSS的可靠性,它们的两端分别设置了不同的子载波Set 0。
3、PBCH信号占据符号1/3和符号2的位置,其中在符号1/3上,它覆盖了所有0~239的子载波位置;在符号2上,它覆盖了除SSS占用的子载波位置以及保护SSS所使用的子载波Set 0之外的所有子载波位置。
4、DM-RS信号位于PBCH信号的中间部分,在符号1/3上,每个符号占据60个子载波位置,且子载波位置每隔4个子载波出现一次。其中,物理小区总共有1008个子载波位置。
5、PSS、SSS、PBCH及其相关辅助信号DM-RS均占据不同的符号位置。

PSS、SSS、PBCH及其DM-RS在SSB中占用资源(协议38.211)如下图所示:

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注:

  1. 其中,分别表示SSB内的频域索引和时域索引;
  2. 其中,其含义请参见上面DM-RS的描述;
  3. 其中,“Set 0”表示UE可假定上图中该部分的RE被设置为0。

SSB频域

对于SSB频域位置的确定,有两种方式:
1、UE未接收到显性信号指示SSB频域位置时,确定SSB的频域位置
2、UE接收到显性信号指示SSB频域位置时,确定SSB频域位置

未搜到SIB1之前的SSB频域位置

基于同步栅格(当不存在SSB位置的显示信令时,该栅格指示UE可利用的系统获取SSB的频域位置)的指示,确定SSB的频域位置。具体而言,UE在开机时可通过同步栅格获取SSB的大致频率范围,随后通过盲检进行精确定位。根据参考协议38.104,SSB的频率位置由SSBEF参数定义,其中SSBEF的编号为GSCN(全球同步通道编号),该参数明确指定了SSB的频率范围和相关参数。

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UE通过频点信息(对应GSCN)确定SSB模式(该值可确定SSB在频域中的位置),每个频带的同步栅格配置如下图所示;其中,同步栅格配置对应FR1(Frequency Range)。

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NOTE 1: SS Block pattern is defined in section 4.1 in TS 38.213 [10].

B、对应FR2(Frequnecy Range)

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NOTE 1: SS Block pattern is defined in section 4.1 in TS 38.213 [10].
对于一个SSB,UE将认为:

天线端口p = 4000用于传输PSS、SSS、PBCH及其DMRS;
对于PSS、SSS、PBCH及其DMRS具有相同的码元周期和子载波配置;
对于SSB typeA(Sub6G),子载波间隔(即对应15/30KHz)的取值为,并且以15KHz子载波间隔表示;
对于SSB typeB(mmWave),子载波间隔(即对应120/240KHz)以及(由高层subCarrierSpacingCommon提供的子载波间隔所表示)的取值为,并且以60KHz子载波间隔表示;
资源块的子载波0的中心与公共资源块的子载波0的中心一致,其中子载波间隔由高层参数subCarrierSpacingCommon提供,该公共资源块与SSB块的第一个资源块的子载波0重叠。
注:

  1. 其中表示公共资源块,即SSB所在的CRB编号,其由SIB1->ServingCellConfigCommonSIB->DownlinkConfigCommonSIB->FrequencyInfoDL-SIB->offsetToPointA参数获得;
  2. 表示公共资源块中的子载波0到SSB的子载波0的子载波偏移量,其中的低4位由MIB参数ssb-SubcarrierOffset给出;对于SSB typeA,的最高有效位由PBCH净载荷给出。如果ssb-SubcarrierOffset没有被高层提供,则的低4位来源于SSB和offsetToPointA之间的频域差;
  3. 接收到SIB1后确定周期SSB的频域位置,其SSB的周期频域位置示意图如下图所示:
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SSB时域位置

未搜到SIB1之前的SSB时域位置

通过GSCN分析,我们获得了五种SSB模式(CaseA至CaseE)。其对应的SSB时域关系如下所述:对于具有SSB的半帧(5ms),候选SSB的数目和第一个符号索引位置根据SSB的子载波间隔确定如下:注:1)以下所有案例均基于半帧;2){}中的数值表示第一个OFDM符号的位置。

  • CaseA-15KHz间隔:候选SSB的第一个符号的索引为{2, 8} + 14*n(注:由于{}有两个数,则每个1ms 1个slot内有2个SSB)。对于F(Frequent) <= 3GHz,n = 0,1(注:占2个sot,{}中也是两个数,则2ms总共有4个SSB,故Lmax = 4)。对于3GHz < F <= 6GHz,n = 0,1,2,3(即占4个slot,4ms内Lmax = 8)。
  • CaseB-30KHz间隔:候选SSB的第一个符号的索引为{4, 8, 16, 20} + 28*n(1ms内2个slot,1 slot内有2个SSB)。对于F(Frequent) <= 3GHz,n = 0(即占2个slot,1ms内故Lmax = 4)。对于3GHz < F <= 6GHz,n = 0,1,2,3(即占4个slot,2ms内Lmax = 8)。
  • CaseC-30KHz间隔:候选SSB的第一个符号的索引为{2, 8} + 14*n(1ms内2个slot,1 slot内有2个SSB)。对于F(Frequent) <= 3GHz,n = 0, 1(即占2个slot,2ms内故Lmax = 4)。对于3GHz < F <= 6GHz,n = 0,1,2,3(即占4个slot,4ms内Lmax = 8)。
  • CaseD-120KHz间隔:候选SSB的第一个符号的索引为{4, 8, 16, 20} + 28*n,对于F > 6GHz,n = 0, 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 10, 11, 12, 13, 15, 16, 17, 18(1ms内8个slot,1个slot内2个SSB,1ms占16个SSB,共4组,则4ms内Lmax = 64)。
  • CaseE-240KHz间隔:候选SSB的第一个符号的索引为{8, 12, 16, 20, 32, 36, 40, 44} + 56*n,对于F > 6GHz,n = 0, 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8 (1ms内16个slot,1个slot内2个SSB,1ms占32个SSB,共2组,则2ms内Lmax = 64)。

5种SSB模式中的每一个SSB的起始符号以及在不同频率下的SSB数量如图所示:

  • 每个子载波间隔和频率的SSB时域的起始符号
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注:表中S表示不同SSB在半帧中的起始位置。举例:当子载波间隔设定为15KHz,在CaseA配置下,当频率f不超过3GHz时,每个 slot 包含两个 SSB,整个半帧中共有4个 SSB。根据表6.5的数据,这4个 SSB的起始符号分别为s = 2,8,16,22,其时域位置示意图如下图所示:

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搜到SIB1之后的SSB时域位置

首先,通过SIB1获得SSB在时域的周期参数。接着,根据上述描述确定5个SSB模式的时域位置。A部分说明,当UE收到第一个SSB从PBCH中得到MIB后即可定位出SIB1的位置。随后,收到SIB1后即可确定后续SSB在频域的位置。同时,UE无需在整个频带上进行多址接入检测。此外,此时SSB在时域上仍有多候选,因此在SIB1中通过SIB1->ServingCellConfigCommonSIB->ssb-PositionsInBurst参数进行描述,其描述如下图所示。

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举例说明:
当子载波间隔设定为15KHz,且频率设定为小于等于3GHz时,对应SSB的时域划分情况CaseA。在这种情况下,若SSB的个数Lmax = 4,则其意图如上图所示。
在ssb-PositionInBurst中,inOneGroup的高4位有效,低4位无效。当频率设定为小于等于3GHz时,groupPresence的8bits应全为0。如果inOneGroup的8bits值为1010 0000,那么UE会检测第1个SSB0和SSB2,而不会检测SSB1和SSB3的位置。

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