【5G NR】SSB

2025-06-05 18:05:04

文章目录

1. SSB概述2. SSB时频结构3. SSB时域位置3.1 SSB周期3.2 SSB突发集合3.3 SSB图样3.3.1 Case A3.3.2 Case B3.3.3 Case C3.3.4 Case D3.3.5 Case E

3.4 激活SSB

4. SSB频域位置参考文献

1. SSB概述

同步信号和物理广播信道块(Synchronization Signal and PBCH Block,SSB)由主同步信号(Primary Synchronization Signal,PSS)、辅同步信号(Secondary Synchronization Signal,SSS)和物理广播信道(Physical Broadcast Channel,PBCH)共同组成 [1]。

LTE中,PSS、SSS和PBCH位于载波中心,周期固定,且不进行波束赋形,必须覆盖整个小区(LTE中并没有SSB这一术语,但是同样有PSS、SSS和PBCH [2])。相比LTE,NR中SSB在时域和频域上的配置更加灵活,因此也更加复杂。由于NR部署在高频频段,因此基站必须使用massive-MIMO以增强覆盖。但是massive-MIMO的天线辐射图是非常窄的波束(Beam),单个波束难以覆盖整个小区。另一方面,由于硬件限制,基站往往无法同时发送多个波束以覆盖整个小区,因此NR通过波束扫描(Beam Sweeping)的方式以覆盖整个小区,即基站在多个时刻发送不同方向的波束从而覆盖整个小区,其中每个波束都需要配置PSS、SSS和PBCH,且必须同时发送,以便UE实现下行同步,如图1-1所示。因此,NR中将PSS、SSS和PBCH统称为SSB。一般情况下,SSB也称为SS/PBCH块(SS/PBCH Block)或同步信号块(Synchronization Signal Block)[3]。

图1-1. 波束扫描示意图 [2]

NR中,SSB的作用主要有两个 [3]:

用于小区搜索和同步。UE通过获取SSB,可以与小区同步时间和频率,并检测小区的物理层小区ID,即物理小区标识(Physical Cell Identifier,PCI)。 用于UE进行小区测量的参考信号:UE通过测量SSB,可以上报L1_RSRP和SSB资源指示(SS/PBCH Block Resource Indicator,SSBRI),前者用于小区选择、重选及切换等移动性管理过程,后者用于初始的波束管理。

2. SSB时频结构

时域上,每个SSB由4个连续的OFDM符号组成,OFDM符号在SSB内按照升序从0 ~ 3编号;频域上,每个SSB由240个连续的子载波(即20个RB)组成,子载波在SSB内按照升序从0 ~ 239编号,如下图2-1所示。

图2-1. SSB时频结构(TS 38.300 Figure 5.2.4-1 [1])

3GPP还定义了PSS、SSS、PBCH和PBCH DM-RS在SSB内的资源映射,如下表2-1所示。

表2-1. SSB内PSS、SSS、PBCH和PBCH DM-RS的资源配置(TS 38.211 Table 7.4.3.1-1 [4])

我们来解读一下上表2-1。需要注意的是表2-1中

l

l

l表示OFDM符号的编号,

k

k

k表示子载波的编号,这都是SSB内的编号,而非在整个资源网格上的绝对编号。

PSS: PSS在每个SSB内的第1个OFDM符号上(

l

=

0

l=0

l=0),占用SSB中间的127个子载波(

k

=

56

,

57

,

,

182

k=56,57,\cdots,182

k=56,57,⋯,182)。 SSS:SSS在每个SSB内的第3个OFDM符号上(

l

=

2

l=2

l=2),占用SSB中间的127个子载波(

k

=

56

,

57

,

,

182

k=56,57,\cdots,182

k=56,57,⋯,182)。 PBCH:

PBCH在每个SSB内的第2个和第4个OFDM符号上(

l

=

1

,

3

l=1,3

l=1,3),占用SSB全部的240个子载波(

k

=

0

,

1

,

,

239

k=0, 1, \cdots, 239

k=0,1,⋯,239)。 PBCH在每个SSB内的第3个OFDM符号上(

l

=

2

l=2

l=2),占用SSB前后各48个子载波(

k

=

0

,

1

,

,

47

,

192

,

193

,

,

239

k=0,1,\cdots,47, 192, 193,\cdots,239

k=0,1,⋯,47,192,193,⋯,239)。 PBCH DM-RS:虽然PBCH在每个SSB内的第2 ~ 4个OFDM符号上占用了

240

×

2

+

48

+

48

=

576

240 \times 2+48+48 = 576

240×2+48+48=576个子载波或者说RE(Resource Element),但是其中有

576

/

4

=

144

576/4 = 144

576/4=144个RE要用于发送DM-RS(

l

=

1

,

3

l=1,3

l=1,3:

