5G的SSB原理和结构

  1  概述

NR系统采用波束赋形技术，对每类信道和信号都会形成能量更集中、方向性更强的窄波束。但是相对宽波束（比如LTE波束），窄波束的覆盖范围有限，一个波束无法完整的覆盖小区内的所有用户，因此NR引入了波束扫描的方法来覆盖整个小区内的所有用户，即基站在某一个时刻可以发送一个波束方向，通过多个时刻发送不同方向的波束以覆盖整个小区。如图4-1所示。

图4-1 波束扫描示意图

在每个波束中，都要配置PSS、SSS、PBCH、DMRS for PBCH，以便UE实现下行同步，且PSS、SSS、PBCH、DMRS for PBCH必须同时发送。为了确保PSS、SSS、PBCH、DMRS for PBCH可以同时发送，NR系统将PSS、SSS、PBCH和DMRS for PBCH组合在一起，并称其为同步信号块SSB（SS and PBCH Block），对应的波束称为SSB波束。

  2  SSB结构

如图4-2示例，一个SSB在时域上连续占用4个符号，频域上占用20个RB（即240个子载波）。其中：

PSS和SSS在时域上分别占用SSB中的符号0和符号2，频域上分别占用127个子载波。

PBCH（含DMRS for PBCH）在时域上占用SSB中的符号1和符号3，频域上分别占用240个子载波，此外还占用符号2中两端各48个子载波。

PBCH信道占用的RE称为主信息块MIB（Master Information Block），MIB使用一条独立的RRC消息下发，在传输信道BCH上发送。由于BCH的传输格式是预定义的，所以UE无需从网络侧获取其他信息就可以直接在BCH上接收MIB，从而获取接入的必要信息。

图4-2 SSB示意图

  3  SSB频域位置

NR支持SSB的频域位置灵活配置，可通过参数配置小区SSB的频域位置。

  4  SSB时域位置

针对不同SCS（Sub-Carrier Spacing）和频段，NR给出了多种SSB在时域的Pattern，分别命名为Case A、Case B、Case C、Case D、Case E，当前支持的时域Pattern为：FDD仅支持Case A。TDD低频支持Case A、Case C。不同Pattern下，SSB的最大个数和起始符号位置不同。

  5  SSB波束

为了方便UE接收，并增加单个SSB的覆盖范围，NR会对每个SSB进行波束赋形发送，一个SSB有一个SSB index，每个SSB波束对应一个SSB index。实际使用中，可以把一个周期内的不同SSB分配到不同的波束上发送，每个SSB的发送时间不同，每个波束依次发送，这种方式叫做SSB波束扫描。SSB波束扫描是面向整个小区的。

SSB波束个数

每个SSB都有一个唯一的编号，即SSB index。对于低频，这个编号信息直接从PBCH的DMRS中获取；

小区中发送的实际SSB波束数（每个SSB波束对应一个SSB index）依赖于时隙配比和场景化波束等配置，该数目必须小于等于协议中定义的最大SSB个数，SIB1或RRC信令可以指示哪些位置没有发送SSB，这些空闲的位置，可以发送PDSCH数据。

SSB波束扫描周期

SSB调度周期为80ms，80ms内可在空口上按照既定的Case，gNodeB重复进行多次SSB波束扫描。SSB波束扫描周期可以通过参数配置，SSB波束扫描周期系统默认为20ms，在80ms内重复扫描4次，每轮扫描会在5ms内完成。SSB波束扫描周期

在初始小区选择时，UE认为gNodeB以20ms的周期进行SSB波束扫描。如果SSB波束扫描周期大于20ms，可能会增大终端搜索SSB的平均时间，这取决于UE检测SSB波束策略的实现。

图4-3 SSB时序示意图（3.5G Case C为例）