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SSB概念

SSB是同步信號和PBCH塊(Synchronization Signal and PBCH block)組合在一起的。它由主同步信號(Primary Synchronization Signals, 簡稱PSS)、輔同步信號(Secondary Synchronization Signals, 簡稱SSS)、PBCH三部分共同組成。

終端開機過程

• UE 開機，在可能存在LTE小區的幾個中心頻點上接收信號（PSS-主同步信號），以接收信號強度來判斷這個頻點周圍是否可能存在小區，如果UE保存了上次關機時的頻點和運營商信息，則開機后會先在上次駐留的小區上嘗試；如果沒有，就要在劃分給5G系統的頻帶范圍內做全頻段掃描，發現信號較強的頻點去嘗試；

• 在5G中，主和輔同步信號是放在一個SS Block中的。SSB中除了同步信號還有PBCH。-----這個我們后面再說。

• 在中心頻點（LTE中SSB的頻域位置就是在這個位置，且固定，但是5G不一樣啦）周圍搜PSS（主同步信號），它占用了20個RB，因此可以兼容所有的系統帶寬，信號以5ms為周期重復，可以得到小區組里小區ID，同時確定TTI的邊界。

  UE實現了eNB定時同步

• 當然要完成小區搜索，僅僅接收PBCH是不夠的，因為PBCH只攜帶了有限的系統信息，更多的系統信息是由SIB攜帶的，因此還要接收SIB，即UE接收承載PDSCH上的PBCH信息。

• 在PDCCH信道域的公共搜索空間里查找發送到SI-RNTI（無線網絡標識符）的候選PDCCH，如果找到一個并通過了相關的CRC校驗，那就意味著有相應的SIB消息，于是接收PDSCH，譯碼后將SIB上報給UE的高層協議棧.

• 不斷進行接收SIB，直到接收到的SIB消息足夠。

  小區搜索過程結束

主同步序列構成

主同步序列，也是一個隨機序列，是全網統一的，因此手機很快能搜索到。這個序列的構成依賴于如下的序列：

上面的公式可以發現，x(i+7)這個序列是以7為周期，序列的前6位是固定的，此序列后面的每一位也都是固定的，也就是我們所說的全網統一的，那么序列的完整定義如下：

這整個序列一共由127位，而 ∈｛0、1、2｝則是小區ID的后2個比特，也就是說小區ID的后三個比特，決定了同步序列的在三個不同位置的開始（是在127個比特內分三段循環的，3個循環移位位置為0/43/86）

PSS映射到12個PRB中間的連續127個子載波，占用144個子載波，兩側分別為8/9個SC作為guard band，以零功率發送。

輔同步序列構成

和主同步序列一樣也是一個隨機序列，是全網同意的，且依賴以下兩個序列：

依然沒有變量，全世界唯一，輔同步信號構成了下面的公式：

同樣也可以發現，變量只有一個這個東西是小區ID的除了最后散文的前125個比特。

NR中，1008個唯一的物理層小區ID由下公式確定(Cell ID一共是0到1007這個數字)：

SSB結構

可以從圖中看到，SSB時域上共占用4個OFDM符號，頻域共占用240個子載波(20個PRB)，

• PSS位于符號0的中間127個子載波。
• SSS位于符號2的中間127個子載波；為了保護PSS、SSS，它們的兩端分別有不同的子載波Set 0。
• PBCH（里面由MIB消息，可以得到系統幀號和帶寬信息以及天線配置）位于符號1/3，以及符號2，其中符號1/3上占0~239所有子載波，符號2上占用除去SSS占用子載波及保護SSS的子載波Set
  0以外的所有子載波。
• DM-RS位于PBCH中間，在符號1/3上，每個符號上60個，間隔4個子載波。
  為什么5G將同步信號和PBCH一起傳輸
  在LTE中，主輔同信號和PBCH是不一定在一起傳輸的，而5G中將同步信號和PBCH組成了一個整體。
  在終端開機時，先進行搜索主輔同步信號，獲得下行時間頻率同步，當搜索到同步信號后，獲得了小區的中心頻點，LTE擁有20M的帶寬，當獲得了小區的中心頻點后，也能很輕易的獲得PBCH（因為PUCH也在小區的中心頻點上），但是5G的帶寬最小是100M，如果不和同步信號放在一起，那么5G搜索PBCH慢。

SSB ID

我們一直提一個說法就是上行失去同步，從來沒有說過下行失步，因為下行天然就是同步的，因為就像燈塔一樣的基站，一直在廣播SSB信號。

在一個掃描周期內，為什么會有SSB id這個概念呢？是因為在一個周期內不只有一個SSB，所有才會有把每個SSB以ID標注起來。為什么會產生多個SSB呢？這就要從beam（波束）說起了。