k

=

0

+

v

,

4

+

v

,

8

+

v

,

,

236

+

v

k=0+v, 4+v, 8+v,\cdots,236+v

k=0+v,4+v,8+v,⋯,236+v;

l

=

2

l=2

l=2:

k

=

0

+

v

,

4

+

v

,

8

+

v

,

,

44

+

v

,

192

+

v

,

196

+

v

,

236

+

v

k=0+v,4+v,8+v,\cdots,44+v, 192+v,196+v,236+v

k=0+v,4+v,8+v,⋯,44+v,192+v,196+v,236+v),即DM-RS序列在所在OFDM符号上每隔4个子载波间隔分布,且有

v

v

v个子载波的频率偏移。

v

=

N

I

D

c

e

l

l

mod

4

v=N_{\rm ID}^{\rm cell}~\text{mod}~4

v=NIDcell​ mod 4:

N

I

D

c

e

l

l

N_{\rm ID}^{\rm cell}

NIDcell​表示小区的PCI。这样的设计,同频邻区的频率偏移不同,从而可以降低不同小区DM-RS之间的干扰。 Set to 0:

在每个SSB内的第1个OFDM符号上(

l

=

0

l=0

l=0),前56个子载波(

k

=

0

,

1

,

,

55

k=0, 1, \cdots, 55

k=0,1,⋯,55)和后57个子载波(

k

=

183

,

184

,

,

239

k=183, 184, \cdots, 239

k=183,184,⋯,239)不传输任何信号。这样的设计可以使PSS与其他信号之间有较大的频率间隔,以便UE把PSS与其他信号区分开来 [3]。 在每个SSB内的第3个OFDM符号上(

l

=

2

l=2

l=2),在SSS和PBCH之间各有8个(

k

=

48

,

49

,

,

55

k=48, 49, \cdots, 55

k=48,49,⋯,55)和9个子载波不传输任何信号(

k

=

183

,

184

,

,

191

k=183, 184, \cdots, 191

k=183,184,⋯,191)。这样的设计既便于把SSS和PBCH区分开来,又可以充分利用子载波资源 [3]。

PSS、SSS、PBCH和PBCH DM-RS在SSB内的资源映射如上图2-1所示。

3. SSB时域位置

3.1 SSB周期

与LTE中PSS/SSS的传输周期固定为5 ms不同,NR中SSB的传输周期从5 ms到160 ms不等。NR中,SSB的周期可以配置为5 ms、10 ms、20 ms、40 ms、80 ms和160 ms,由高层参数ssb-periodicityServingCell给出。但是,当UE在进行初始小区搜索,以及在空闲状态下作小区搜索以作移动时,UE可以假设SSB的传输周期为20 ms。这样,UE就可以知道在某个频率上搜索SSB需要停留的时间。如果UE在这段时间内没有搜索到PSS/SSS,则UE会转换到同步栅格上的下一个频率上继续搜索 [3] [5]。

注释:

较长的SSB周期可以使基站处于深度睡眠状态,从而可以达到降低基站功耗以节能的目的,也有利于节约OFDM符号等系统开销。缺点是会导致UE长时间停留在某个频率上以搜索SSB,即会增加UE开机后的搜索复杂度及搜索时间。

但是,SSB周期的增加不一定会影响用户的体验,一是因为现在终端的开关机频次较低,开机搜索复杂度和时间的适当增加并不一定会严重影响用户的体验;二是NR使用了比LTE更稀疏的同步栅格,这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增加。

在实际网络部署的时候,可以根据基站类型、业务类型等设置SSB周期。例如,宏基站覆盖范围大,接入用户多,因此可以设置较短的SSB周期以便快速同步和接入;而微基站覆盖范围小,接入用户少,因此可以设置较长的SSB周期以节约系统开销和基站功耗。再例如,对于时延要求高的uRLLC业务,可以设置较短的SSB周期;而对于时延要求不高的mMTC业务,则可以设置较长的SSB周期 [3]。

