【一线工程师5G手稿】NR初始小区搜索与同步

以下是本篇专栏的文章目录

𝟬𝟭.

了解小区搜索与同步

很多年前有一部热播谍战片《暗算》，其中《听风》一部讲的是无线电侦听的故事。A单位一直侦听B单位的无线电台。某天B单位采取了无线电静默，改变了无线电联系的频率和时间。A单位无法继续进行侦听工作，于是请来了盲人阿炳希望借助阿炳超凡的听力帮助他们尽快找回电台。

当时的无线电通信，只要知道了对方使用的频率和通信时间，就可以拦截对方的电报。因此无线电联络经常需要更换频率和时间以甩掉侦听。因为不知道对方什么时候发报，剧中阿炳除了吃饭上厕所几乎所有的时间都在工作。

从蜂窝通信的角度来看，无线侦听类似于蜂窝通信小区搜索和同步的过程。为了与基站取得通信，终端需要在它所支持的频段内搜索可用小区并获得该小区的工作频率并与基站进行时间同步。蜂窝通信复杂度远大于点对点的无线电通信，有非常多的信令在基站与终端之间交互。首先我们看一下，NR小区搜索和同步的过程。

下图总结了NR中小区搜索设计的主要概念。

● 物理信号

物理层需要一些确定的已知的信号来进行同步以及信道估计，这种信号就是物理信号。物理信号生成于物理层，不承载任何高层信息。例如同步信号，参考信号。小区搜索和同步过程中会接触到下图所示三种物理信号: PSS，SSS和PBCH DMRS。

● 物理信道

承载某种上层信息和业务的时频资源的统称，是无线业务在物理层的实际承载。小区搜索和同步过程中会涉及到物理广播信道(PBCH)。PBCH承载的是最基本的小区信息以及解码其他物理信道所需要的参数，下文会对这些参数进行详细介绍。下图是MathWorks给出的NR小区搜索与同步过程的框图。在获得MIB之前，需要按照下面的顺序进行解码:

这个过程后续会进行详细介绍。

NR 初始小区搜索与同步框图 [1]

● 同步信号块(Synchronization signal block)

SS block是NR小区搜索和同步机制中与LTE最大的不同之处。LTE PSS/SSS信号的周期是5ms，一帧内有两个PSS/SSS信号。PBCH的周期是40ms，每10ms发送一次，40ms内的四次PBCH发送相同的内容。LTE的同步信号以及PBCH在时域和频域的位置是固定的。下图是一个LTE帧的资源映射图，可以看出PSS/SSS的周期是5ms，PBCH的周期是10ms。

5G NR遵从‘极简’的设计规范，通过减少always-on信号的存在降低功耗。NR中引入了SS block的概念，SS block是最小的同步单元。基站可以根据传输需求灵活配置SS block的个数及其在时域和频域的位置。如下图所示，SS block长度可以不同，在时域和频域也可以处于不同的位置。

SS block 在时域及频域的灵活配置

NR标准增强了massive MIMO的支持，因此波束赋型成为了NR标准的基因。NR与LTE在小区搜索和同步过程中另外一个重要的区别是SS block不仅要完成同步的任务还要进行初始的波束扫描和波束的建立。SS burst set的设计就是波束赋型思想的一个体现。SS burst set是时域上一些SS block的集合，一个SS burst set中每个SS block除了承载同样系统参数之外还有一个唯一的SS block ID。通过波束赋型，不同SS block形成指向不同方向的波束。终端通过测量不同方向波束的接收功率从而确定基站-终端之间初始波束的方向。SS block set相关的概念如下。

𝟬𝟮.

SS Block的组成

SS block 的组成

SS/PBCH 块中PSS, SSS, PBCH, 和PBCH DM-RS的资源映射

𝟬𝟯.

物理小区号

不用于LTE 的504个物理小区号，NR定义了1008个PCI。