5G SSB(Synchronization Signal/PBCH, 同步广播块

SSB(Synchronization Signal/PBCH, 同步广播块)是5G中使用的最重要的导频信道之一,其作用关系到UE接入小区的很多方面,如小区搜索、波束测量、波束选择、波束恢复等。

1、SSB时频域结构

在5G中,SSB包括同步信号和广播信号,具体同步信号包括PSS(Primary Synchronization Signal,主同步信号)和SSS(Secondary Synchronization Signal,辅同步信号);广播信号包括PBCH Data和PBCH DMRS信号。具体SSB的时频域结构如下图所示,SSB在时域占据4个OFDM符号,在频域占据20个RB。

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    如上图所示,PSS和SSS分别位于SSB的sym0和sym2,频域上均占用127个RE,而对于sym0和sym2上20RB以内的其他空闲RE,则不能调度其他信道信号。PBCH数据和DMRS信号均位于SSB后三个符号,其中在sym2时,SSS的上下两端与PBCH分别间隔9个和8个RE,这样设计是为了在SSS和PBCH信号间留有一定的保护间隔,抑制子载波间干扰。
    下表表示SSB中各信号具体的时频域位置,在表中,l表示时域符号索引(l=0,1,2,3),k表示频域RE索引(参考点为SSB RB0的RE0,k=0,1,2...,239)。

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2、SSB时域传输

SSB的时域传输先要从SSB Burst Set(SSB块集合)说起,是指在一定周期内的多个SSB的集合,在高频,SSB Burst Set内的多个SSB可用于波束扫描,增强小区覆盖;在低频,UE也可以通过接收一个SSB Burst Set中的多个SSB进行信号合并,从而提高SSB的解调能力。

目前SSB Burst Set的周期有6种:5ms、10ms、20ms、40ms、80ms、160ms,在小区搜索过程中,假定周期为20ms,后续可在信令ServingCellConfigCommon中,对SSB Burst Set的周期通过ssb-periodicityServingCell参数进行配置,并且规定SSB Burst Set内的波束在其周期内的前5ms内发送完毕。

目前针对SSB Burst Set内的SSB时域分布情况,R15规定了5种时域图样:Case A,Case B,Case C,Case D,Case E,其中Case A-C规定FR1频带范围内的图样,Case D和Case E规定FR2频带范围的图样。具体协议内容如下:

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3、同步信号

SSB同步信号包括PSS和SSS,主要用于下行同步过程中的时域同步、频域同步和获取小区ID。下面分别对PSS和SSS进行介绍

PSS使用3条长度为127的m序列,对应PCI中N2_id的三个取值。小区PCI共有1008个取值,计算公式如下

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    PSS序列使用3条长度为127的m序列,序列生成公式如下所示

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    序列具体生成过程如下图

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在时域上,PSS位于SSB的第一个符号,在频域上占据127个RE,从第56RE到182RE,并且没有避开直流子载波。而且与LTE的PSS序列使用ZC序列不同,5G中的PSS序列使用m序列,这是因为在存在时频偏的场景,相比m序列,ZC序列的相关函数会产生较大的旁瓣,主瓣峰值也会降低,从而会带来一定的相关检测模糊性,降低检测性能,尤其是在高频场景,这种现象更为明显。

SSS使用336条长度为127的Gold序列,序列生成公式如下

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    在时域上,SSS位于SSB的第三个符号,在频域上同样占据127个RE,频域位置同PSS相同。SSS总共有1008条序列,其中每一条PSS序列对应336条SSS序列,两者相组合共同确定1008个PCI。SSS的gold序列由两个生成多项式确定,并且m1共有112种取值,由N1_id确定;m0共有9种取值,N1_id和N2_id共同确定,m0的取值与N2_id关联的目的是为了降低PCI检测错误的概率,另外,相邻m0取值间隔5,是为了降低SSS序列之间的相关性。

4、PBCH DMRS

PBCH的DMRS信号主要用于接收机处理流程中的信道估计,其DMRS序列生成如下式

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    其中c(n)由下式给定

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    且C_init值由下式确定

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上式中的N_cell_ID指小区ID;i_ssb的取值则需要根据SSB的个数分为如下两种情况

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    PBCH DMRS在SSB的第1、2、3个符号上发送,密度为3(一个RB中占用3个RE,间隔为4),具体映射的位置如下表

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    表中v表示在1个RB中,PBCH DMRS占用的第一个RE位置偏移,可取0、1、2、3共4个值,具体计算方式为:v=N_cell_id mod 4,这样做的好处是在一定程度上降低不同小区间的PBCH DMRS信号同频干扰。

5、MIB消息

PBCH主要用于MIB信息的传输,MIB信息主要用于传输SIB1的PDCCH和PDSCH相关控制信令的传输,共56个比特,具体信息如下表

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     需要注意一点,表中的MIB内容与实际信令中传输的内容是略有差异的,具体信令内容如下所示
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