3.2 SSB突发集合

NR中,SSB通过波束扫描的方式传输,即通过时分复用的方式在不同的波束上传输SSB。一个波束扫描内SSB的集合就称作SSB突发集合(SS Burst Set)。需要指出的是,上面3.1节所说的SSB周期其实是指SSB突发集合的传输周期。但在每个SSB周期内,SSB突发集合总是被限制在5 ms的时间间隔内,要么在每个帧的前一个半帧内,要么在每个帧的后一个半帧内,如下图3-1所示 [5]。

图3-1. SSB突发集合(Figure 16.2 [5])

注释:

SSB突发集合这一术语源于3GPP早期的讨论。在3GPP早期讨论中,假设SSB组成SSB突发,而SSB突发又组成SSB突发集合。但是,中间的SSB突发这一术语最终并未被使用,而SSB突发集合这一术语被保留了下来 [5]。

3.3 SSB图样

每个SSB突发集合内的最大SSB数因频带不同而不同。SSB在每个SSB突发集合(长度为半帧)内可能的位置(因此此处的SSB称作候选SSB),即SSB图样(Pattern),具体有如下A、B、C、D、E共5种情况 [6]。

3.3.1 Case A

Case A中,子载波间隔(Sub-carrier Spacing,SCS)为15 kHz,即SCS=15 kHz,候选SSB的第一个符号在其所在半帧中的索引为

{

2

,

8

}

+

14

×

n

\{2,8\} + 14 \times n

{2,8}+14×n,如下图3-2所示(注意,该处的索引是指OFDM符号在半帧中的索引,范围为

0

0

0 ~

5

×

N

s

l

o

t

s

u

b

f

r

a

m

e

,

μ

×

N

s

y

m

b

s

l

o

t

1

5 \times N_{\rm slot}^{\rm subframe,\mu} \times N_{\rm symb}^{\rm slot}-1

5×Nslotsubframe,μ​×Nsymbslot​−1):

当载波频率小于等于3 GHz时,

n

=

0

,

1

n=0,1

n=0,1。候选SSB位于某个半帧的子帧0、1(第1个子帧和第2个子帧)上,且候选SSB的第一个符号位于这些子帧的OFDM符号2、8(第3个OFDM符号和第9个OFDM符号)上,因此每个半帧内可以传输最多4个SSB(

L

m

a

x

=

4

L_{\rm max}=4

Lmax​=4)。当载波频率在FR1内且大于3 GHz时,

n

=

0

,

1

,

2

,

3

n=0,1,2,3

n=0,1,2,3。候选SSB位于某个半帧的子帧0、1、2、3上,且候选SSB的第一个符号位于这些子帧的OFDM符号2、8上,因此每个半帧内可以传输最多8个SSB(

L

m

a

x

=

8

L_{\rm max}=8

Lmax​=8)。

图3-2. Case A(参考文献[3]中图5-4)

我们来解读一下Case A。我们知道每个半帧由5个长度为1 ms的子帧组成。当SCS=15 kHz时,每个子帧由1个时隙组成,而每个时隙又由14个OFDM符号组成。因此,当SCS=15 kHz时,每个子帧由14个OFDM符号组成。所以,当

n

=

0

,

1

n=0,1

n=0,1时,索引

{

2

,

8

}

+

14

×

n

\{2,8\} + 14 \times n

{2,8}+14×n正好落在子帧0和子帧1的OFDM符号索引范围内,且位于这些子帧的OFDM符号2和OFDM符号8上。以此类推,当

n

=

0

,

1

,

2

,

3

n=0,1,2,3

n=0,1,2,3时,索引

{

2

,

8

}

+

14

×

n

\{2,8\} + 14 \times n

{2,8}+14×n正好落在子帧0、1、2、3的OFDM符号索引范围内,且位于这些子帧的OFDM符号2和OFDM符号8上。

通过观察可以发现,Case A中,候选SSB所在时隙的OFDM符号0、1、6、7、12、13并未用于SSB。这样的设计主要是考虑到PDCCH和PUCCH的传输,以及与SCS=30 kHz的数据和控制信道共存 [3]:

OFDMA符号0、1需用于传输PDCCH,而OFDM符号12、13需用于传输PUCCH。实际上,对于所有SCS,每个时隙的前后2个OFDM符号均需保留,以传输PDCCH和PUCCH。 SCS=15 kHz的OFDM符号6和7分别对应SCS=30 kHz的OFDM符号12、13和0、1。如上所述,SCS=30 kHz的OFDM符号12、13和0、1需分别传输PUCCH和PDCCH。因此,为降低SCS=15 kHz的SSB对SCS=30 kHz的数据和控制信道的影响, SCS=15 kHz的OFDM符号6和7也需保留,如下图3-3所示。

