5G学习笔记之小区搜索

学习材料：《5G NR标准》

1. 概述

小区搜索，终端在自己支持的频段上查找新小区的过程。终端执行小区搜索的场景有：

开机后，初始小区搜索，寻找一个小区驻留
终端移动时，寻找新的可用小区，用于移动性管理

基于SSB（Synchronization Signal Block，同步信号块）的小区搜索用于初始小区搜索，以及空闲态/非激活态/连接态的移动性管理。

另外，基于显式配置给终端的CSI-RS（Channel State Information Reference Signal，信道状态信息参考信号）的小区搜索也用于连接态的移动性管理。

小区搜索的目的：

下行同步
小区PCI
小区信号质量

2. SSB

每个NR小区会在下行周期地发送同步信号：

PSS：Primary Synchronization Signal，主同步信号。
SSS：Secondary Synchronization Signal，辅同步信号。

同步信号和PBCH（Physical Broadcast Channel，物理广播信道），一起称为SSB。

2.1 SSB结构

SSB在时域持续4个OFDM符号，在频域持续240个子载波。
PSS在SSB的第一个OFDM，频域上持续127个子载波，其余子载波为空。
SSS在SSB的第三个OFDM，频域上持续127个子载波，两边分别空8个和9个子载波。
PBCH占SSB的第二个和第四个OFDM符号，以及第三个OFDM符号SSB两端的48个子载波，共576个子载波，其中包含了用于PBCH相干解调的解调参考信号DMRS。

2.2 SSB参数集

SSB可以使用不同的参数集发送。但为了避免终端要同时搜索不同的参数集，大多数给定的频段只定义了一套SSB参数。

参数集(kHz)	SSB带宽（MHz）	SSB持续时间（us)	频率范围
15	3.6	285	FR1（< 3GHz）
30	7.26	143	FR1
120	28.8	36	FR2
240	57.6	18	FR2

2.3 SSB频域位置

在LTE中，PSS和SSS总是位于载波的中心位置，一旦找到PSS和SSS，也就找到了载波的中心频率。UE在每个载波栅格上搜索小区。

在NR中，为了更快地搜索到小区，SSB不是始终位于载波中心，而是位于某个频段内一组有限的位置，即同步栅格。UE在同步栅格上搜索小区，而非每个载波栅格。

2.4 SSB周期

在LTE中，PSS和SSS周期是5ms。

在NR中，考虑到极简设计原则，提高网络能效，SSB的周期是可配置的，取值范围为：5ms ~ 160ms。UE在搜索小区时，假定SSB至少20ms重复一次。

3. SS Burst Set

网络可能以波束扫描的方式发送SSB，即以时分复用的方式在不同的波束上发送不同的SSB。波束扫描中SSB的集合称为SS Burst Set，同步信号突发集。SSB周期，实际上也就是SS突发集周期。不同的频段，SS突发集里SSB最大数目不同：

3GHz以下，最多4个SSB。
3GHz ~ 6GHz，最多8个SSB。
FR2，最多64个SSB。

SSB持续时间取决于SSB参数集。对于低频场景，大量的SSB意味着巨大的开销，因此低频时SSB个数低；对于高频场景，每个波束宽度较窄，可能需要更多的波束。

由于SSB在时域的位置不确定，因此在SSB的PBCH中显示地提供SSB相对位置信息，即SSB时间索引，它的作用有二：

UE可以根据这个来确定帧的定时
把不同的SSB（不同的波束）和RACH时机关联，即用于随机接入过程中的波束管理。

4. PSS

UE检测到PSS，即得到了：PCI信息的一半，SSB的发送定时。

PSS包含127个子载波，映射为一个PSS序列：

{x_n} = x_n(0)， x_n(1)，...， x_n(126)

PSS有3种不同的PSS序列，分别对应一个长度为127的基序列（M序列）的不同循环移位：

x₀(n)~ = x(n)
x₁(n)~ = x(n + 43 mod 127)
x₂(n)~ = x(n + 86 mod 127)

5. SSS

UE检测到SSS，即得到了：小区PCI。

SSS序列是基于两个M序列生成的。

6. PBCH

PBCH除了包含MIB消息外，还包含：

SSB时间索引 ：由两部分组成，
1）PBCH加扰编码的隐式部分，PBCH可以采用8种不同的加扰方式，可以表示8种SSB时间索引。对于FR1而言，够了；
2）PBCH净荷里显式部分，3bit，FR2可能需要。
半帧比特：指示SSB是位于10ms（即一帧）的前5ms，还是后5ms。
SFN低4bit

在SS突然集里明确定义了每个SSB的位置，因此根据SSB时间索引和半帧比特，可以确认小区帧边界。