波束掃描這里簡單說一下，之前LTE里的波束是一個很大的范圍，LTE的波束就直接對應它通信輻射的范圍，但是在5G中，頻率呈倍數增長，那么5G波束覆蓋的范圍大大減少了，那么發送一些廣播信息的時候就不再采用覆蓋的形式而是采用波束掃描的形式，某一個時刻將能量集中在某一個方向，那么這個方向就可以把信號發送的更遠，但是其他方向接收不到信號，下一個時刻朝著另一個方向發送，最終通過波束不斷的改變方向，實現整個小區的覆蓋。這中掃描的時間非常的快，對于終端就是一瞬間的事情。

這里的SSB id就是為了波束掃描而設計的，這若干個SSB中每個都對應一個波束掃描的方向，最終每個方向都會有一個SSB，這若干個SSB就叫一個SSB set，一個SSB set中的所有SSB都要在同一個半幀內。SSB set的周期可以是5 10 20 40 80 160ms，這個周期會在SIB1中指示，但在初始小區搜索的時候，UE還沒有收到SIB1，所以會按照默認20ms的周期搜索SSB。

SSB時域位置

根據協議中的描述，按照不同的SSB子載波間隔，一個半幀內的SSB位置會有5種不同的情況：
下圖是SSB pattern：

NR根據子載波間隔的不同，將SSB的時域位置分為了5中不同的情況。以case A為例：

此時SSB的子載波間隔為15kHz，SSB的第一個符號所處的位置是2，其中當載頻小于3GHz時，n=0，1，beam最大有4個，當載頻在3G到6GHz時，n=0,1,2,3，beam最大有8個。從下面這個圖中可以比較直觀的看到SSB在一個半幀的一個時隙內的位置。其他幾種情況類似不做過多介紹。那么對于不同的子載波間隔，一個SSB set里的SSB數量也不一樣，可能有4個也可能有8個也可能有64個。

注意SSB沒有規定60kHz

SSB的子載波是獨立于其他slot的子載波的，對于UE而言，它只需要獲得SSB然后得到PBCH，通過解出PBCH，得到carrier上的普通信道的子載波的間隔，而且更短的SSB也給了在短時間內下發更多的beam方向。

時域特性

• 對于5種Case，SSB周期內發送的最大個數L=4/8/64

• 每個SSB的索引從0到L-1

• UE要從PBCH塊中獲取當前SSB索引信息，才能得到空口的完整下行Timing：（1）對于L=4，用2bit表示SSB塊索引（2）對于L=6，用3bit表示SSB塊索引（3）對于L=8，用6bit表示SSB塊索引

• 當UE解調PBCH后才能得到SSB塊的索引

SSB頻域位置

對于SSB頻域位置的確定，有兩種方式，一種是接收到了SIB1顯性地指示了SSB頻域位置，另一種是沒用被顯示地指示位置，那么將如何確定SSB的位置呢？

同步柵格（synchronization raster）

在終端剛開機時進行小區搜索時，它只能根據運營商以及終端支持的頻段檢測SSB信號，進行下行時頻同步。

由于全局頻率柵格的粒度較小導致NR-ARFCN的取值范圍較大，如果直接根據全局頻率柵格進行盲檢，則同步時延會比較大。為了降低此過程的同步時延，專門定義了同步柵格（Synchronization Raster）的概念。同時通過全局同步信道號（GSCN，Global Synchronization Channel Number）來限定搜索范圍。（UE開機時可根據同步柵格得到SSB的大致范圍，然后進行盲搜來確定SSB頻域位置）

例如，當頻率小于3GHz，同步柵格為1.2MHz（1200KHz），意味著終端每隔1.2MHz為周期進行搜索SSB，相對應的就是GSCN編號了，他們是一一對應的關系。
下面是FR1的頻帶：

注意，GSCN并不是每個都配置的，在范圍中設置的話是有step size的。
以下是FR2頻帶：

NR-ARFCN(NR Absolute Radio Frequency Channel Number)

我們知道5G的頻段范圍是0-100GHz，在這個寬廣的頻段范圍內，Global frequency raster—我們暫時理解為全局頻率柵格，將這個100GHz的頻段劃出了總共3279165個柵格，這些柵格從0開始編號，每個編號都代表著一個絕對的頻域位置，這些編號就叫做NR-ARFCN。

編號和頻域的位置有下列公式得出：

F（REF）是頻域位置，F（REF-offs）是偏移頻率值，F（Global）是柵格的間隔大小，N（REF）是編號，N（REF-Offs）偏移柵格的數量。
舉個栗子：

• 編號0的柵格頻域位置：F= 0 + 5KHz ( 0 - 0 ) = 0KHz
• 編號599999的柵格頻域位置：F= 0 + 5KHz* ( 599999 - 0 ) = 2999995KHz
• 編號600000的柵格頻域位置：F= 3000 + 5KHz* ( 600000 - 600000 ) = 3GHz