图3-3. SCS=15 kHz和SCS=30 kHz的时隙结构(参考文献[3]中图5-5)

由于NR允许SSB与数据和控制信道使用不同的SCS,这样的设计可以保证,无论数据及其相应的控制信道使用的是SCS=15 kHz还是SCS = 30 kHz,都可以最大程度降低由于SSB的传输导致的对数据传输的影响 [3]。

3.3.2 Case B

Case B中,SCS=30 kHz,候选SSB的第一个符号在其所在半帧中的索引为

{

4

,

8

,

16

,

20

}

+

28

×

n

\{4,8,16,20\} + 28 \times n

{4,8,16,20}+28×n,如下图3-4所示:

当载波频率小于等于3 GHz时,

n

=

0

n=0

n=0。候选SSB位于某个半帧的子帧0上,且候选SSB的第一个符号位于子帧0的OFDM符号4、8、16、20上,因此每个半帧内可以传输最多4个SSB(

L

m

a

x

=

4

L_{\rm max}=4

Lmax​=4)。当载波频率在FR1内且大于3 GHz时,

n

=

0

,

1

n=0,1

n=0,1。候选SSB位于某个半帧的子帧0、1上,且候选SSB的第一个符号位于这些子帧的OFDM符号4、8、16、20上,因此每个半帧内可以传输最多8个SSB(

L

m

a

x

=

8

L_{\rm max}=8

Lmax​=8)。

图3-4. Case B(参考文献[3]中图5-6)

和Case A类似,可以参考下面的注释来理解Case B,在此我们不再赘述。不同的是,当SCS=30 kHz,每个子帧由28个OFDM符号组成。

通过观察可以发现,Case B中,偶数时隙的的前4个和后2个OFDM符号,奇数时隙的前2个和后4个OFDM符号未用于SSB。这样的设计主要是考虑到PDCCH和PUCCH的传输(如上所述,不再赘述),以及与SCS = 15 kHz的数据和控制信道共存 [3]:

SCS=15 kHz的偶数时隙的前4个OFDM符号对应SCS = 15 kHz的每个时隙的前2个OFDM符号(如图3-3所示),这2个OFDM符号需用于传输PDCCH。 SCS=15 kHz的奇数时隙的后4个OFDM符号对应SCS = 15 kHz的每个时隙的后2个OFDM符号(如图3-3所示),这2个OFDM符号需用于传输PUCCH。

为保证与SCS= 15 kHz的数据和控制信道共存,这些OFDM符号不能用于传输SSB。

3.3.3 Case C

Case C中,SCS=30 kHz,候选SSB的第一个符号在其所在半帧中的索引为

{

2

,

8

}

+

14

×

n

\{2,8\} + 14 \times n

{2,8}+14×n,如图3-5所示:

对称频谱(FDD):

当载波频率小于等于3 GHz时,

n

=

0

,

1

n=0,1

n=0,1。候选SSB位于某个半帧的子帧0上,且候选SSB的第一个符号位于子帧0中每个时隙的OFDM符号2、8上(或者说子帧0的OFDM符号2、8、16、22上),因此每个半帧内可以传输最多4个SSB(

L

m

a

x

=

4

L_{\rm max}=4

Lmax​=4)。 当载波频率在FR1内且大于3 GHz时,

n

=

0

,

1

,

2

,

3

n=0,1,2,3

n=0,1,2,3。候选SSB位于某个半帧的子帧0、1上,且候选SSB的第一个符号位于这些子帧中每个时隙的OFDM符号2、8上(或者说这些子帧的OFDM符号2、8、16、22上),因此每个半帧内可以传输最多8个SSB(

L

m

a

x

=

8

L_{\rm max}=8

Lmax​=8)。 非对称频谱(TDD):

当载波频率小于等于1.88 GHz时,

n

=

0

,

1

n=0,1

n=0,1。候选SSB位于某个半帧的子帧0上,且候选SSB的第一个符号位于子帧0中每个时隙的OFDM符号2、8上(或者说子帧0的OFDM符号2、8、16、22上),因此每个半帧内可以传输最多4个SSB(

