5G 小区搜索与选择 (一)

1. 前言:通信原理相关:终端所接收的是数字信号大部分信息声音等本是模拟信号通过ADC(模数转换采样eg奈奎斯特采样 保持 量化归一到离散电平编码转为二进制)变为数字信号能被识别此时的数字信号即为基带信号若是我们直接把此时的基带信号进行传输即是基带传输但是由于原始数字信号的低频特性高电平”1“是低频率随距离衰减很严重、高频衰减长距离衰减、抗干扰能力弱等物理本质基本只能用于短距离的有线传输HDMI,RS-485计算机内部实验室中GPS的TOD串口并行通信等大部分并不适用于无线传输 mm。既然基带不适用于无线传输所以我们需要经过调制把它加到高频载波上变成模拟信号带通信号电磁波的形式进行频带传输这就衍生了很多调制解调的方式经过调制(PSK QAM等)后的信号经过信道此以传输媒介划分的狭义无线信道发送电磁波的接收和发射天线 长度一般是波长的1/2或1/4常见的信道划分方式包括 频率划分多路复用Frequency Division Multiple AccessFDMA、 时分复用Time Division Multiple AccessTDMA和码分复用Code Division Multiple AccessCDMA。数据变换为模拟信号的过程称为调制把数据变换为数字信号的过程称为编码。电磁波从UE天线发出后会在空气中传播遇到建筑物会反射、衍射最终到达基站天线。基站接收到电磁波后需要 “提取” 出里面的数字信号 —— 这个过程叫解调调制的逆过程波束赋形MIMO等技术应对传播损耗。2.ARFCNGSCN开始介绍前,我们可以先想象,一个场景:一个队长(基站)和很多小朋友(终端)在玩公园捉迷藏的游戏队长:站在固定位置不动蒙着眼不动每隔一段时间朝不同方向喊口令小朋友:蒙着眼在公园里乱走耳朵很灵但不知自己在哪、不知几点、不知队长在哪队长和小朋友事先约定好一套捉迷藏暗号规则:队长只站在某几颗大树下大声呼喊(GSCN),因为公园实在太大了,不能让小朋友每个地方都找一遍,提前告诉他们会在哪些固定位置呼喊SSB就是队长发出的声音,也就是Synchronization Signal Block 同步信号块5G大带宽的范围下(100M,400M等),我只需要监听某个特定的范围,就可以收到我想要的信息,这个时候就不得不提GSCNGlobal Synchronization Channel Number和ARFCNNR Absolute Radio Frequency Channel Number了,在实际工程上这两者是可以互相转化,因为最终都指向频率,但是GSCN的步长要大于ARFCN,具体如下图:协议38.104 5.4.2对于ARFCN的定义是射频参考频率对应的序号(信道号channel number)eg:ARFCN1610000Fref30000001010000*1518150MHzGSCN是为SSB(实际上是同步栅格Synchronization Raster)量身定制的,可以先看一下计算与换算:eg:GSCN:18020N18020-749910521F3000M1.44*1052118150.24对应ARFCN 1.44*10521/15 k 6000001,610,016既然有了ARFCN为什么还要GSCN呢?在终端刚开机时进行小区搜索时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较大。为了有效的降低此过程的同步时延3GPP定义了同步栅格Synchronization Raster的概念并通过全局同步信道号GSCN来限定搜索范围。 (1)FR1举例:同样的 100 MHz 带宽范围ARFCN 要扫 2 万个点GSCN 只扫几十个点。GSCN 扫完比 ARFCN 快几百倍这正是 5G 用 GSCN 做初始同步的根本原因。为了游戏的简洁,队长只规定了几棵树,而不是几百颗树下喊3. 小区搜索 38.211 38.213不同带宽配置RB数:(38.104 5.3.2)以下相关说明以400MHz带宽,子载波间隔120kHz15kHz*2^3(μ3),FR2举例3.1 时频基本概念时域统一概念:一帧(sfn)为10ms10子帧(1ms)时隙:一个子帧有2*μ8个时隙(slot),一帧80个slot,每个slot0.125ms,1s总计8000个slot,1个slot14个符号(symbol)总结下来就是symbol--slot--subframe--frame频域:1RB12SCS(子载波) 400M有效传输RB为264 有效带宽即为264*120kHz*12380.16MHzNR并没有强调RB有时域概念时频域:RE(Resource Element)1OFDM symbol * 1子载波 REG1OFDM symbol * 12子载波(Index 1、5、9的子载波映射PDCCH DMRS信号其余9个子载波映射PDCCH数据信号)1CCE6REG注:RB分为PRB(物理层概念)/VRB (MAC概念)在集中式CCE映射(非交织)两者等效,分布式CCE映射(交织)两者不等效3.2 SSBSynchronization Signal Block同步信号块小区搜索是 UE 获取与小区的时间和频率同步并检测该小区的物理层小区 ID(PCI)的过程。(38.213 4.1)SSB就像双方不知道彼此在哪,队长的呼喊,一个持续喊,一个竖起耳朵SS/PBCH BlockPSSSSSPBCHNR一共有1008个小区ID这1008个PCI分为336组每组3个。其中336组的组号用N_ID(1)表示而组内的ID号用N_ID(2)表示所以N_ID(1)的取值范围为{0...335}N_ID(2)的取值范围为{012}而PCI3 * N_ID(1) N_ID(2)。SSS发送就是N_ID(1)的循环序列而PSS发送就是N_ID(2)的循环序列所以UE解调SSS后可以获取到N_ID(1)解调PSS后可以获取到N_ID(2),通过两者可以计算出PCI。SSB时频资源如图:图片来源:5G | ShareTechnote如图可知频域上SSB占据20个RB 带宽:20*12*SCS ,频域上为4个OFDM符号学习过程中其实我有非常多的困惑,下面我将一一列举并且解释原因:1. 为什么PSS粗同步在先而不是直接把PSS/SSS合并成一个SS?2. 基站是怎么发SSB的?(什么时间用什么样的声音喊)3. 终端怎么实现帧同步和频率同步?1. 为什么PSS粗同步在先而不是直接把PSS/SSS合并成一个SS?这涉及到搜索复杂度的问题,5G小区有1008个如果合并则需要搜索1008次两级方案是先查小集合再查条件集合,3 336 339次且 SSS 阶段窗口已被 PSS 大幅收窄PSS 用 127 长 m 序列周期自相关近似冲激非零位移旁瓣≈-1低且平坦能在极低 SNR 下先把粗定时 粗 CFO(发射机载波频率 和 接收机收到的载波频率之间的差值 Δf单位 Hz。OFDM 系统LTE/5G/WiFi对 CFO 极其敏感)拿到手SSS 在“粗定时已知 CFO 已部分补偿”的条件下再检测等效工作 SNR 更高336 个候选中找峰更可靠若联合检测SSS 得在“定时未知 频偏未补偿”的原始信号上做相关CFO 会把相关峰抹平载波间干扰 幅度衰落假峰概率上升转载来源:(1)作者仰望星空 链接https://zhuanlan.zhihu.com/p/402058956 来源知乎