Channel raster

了解了上面的ARFCN后，那么Channel raster就是相當于ARFCN中的一系列子集，每個子集按協議包含了不等數量的ARFCN。將頻域的劃分粒度縮小了。

RMSI（SIB1）

UE獲得SSB塊信息后，MIB信息有限，還不足以駐留小區和進一步發起初始接入，UE還需要得到一些”必備“的系統信息SIB。

5G NR中，支持on-demand SIB傳輸，考慮盡可能快速同步與接入，將必要的系統信息(minium system information)分為兩部分：MIB與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，有需求時再讀取。可知RMSI實質是即是SIB1，通知UL freq、TDD cfg等信息。

NR中的SIB信息，通過下行PDSCH信道發送，而PDSCH信道需要PDCCH信道的DCI來調度。故UE需要在MIB中得到調度RMSI的PDCCH信道信息，在PDCCH上進行盲檢，獲得RMSI。MIB中通過pdcch-ConfigSIB1字段，只是UE獲取RMSI調度的PDCCH的信息。

coreset 0

在NR的下行同步過程中，UE要先盲檢到SSB，然后根據SSB找到對應的CORESET0，然后在CORESET0內盲檢PDCCH，進而可以得到DCI信息，從而找到承載SIB1的PDSCH。

和LTE類似，NR中PDCCH信道有多種搜索空間，包括公共搜索空間和UE專用的搜索空間。

其中公共搜索空間Type 0 Common Search space 僅用于RMSI調度；

在NR中引入了coreset（COntrol REsource SET）,即對PDCCH信道的坐在物理資源集合的定義，一個小區PDCCH信道可以有多個coreset，而且每個coreset都有ID編號。

其中coreset 0，就是Type 0 Common Search space搜索空間(RMSI)對應的物理資源集合。

MIB中的pdcch-ConfigSIB1參考

之前我們多次提過，CORESET 0是由MIB 所配置，通過高4位索引查表可以知道CORESET 0在頻域占用的連續RB數，在時域占用的連續符號數，CORESET 0與SSB復用的類型以及偏移量；通過低4位索引查表可以知道相應PDCCH的監測時機。
先說這高4位對應的檢索表，根據SSB與PDCCH的子載波間隔以及系統最小信道帶寬的不同，共有10張檢索表，以其中某一張表的#0號索引為例，可以查得下表Table 13-1，根據表中數據可以知道CORESET0與SSB的復用類型為第1種類型，CORESET 0在頻域占用24個RB，在時域占用2個符號長度，偏移量為0個RB。

coreset offset

對于coreset offset 的作用：到目前為止，UE只獲得了SSB的時頻域位置，相當于獲得了一個參考基準，相當于坐標系的原點，這樣在尋找其他資源位置時，只需要知道一個坐標就行了，而復用類型和偏移量正是CORESET 0資源位置的粗精度坐標。

coreset 0的時頻域

在協議中定義了coreset 0和SSB的三種復用類型，pattern 1，pattern 2和pattern 3。

*圖中的時域未必完全對齊。

pattern 1

如果是pattern 1，CORESET 0和SSB采用時分復用的方式，此時UE需要監測從第n個時隙開始的兩個連續的時隙，這里的n主要由兩個參數決定（其實是4個，說多了怕大家嫌麻煩）：M和O，而這2個參數就需要使用pdcch-ConfigSIB1的低4位索引查表獲得了，相應的索引表長下面這個樣子。

得到M和O后，代入下面的公式就能計算出來。

• ：可以理解成Oms(絕對時間)，當i=0時，(即第一個SSB塊)所對應的CORESET 0搜索空間，相對于偶數幀的開始時刻偏移了Oms
• M：前后兩個SSB對應的CORESET0搜索空間的間隔，以slot為單位。
• N：每個時隙中搜索空間的個數
• i：是SSB的index

關于上面的內容再對表格Table 13-1舉幾個栗子：
以下三幅圖是Pattern 1中不同的組合：



如果是pattern 2和pattern 3，CORESET 0和SSB采用頻分復用的方式，此時UE需要監測SSB所在時隙上的頻域資源。

pattern 2

在pattern 2頻域資源示例：SSB和coreset 0子載波間隔 SCS配置{240，120}kHz時，pdcch-ConfigSIB1高4位索引對應就是下表

這里的Kssb我放在后面講的，知道記得這是用作一個子載波偏移的。這是相對于SSB所在的CRB的第一個RB的偏移,下一小節詳細講，請先看Kssb內容。

*SSB用藍色方塊表示，CORESET 0用紅色塊表示，GP用綠色塊表示，由于偏移offset是49，而CORESET 0只有48個RB，故有一個GP塊。時域占一個symbol。

pattern 3

下一具體說明一下pattern 3:
SSB和coreset 0子載波間隔SCS配置{120，120}kHz時，pdcch-ConfigSIB1高4比特索引對應表13-8如下：