L

m

a

x

=

4

L_{\rm max}=4

Lmax​=4)。当载波频率在FR1内且大于1.88 GHz时,

n

=

0

,

1

,

2

,

3

n=0,1,2,3

n=0,1,2,3。候选SSB位于某个半帧的子帧0、1上,且候选SSB的第一个符号位于这些子帧中每个时隙的OFDM符号2、8上(或者说这些子帧的OFDM符号2、8、16、22上),因此每个半帧内可以传输最多8个SSB(

L

m

a

x

=

8

L_{\rm max}=8

Lmax​=8)。

注释:

TDD下,载波频率界限一直在变。3GPP TS 38.213从v15.3.0版本开始,该界限从3 GHz调整为2.4 GHz。但是v16.2.0版本,该界限又调整为了2.3 GHz,而到了v16.3.0版本又调整为了1.88 GHz。

图3-5. Case C(参考文献[3]中图5-7)

和Case A类似,可以参考下面的公式来理解Case C,在此我们不再赘述。

通过观察可以发现,Case C中,候选SSB所在时隙的OFDM符号0、1、6、7、12、13未用于SSB。这样的设计主要是考虑到PDCCH和PUCCH的传输(如上所述,不再赘述),以及与SCS = 60 kHz的数据和控制信道共存。即SCS=30 kHz的OFDM符号6对应SCS=60 kHz的OFDM符号12、13,而SCS=30 kHz的OFDM符号7对应SCS=60 kHz的OFDM符号0、1,需分别传输PUCCH和PDCCH [3]。

3.3.4 Case D

Case D中,SCS=120 kHz,候选SSB的第一个符号在其所在半帧中的索引为

{

4

,

8

,

16

,

20

}

+

28

×

n

\{4,8,16,20\} + 28 \times n

{4,8,16,20}+28×n,如下图3-6所示:

当载波频率在FR2内时,

n

=

0

,

1

,

2

,

3

,

5

,

6

,

7

,

8

,

10

,

11

,

12

,

13

,

15

,

16

,

17

,

18

n=0,1,2,3,5,6,7,8,10,11,12,13,15,16,17,18

n=0,1,2,3,5,6,7,8,10,11,12,13,15,16,17,18。候选SSB位于某个半帧的子帧0、1、2、3、4上,每个半帧内可以传输最多64个SSB(

L

m

a

x

=

64

L_{\rm max}=64

Lmax​=64)。

图3-6. Case D(参考文献[3]中图5-8)

和Case A类似,可以参考下面的公式来理解Case D:

Case D共占用16个时隙对(1个时隙对包含2个时隙,共28个OFDM符号),每个时隙对包含4个SSB。4个时隙对为一组,等于1个子帧,每组之间间隔1个时隙对 [3]。

通过观察可以发现,和Case B类似,Case D中,偶数时隙的的前4个和后2个OFDM符号,奇数时隙的前2个和后4个OFDM符号未用于SSB。这样的设计主要是考虑到PDCCH和PUCCH的传输,以及与SCS = 60 kHz的数据和控制信道共存,在此不再赘述 [3]。

3.3.5 Case E

Case E中,SCS=240 kHz,候选SSB的第一个符号在其所在半帧中的索引为

{

8

,

12

,

16

,

20

,

32

,

36

,

40

,

44

}

+

56

×

n

\{8,12,16,20,32,36,40,44\} + 56 \times n

{8,12,16,20,32,36,40,44}+56×n,如图3-7所示:

当载波频率在FR2内时,

n

=

0

,

1

,

2

,

3

,

5

,

6

,

7

,

8

n=0,1,2,3,5,6,7,8

n=0,1,2,3,5,6,7,8。即,候选SSB位于某个半帧的子帧0、1、2上,每个半帧内可以传输最多64个SSB(

L

m

a

x

=

64

L_{\rm max}=64

Lmax​=64)。

图3-7. Case E(参考文献[3]中图5-9)

和Case D类似,可以参考下面的公式来理解Case E:

Case D共占用8个时隙组(1个时隙组包含4个时隙,共56个OFDM符号),每个时隙组包含8个SSB。4个时隙组为一组,等于1个子帧,每组之间间隔1个时隙组 (注:时隙组为我个人为方便表达所定义,实际并无此术语)。

