【5G PHY】5G SS/PBCH块介绍（一）-CSDN博客

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本人就职于国际知名终端厂商负责modem芯片研发。
在5G早期负责终端数据业务层、核心网相关的开发工作目前牵头6G算力网络技术标准研究。


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5G SS/PBCH块介绍一

一、为什么要引入SS/PBCH块

       LTE的PSS、SSS和PBCH位于载波的中心周期是固定的且不进行波束赋形必须覆盖整个小区。NR部署在高频段时基站必须使用massive-MIMO天线以增强覆盖但是massive-MIMO天线会导致天线辐射图非常狭窄单个波束不足以覆盖整个小区。同时受限于硬件基站往往不能同时发送多个波束来覆盖整个小区因此NR通过波束扫描的方法覆盖整个小区即基站在某一个时刻只发送一个或几个波束方向通过在多个时刻发送不同方向的波束来覆盖整个小区。在每个波束中都要配置PSS、SSS和PBCH以便UE实现下行同步PSS、SSS和PBCH必须同时发送简称SS/PBCH块简称SSB。
       SSB有两个作用第一个是小区搜索第二个是UE进行小区测量的参考信号。通过测量SSBUE可以上报L1-RSRP和SS/PBCH块的资源指示。其中L1-RSRP用于小区选择、小区重选和切换等移动性管理过程SS/PBCH块的资源指示用于初始的波束管理。

二、单个SS/PBCH块占用的时频资源和时频位置

       每个SS/PBCH块在频域上由240个连续的子载波即20个RB组成子载波在SS/PBCH块内按照升序从0239进行编号在时域上由4个连续的OFDM符号组成OFDM符号在SS/PBCH块内按照升序从03进行编号单个SS/PBCH块的结构如下图所示。

       SS/PBCH块的子载波0与公共资源块$N_{CRB}^{SSB}$的子载波0之间偏移k_SSB个子载波$N_{CRB}^{SSB}$由高层参数offsetToPointA定义。

       当5G NR部署在FR1时SS/PBCH块的子载波间隔是15kHz或者30kHz占用的带宽是3.6MHz或者7.2MHzk_SSB∈012…23k_SSB的单位是SCS=15kHz这是因为SS/PBCH块的子载波间隔可能小于初始接入带宽的子载波间隔例如SS/PBCH块的SCS=15kHz初始接入带宽的SCS=30kHz因此需要在2个PRB023范围内指示子载波偏移。

       当5G NR部署在FR2时SS/PBCH块的子载波间隔是120kHz或者240kHz占用的带宽是28.8MHz或者57.6MHzk_SSB∈012…11k_SSB的单位是SCS=60kHz。这是因为SS/PBCH块的子载波间隔永远大于或等于初始接入带宽的子载波间隔仅需要在1个PRB011范围内指示子载波偏移。

       单个SS/PBCH块的子载波间隔和对应的频率范围

scs	SSB的带宽	单个SSB的持续时间	频率范围
15kHz	3.6MHz	大约285us	FR1
30kHz	7.2MHz	大约143us	FR1
120kHz	28.8MHz	大约36us	FR2
240kHz	57.6MHz	大约18us	FR2

       PSS在SS/PBCH块的第1个OFDM符号上占用SS/PBCH块中间的127个子载波两边分别有56、57个子载波不传输任何信号这样的设计使PSS与其他信号之间有较大的频率隔离便于UE把PSS与其他信号区分出来。SSS在SS/PBCH块的第3个OFDM符号上也是占用SS/PBCH块中间的127个子载波两边分别有8、9个子载波不传输任何信号这样的设计既方便把SSS与PBCH区分出来又充分利用了第3个OFDM符号上的资源。PBCH在SS/PBCH块的第24个OFDM符号上。其中第2和第4个OFDM符号上各有240个子载波第3个OFDM符号上有96个子载波因此PBCH共计有576个RE去掉PBCH的DM-RS后PBCH共有576×3/4=432个RE用于传递信息。

三、SS/PBCH Burst 集合

       与LTE的PSS/SSS固定的5ms周期不同NR的SS/PBCH块的周期是可变的SS/PBCH块的周期可以配置为5ms、10ms、20ms、40ms、80ms和160ms在每个周期内多个SS/PBCH块被限制在某一个5ms的半帧内SS/PBCH块的集合被称为是SS/PBCH突发Burst集合SS/PBCH突发集合中的每个SS/PBCH块可以用波束扫描的方式进行发送以增加小区的覆盖范围SSB突发集合内的多个SS/PBCH块以时分复用的方式发送。

       SSB的周期由高层参数ssb-periodicityServingCell通知给UE如果没有配置ssbperiodicityServingCell则UE假定SSB的周期是20ms。对于初始小区搜索由于此时UE还无法接收ssb-periodicityServingCellUE假定SSB的周期是20ms这样UE就可以知道在某个频率上搜索PSS/SSS需要停留的时间如果没有搜索到PSS/SSS则UE转换到下一个频率的同步栅格上继续搜索PSS/SSS。

       长的SSB周期可以使基站处于深度睡眠状态从而达到降低基站功耗和节能的目的也有利于节约OFDM符号等系统开销缺点是导致UE长时间停留在某个频率上以确定该频率上是否有PSS/SSS存在也即增加了UE开机后的搜索复杂度及搜索时间。不过SSB周期的增加不一定影响用户的体验这是因为智能手机开机/关机的频率大大降低开机搜索的适当增加并不会严重影响用户的体验。此外NR使用了比LTE更稀疏的同步栅格在一定程度上抵消了由于SSB周期增加所导致的搜索复杂度的加大。

四、设定SS/PBCH块周期的考虑

       尽管在初始小区搜索的时候UE假定SSB的周期是20ms但是在实际网络部署中SSB还是可以配置较短或较长的周期

• 较短的SSB周期用于连接模式下的UE便于UE快速进行小区搜索
• 较长的SSB周期有利于节约基站的功耗如果某个载波上的SSB周期大于20ms初始接入的UE有可能发现不了该载波但是该载波可被连接模式下的UE使用如在载波聚合的场景下辅载波的SSB周期配置大于20ms

       在网络实际部署的时候建议根据基站类型设置SSB的周期由于宏基站覆盖大接入的用户数较多因此可以设置较短的SSB周期以便UE快速同步和接入。而微基站由于覆盖范围小接入的用户数较少可以设置较长的SSB周期以节约系统开销和基站功耗。

       除此之外还可以根据业务需求设置SSB的周期如果某个小区承载对时延要求非常高的uRLLC业务则可以设置较短的SSB周期如果某个小区承载对时延要求不高的mMTC业务则可以设置较长的SSB周期。

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