5G学习(三)-SSB专题

初始搜索流程

UE开机后，根据NAS层指示，首选确定要选择的PLMN；

AS层根据确定的PLMN进行小区的选择和重选：

• 初始小区选择Initial cell selection：UE根据其自身支持的NR频段扫描所有的RF信道，在每个频点上，UE搜索最强的小区。

• 存储小区信息选择：根据上次存储的频点信息进行小区的选择，如果找不到合适的小区，则进行初始选择。

UE对小区的搜索和选择，首先要获取小区的下行同步信号。

SSB概念

SSB是同步信号和PBCH块(Synchronization Signal and PBCH block)组合在一起的。它由主同步信号(Primary Synchronization Signals, 简称PSS)、辅同步信号(Secondary Synchronization Signals, 简称SSS)、PBCH三部分共同组成。

SSB结构

可以从图中看到，SSB时域上共占用4个OFDM符号，频域共占用240个子载波(20个PRB)，

• PSS位于符号0的中间127个子载波。
• SSS位于符号2的中间127个子载波；为了保护PSS、SSS，它们的两端分别有不同的子载波Set 0。
• PBCH位于符号1/3，以及符号2，其中符号1/3上占0~239所有子载波，符号2上占用除去SSS占用子载波及保护SSS的子载波Set
  0以外的所有子载波。
• DM-RS位于PBCH中间，在符号1/3上，每个符号上60个，间隔4个子载波。
  为什么5G将同步信号和PBCH一起传输
  在LTE中，主辅同信号和PBCH是不一定在一起传输的，而5G中将同步信号和PBCH组成了一个整体。
  在终端开机时，先进行搜索主辅同步信号，获得下行时间频率同步，当搜索到同步信号后，获得了小区的中心频点，LTE拥有20M的带宽，当获得了小区的中心频点后，也能很轻易的获得PBCH（因为PUCH也在小区的中心频点上），但是5G的带宽最小是100M，如果不和同步信号放在一起，那么5G搜索PBCH慢。

SSB ID

在一个扫描周期内，为什么会有SSB id这个概念呢？是因为在一个周期内不只有一个SSB，所有才会有把每个SSB以ID标注起来。为什么会产生多个SSB呢？这就要从beam（波束）说起了。

波束扫描这里简单说一下，之前LTE里的波束是一个很大的范围，LTE的波束就直接对应它通信辐射的范围，但是在5G中，频率呈倍数增长，那么5G波束覆盖的范围大大减少了，那么发送一些广播信息的时候就不再采用覆盖的形式而是采用波束扫描的形式，某一个时刻将能量集中在某一个方向，那么这个方向就可以把信号发送的更远，但是其他方向接收不到信号，下一个时刻朝着另一个方向发送，最终通过波束不断的改变方向，实现整个小区的覆盖。这中扫描的时间非常的快，对于终端就是一瞬间的事情。

这里的SSB id就是为了波束扫描而设计的，这若干个SSB中每个都对应一个波束扫描的方向，最终每个方向都会有一个SSB，这若干个SSB就叫一个SSB set，一个SSB set中的所有SSB都要在同一个半帧内。SSB set的周期可以是5 10 20 40 80 160ms，这个周期会在SIB1中指示，但在初始小区搜索的时候，UE还没有收到SIB1，所以会按照默认20ms的周期搜索SSB。

SSB时域位置

根据协议中的描述，按照不同的SSB子载波间隔，一个半帧内的SSB位置会有5种不同的情况：
下图是SSB pattern：

NR根据子载波间隔的不同，将SSB的时域位置分为了5中不同的情况。以case A为例：
此时SSB的子载波间隔为15kHz，SSB的第一个符号所处的位置是2，其中当载频小于3GHz时，n=0，1，beam最大有4个，当载频在3G到6GHz时，n=0,1,2,3，beam最大有8个。从下面这个图中可以比较直观的看到SSB在一个半帧的一个时隙内的位置。其他几种情况类似不做过多介绍。那么对于不同的子载波间隔，一个SSB set里的SSB数量也不一样，可能有4个也可能有8个也可能有64个。

SSB频域位置

对于SSB频域位置的确定，有两种方式，一种是接收到了SIB1显性地指示了SSB频域位置，另一种是没用被显示地指示位置，那么将如何确定SSB的位置呢？

同步栅格（synchronization raster）

在终端刚开机时进行小区搜索时，它只能根据运营商以及终端支持的频段检测SSB信号，进行下行时频同步。

由于全局频率栅格的粒度较小导致NR-ARFCN的取值范围较大，如果直接根据全局频率栅格进行盲检，则同步时延会比较大。为了降低此过程的同步时延，专门定义了同步栅格（Synchronization Raster）的概念。同时通过全局同步信道号（GSCN，Global Synchronization Channel Number）来限定搜索范围。（UE开机时可根据同步栅格得到SSB的大致范围，然后进行盲搜来确定SSB频域位置）

例如，当频率小于3GHz，同步栅格为1.2MHz（1200KHz），意味着终端每隔1.2MHz为周期进行搜索SSB，相对应的就是GSCN编号了，他们是一一对应的关系。
下面是FR1的频带：

注意，GSCN并不是每个都配置的，在范围中设置的话是有step size的。
以下是FR2频带：

NR-ARFCN(NR Absolute Radio Frequency Channel Number)

我们知道5G的频段范围是0-100GHz，在这个宽广的频段范围内，Global frequency raster—我们暂时理解为全局频率栅格，将这个100GHz的频段划出了总共3279165个栅格，这些栅格从0开始编号，每个编号都代表着一个绝对的频域位置，这些编号就叫做NR-ARFCN。

编号和频域的位置有下列公式得出：

F（REF）是频域位置，F（REF-offs）是偏移频率值，F（Global）是栅格的间隔大小，N（REF）是编号，N（REF-Offs）偏移栅格的数量。
举个栗子：

• 编号0的栅格频域位置：F= 0 + 5KHz ( 0 - 0 ) = 0KHz
• 编号599999的栅格频域位置：F= 0 + 5KHz* ( 599999 - 0 ) = 2999995KHz
• 编号600000的栅格频域位置：F= 3000 + 5KHz* ( 600000 - 600000 ) = 3GHz

Channel raster

了解了上面的ARFCN后，那么Channel raster就是相当于ARFCN中的一系列子集，每个子集按协议包含了不等数量的ARFCN。将频域的划分粒度缩小了。

RMSI

5G NR中，支持on-demand SIB传输，考虑尽可能快速同步与接入，将必要的系统信息(minium system system information)分为两部分：MIB与RMSI（Remaining minimum system information），（除了MIB信息，剩下的不就是RMSI了嘛）其它非必要信息，有需求时再读取。可知RMSI实质是即是SIB1，通知UL freq、TDD cfg等信息。

PCI

UE进行小区搜索的目的是为了获取小区物理ID和完成下行同步，这个过程是与系统带宽无关的，UE可以直接检测和获取。当UE检测到PSS和SSS时，就能解码出物理小区ID，同时根据PSS和SSS的位置，可以确定下行的子帧时刻，完成下行同步。

每个5G小区都有一个物理小区ID（PCI）用于无线侧标识该小区，5G中的PCI规划与LTE大致相同，但却是LTE数量的两倍，5G定义了1008个物理小区ID，取值范围0~1007，它们被分成168个不同的组（记为N(1)_ID，范围是0-167），每个组又包括3个不同的组内标识（记为N(2)_ID，范围是0-2）。由如下公式表示：

UE通过检测PSS序列及SSS序列，就可以知道N(1)_ID和N(2)_ID这两个参数，从而确定PCI。

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