通过观察可以发现,Case E中,每个时隙组的前8个OFDM符号和后8个OFDM符号未用于SSB,这主要是为了与SCS=60 kHz的数据和控制信道共存。即SCS=240 kHz的每个时隙组的前8个OFDM符号和后8个OFDM符号分别对应SCS=60 kHz的OFDM符号0、1和12、13,如下图3-8所示。而每个时隙组中偶数时隙的前4个OFDM符号和奇数时隙的后4个OFDM符号未用于SSB,这主要是为了与与SCS=120 kHz的数据和控制信道共存。即SCS=240 kHz的每个时隙组中偶数时隙的前4个OFDM符号和奇数时隙的后4个OFDM符号分别对应SCS=120 kHz的OFDM符号0、1和12、13,如下图3-8所示。

图3-8. SCS=60 kHz、SCS=120 kHz和SCS=240 kHz的时隙结构(参考文献[3]中图5-10)

下表3-1对Case A ~ Case E进行了总结。表3-1总结了在不同载波频率和SCS情况下,候选SSB在每个半帧内起始OFDM符号的索引。需要注意的是,下表3-1中的“s”(红色部分)表示候选SSB在每个半帧内起始OFDM符号的索引。

表3-1. 不同载波频率和SCS情况下,候选SSB在每个半帧内起始OFDM符号的索引 [7]

下图3-9是SCS = 15 kHz,载波频率介于3 GHz ~ 6GHz情况下的例子。

图3-9. SSB周期、SSB突发集合及SSB图样示意图(Case A) [8]

下图3-10展示了一个子帧范围内Case A ~ CaseE之间的区别和联系。从图3-10可以看出,每个时隙的最前面和最后面2个OFDM符号都不能用于SSB,这主要是为了数据和控制信道传输PDCCH和PUCCH。

图3-10. 不同SCS下的SSB时域位置(参考文献[9]中Figure 4.32)

3.4 激活SSB

SSB图样给出的是在SSB突发集合内,SSB可能的候选位置以及SSB的最大值

L

m

a

x

L_{\rm max}

Lmax​。实际激活的SSB的数量可以小于

L

m

a

x

L_{\rm max}

Lmax​。基站通过系统消息SIB1或UE专用的RRC信令的高层参数ssb-PositionsInBurst通知给UE具体是哪些SSB被激活使用 [3]:

SIB1中的ServingCellConfigCommonSIB:基站通过ServingCellConfigCommonSIB中的高层参数ssb-PositionsInBurst通知用户使用了哪些SSB,如下图3-11所示 [8]

图3-11. ServingCellConfigCommonSIB信令 [8]

inOneGroup :8位长度的位图,用于指示使用了哪些SSB。0表示未使用该SSB;1表示使用该SSB,具体如下:

频带

f

c

3

G

H

z

f_{c} \leq 3~{\rm GHz}

fc​≤3 GHz:如3.3节所述,SSB突发集合内的SSB最多为4,即

L

m

a

x

=

4

L_{\rm max}=4

Lmax​=4,因此4位足够指示使用了哪些SSB。在该情况下,只有inOneGroup中的低(左)4位有效。 频带

3

G

H

z

<

f

c

6

G

H

z

3~{\rm GHz}< f_{c} \leq 6~{\rm GHz}

3 GHz

L

m

a

x

=

8

L_{\rm max}=8

Lmax​=8,因此8位足够指示使用了哪些SSB。 频带

f

c

>

6

G

H

z

f_{c} > 6~{\rm GHz}

fc​>6 GHz:如3.3节所述,SSB突发集合内的SSB最多为64,即

L

m

a

x

=

64

L_{\rm max}=64

Lmax​=64。在该情况下,需要一个额外的字段 groupPresence 来指示使用了哪些SSB组。64个SSB可以被划分为8个组。groupPresence的最低(左)位代表索引为0 ~ 7的SSB,次低(左)位代表索引为8 ~ 15的SSB,以此类推。0表示未使用该SSB组;1表示使用该SSB组,而inOneGroup则表示每个SSB组中哪些SSB被使用,如下图3-12所示。

图3-12. inOneGroup和groupPresence图示 [8]