對應頻域圖如下：

其他關于coreset內容請移步這里

pattern 2/3的時域資源

• 對于coreset 0，即Type 0 CSS公共搜索空間周期等于SSB塊的周期
• coreset 0和SSB塊是在同一個slot內的
• 時隙號和在下表均有定義：
  接下來兩幅圖是pattern2
  
  
  下面是pattern3：
  
  通過上面的三幅圖，可以清晰的看出pattern2和3的區別。

Kssb字段

在檢索coreset 0時，存在這樣一個問題：并不是所有的SSB都有對應的coreset 0。UE需要根據Kssb來判斷當前SSB是否有對應的CORESET 0。

為了解決這個的問題，在MIB中由關鍵字段Kssb，這個偏移量ssb-SubcarrierOffset

Kssb兩種類型

1.對于FR1：Kssb范圍0~23，子載波間隔15kHz
這里的Kssb用5比特表示，其最高位為PBCHpayload的第A+6個比特，其中A為PBCH payload大小，由高層生成，低4位由MIB中的ssb-SubcarrierOffset字段組成
**當Kssb>23時，意味著SSB對應的CORESET 0不存在

2.對于FR2：Kssb范圍0~11，子載波間隔60kHz
這里的Kssb用4比特表示，直接由MIB中的ssb-SubcarrierOffset字段組成。
**當Kssb>11時，意味著SSB對應的CORESET 0不存在

SSB對應的coreset 0不存在

在NR 中，可以在不同的頻域位置由多個SSB（用于終端測量），并不需要每個SSB都攜"帶著"coreset 0。如果UE恰巧搜索到的SSB沒有帶coreset 0，故基站最好能通知UE下一個有對應coreset 0的SSB,以便于UE快速找到RMSI,故Kssb起作用了。

• 首先通過Kssb>23/Kssb>11來快速判定SSB對應的Type 0-PDCCH CSS不存在，找不到對應的coreset 0。
• 然后通過Kssb的值，在最近的GSCN上找下一個SSB上的RMSI的搜索空間，條件時：當Kssb<=29 (FR1)或者Kssb<=13 (FR2)時，UE可以找到最近的可能攜帶coreset 0的SSB。
• 下一個SSB塊對應的GSCN上頻點：
  ：當前這個SSB的GSCN上頻點
  ：根據Kssb和MIB中的pdcch-ConfigSIB1,共同確定，查表如下：
  
• 如果在這個SSB上還是找不到CORESET 0，那么UE就需要重新搜索SSB并忽略這些已經找過的SSB頻點；
• 當Kssb=31 (FR1)或Kssb=15 (FR2)時，說明在一定頻段范圍內，所有的SSB都沒有對應的CORESET 0，此時，UE需要忽略這些頻點，重新搜索SSB。

Kssb的指示作用

除了以上說的表示當前SSB是否存在對應的CORESET 0之外，Kssb的另一個重要作用便是指示CORESET0和SSB的頻域偏移了。

由于在頻域位置上，SSB的放置位置服從synchronization raster，而PDSCH/PDCCH所在的載波中心頻率放置服從的時Channel Raster。不光如此，SSB和coreset 0（PDCCH）也可以采用不同的子載波間隔。所以，SSB子載波0和coreset 0子載波0的起始位置可能會存在多種偏移。
offset:以RB為單位，也就是我們之前的Table13-1中的offset數值。
這里Kssb指示的偏移量以kHz為單位

PCI

UE進行小區搜索的目的是為了獲取小區物理ID和完成下行同步，這個過程是與系統帶寬無關的，UE可以直接檢測和獲取。當UE檢測到PSS和SSS時，就能解碼出物理小區ID(PCI)，同時根據PSS和SSS的位置，可以確定下行的子幀時刻，完成下行同步。

每個5G小區都有一個物理小區ID（PCI）用于無線側標識該小區，5G中的PCI規劃與LTE大致相同，但卻是LTE數量的兩倍，5G定義了1008個物理小區ID，取值范圍0~1007，它們被分成168個不同的組（記為N(1)_ID，范圍是0-167），每個組又包括3個不同的組內標識（記為N(2)_ID，范圍是0-2）。由如下公式表示：

UE通過檢測PSS序列及SSS序列，就可以知道N(1)_ID和N(2)_ID這兩個參數，從而確定PCI。

總結

UE在PSS->SSS->MIB->SIB1，得到了offsetToPointA 和 kSSB, 就可以推出PointA的位置。PointA的位置在NR中是如此的重要：以Point-A為基準，為每一種SCS建立獨立的CRB/BWP網格。

參考文章

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部分參考春天工作室公眾號內容。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的5G学习(三)-SSB与初始接入的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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