以上图3-12为例。上图3-12中,

g

r

o

u

p

P

r

e

s

e

n

c

e

=

{

1

0

1

0

0

0

0

0

}

groupPresence=\{1 ~ 0 ~ 1 ~ 0 ~ 0 ~ 0 ~ 0 ~ 0\}

groupPresence={1 0 1 0 0 0 0 0},

i

n

O

n

e

G

r

o

u

p

=

{

1

1

0

0

0

0

0

0

}

inOneGroup=\{1~1~0~0~0~0~0~0\}

inOneGroup={1 1 0 0 0 0 0 0},表示索引为0和2的SSB组(对应的SSB集合分别为

{

0

1

2

3

4

5

6

7

}

\{0~1~2~3~4~5~6~7\}

{0 1 2 3 4 5 6 7}和

{

16

17

18

19

20

21

22

23

}

\{16~17~18~19~20~21~22~23\}

{16 17 18 19 20 21 22 23})中的第1个和第2个SSB被使用,即索引为0、1、16、17的SSB被使用。

UE专用RRC信令中的ServingCellConfigCommon:基站通过ServingCellConfigCommon中的高层参数ssb-PositionsInBurst通知用户使用了哪些SSB,如下图3-11所示 [8]

图3-13. ServingCellConfigCommon信令 [8]

频带

f

c

3

G

H

z

f_{c} \leq 3~{\rm GHz}

fc​≤3 GHz:

L

m

a

x

=

4

L_{\rm max}=4

Lmax​=4,因此使用4位长度的shortBitmap来指示。 频带

3

G

H

z

<

f

c

6

G

H

z

3~{\rm GHz}< f_{c} \leq 6~{\rm GHz}

3 GHz

L

m

a

x

=

8

L_{\rm max}=8

Lmax​=8,因此使用8位长度的mediumBitmap来指示。 频带

f

c

>

6

G

H

z

f_{c} > 6~{\rm GHz}

fc​>6 GHz:

L

m

a

x

=

64

L_{\rm max}=64

Lmax​=64,因此使用64位长度的longBitmap来指示。

需要注意的是,两种方式应该一致,即ServingCellConfigCommonSIB中的ssb-PositionsInBurst应该和ServingCellConfigCommon中的ssb-PositionsInBurst指示使用的SSB应一致。

注释:

SSB突发集合内的SSB数量与天线的波束宽度密切相关。天线发射的波束越窄,需要配置的SSB数量越多,而波束的宽度与载波频率和天线增益有关。对于定向天线,频率越高、增益越大、波束越窄,因此需要配置的SSB数量越多。宏基站需要通过较大的天线增益和较窄的波束实现较大的覆盖范围,因此需要配置的SSB数量较多;而微基站由于覆盖范围较小,波束较窄、波束较少,因此配置的SSB数量也较少。波束数量较多的优点是可以通过波束扫描获得较大的覆盖增益,缺点是增加了系统复杂性和开销;波束较少的情况则相反。

对于配置了载波聚合的小区,SSB的数量还与小区类型有关。由于UE是在主服务小区(PCell)上进行小区搜索和随机接入,为了较少系统开销,辅小区可以不配置SSB,UE通过同一组小区内的主服务小区或主辅服务小区(PSCell)的SSB获得时间和频率同步。

另外,SSB的数量还和时隙配置有关,这是因为SSB只能配置在下行符号上 [3]。

4. SSB频域位置

频域上,SSB的子载波0相对公共资源块(Common Resource Block,CRB)

N

C

R

B

S

S

B

N_{\rm CRB}^{\rm SSB}

NCRBSSB​的子载波0偏移了

k

S

S

B

k_{\rm SSB}

kSSB​个子载波(The quantity

k

S

S

B

k_{\rm SSB}

kSSB​ is the subcarrier offset from subcarrier 0 in common resource block

N

C

R

B

S

S

B

N_{\rm CRB}^{\rm SSB}

NCRBSSB​ to subcarrier 0 of the SS/PBCH block)[4],如下图4-1所示。这里的CRB

N

C

R

B

S

S

B

N_{\rm CRB}^{\rm SSB}

NCRBSSB​就是Point A部分提到的与SSB重叠的最低的公共资源块(the lowest resource block, which overlaps with the SS/PBCH block used by the UE for initial cell selection)。

N

C

R

B

S

S

B

N_{\rm CRB}^{\rm SSB}

NCRBSSB​的值通过高层参数offsetToPointA获得,并以RB为单位来表示 [4]。

图4-1. SSB频域位置示意图-1

从上图4-1可以看出,SSB与资源网格之间不一定完全对齐,之间错开了

k

S

S

B

k_{\rm SSB}

kSSB​个子载波(注意单位是子载波,子载波间隔由所属频率范围决定,详见下面SSB type部分内容)。这是因为NR的数据信道和同步信道可以使用不同的子载波间隔配置。因此,SSB子载波0与Point A(即CRB 0的子载波0)之间偏移了

N

C

R

B

S

S

B

×

12

×

C

R

B

+

k

S

S

B

×

k

S

S

B

N_{\rm CRB}^{\rm SSB} \times 12 \times CRB的子载波间隔单位+ k_{\rm SSB} \times k_{\rm SSB}的子载波间隔单位

NCRBSSB​×12×CRB的子载波间隔单位+kSSB​×kSSB​的子载波间隔单位 kHz。

上图4-1中的SSB type A和SSB type B的定义如下 [4]:

SSB type A

适用FR1,SSB子载波间隔为15 kHz或30 kHz,即子载波间隔配置

μ

{

0

,

1

}

\mu \in \{0,1\}

μ∈{0,1}

k

S

S

B

{

0

,

1

,

2

,

,

23

}

k_{\rm SSB} \in \{0,1,2,\cdots,23\}

kSSB​∈{0,1,2,⋯,23},以15 kHz子载波间隔表示

k

S

S

B

k_{\rm SSB}

kSSB​的4个最低有效位(Least Significant Bit,LSB)由MIB中高层参数ssb-SubcarrierOffset给出,另外1个最高有效位(Most Significant Bit,MSB)由PBCH中编码的PBCH payload中的

a

ˉ

A

ˉ

+

5

\bar{a}_{\bar{A}+5}

aˉAˉ+5​给出

N

C

R

B

S

S

B

N_{\rm CRB}^{\rm SSB}

NCRBSSB​,以15 kHz子载波间隔表示 SSB type B

适用FR2,SSB子载波间隔为120 kHz或240 kHz,即子载波间隔配置

μ

{

3

,

4

}

\mu \in \{3,4\}

μ∈{3,4}

k

S

S

B

{

0

,

1

,

2

,

,

11

}

k_{\rm SSB} \in \{0,1,2,\cdots,11\}

kSSB​∈{0,1,2,⋯,11},以MIB中高层参数subCarrierSpacingCommon表示

k

S

S

B

k_{\rm SSB}

kSSB​的4个最低有效位由MIB中高层参数ssb-SubcarrierOffset给出

N

C

R

B

S

S

B

N_{\rm CRB}^{\rm SSB}

NCRBSSB​,以60 kHz子载波间隔表示

如果ssb-SubcarrierOffset没有给出,

k

S

S

B

k_{\rm SSB}

kSSB​可以从SSB和Point A之间的频率差推断出来 [4]。有关Point A、CRB

N

C

R

B

S

S

B

N_{\rm CRB}^{\rm SSB}

NCRBSSB​、

k

S

S

B

k_{\rm SSB}

kSSB​之间的关系,可参考 [10] ~ [12]。

上面的描述只是为了说明SSB在频域上的相对位置,即SSB和CRB

N

C

R

B

S

S

B

N_{\rm CRB}^{\rm SSB}

NCRBSSB​及Point A的相对位置。实际上,NR定义了同步栅格,用于指示SSB在频域上的绝对位置,如下图4-2所示。关于同步栅格,请参考 [13]。

图4-2. SSB频域位置示意图-2 [10]

得到了SSB的频域位置,我们就可以根据上述的相对位置关系反推出Point A的位置,具体可以参考 [12] [14]。

参考文献

[1]: 3GPP TS 38.300, NR; NR and NG-RAN Overall Description; Stage 2

[2]: http://www.sharetechnote.com/html/5G/5G_SS_Block.html

[3]: 5G NR物理层规划与设计

[4]: 3GPP TS 38.211, NR; Physical channels and modulation

[5]: 5G NR: the Next Generation Wireless Access Technology

[6]: 3GPP TS 38.213, NR; Physical layer procedures for control

[7]: http://www.sharetechnote.com/html/5G/5G_FrameStructure.html#SS_PBCH_FrequencyDomainResourceAllocation

[8]: https://howltestuffworks.blogspot.com/search?q=SSB

[9]: 5G NR: Architecture, Technology, Implementation, and Operation of 3GPP New Radio Standards

[10]: https://blog.csdn.net/wowricky/article/details/102986189

[11]: https://blog.csdn.net/kakamilan/article/details/97616321

[12]: http://www.sharetechnote.com/html/5G/5G_ResourceBlockIndexing.html

[13]: https://blog.csdn.net/Graduate2015/article/details/118736654

[14]: https://blog.csdn.net/travel_life/article/details/110038572?spm=1001.2014.3001.5501