5G/NR SSB学习总结[通俗易懂]

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

6.1 SSB概念

同步信号和PBCH块(Synchronization Signal and PBCH block, 简称SSB)，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。

6.2 SSB特征

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)，编号为0~239，如图6.1所示。

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图6.1 SSB的时频结构示意图

从图6.1可看出：

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，其中子载波位置偏移为：(其中物理小区总共为1008个)。

其中PSS、SSS、PBCH及其DM-RS占用不同的符号如表6.1所示(协议38.211的7.4.3节)：

表6.1 PSS、SSS、PBCH及其DM-RS在SSB中占用资源(协议38.211 Table 7.4.3.1-1)

Channel or signal	OFDM symbol number relative to the start of an SS/PBCH block	Subcarrier number relative to the start of an SS/PBCH block
PSS	0	56, 57, …, 182
SSS	2	56, 57, …, 182
Set to 0	0	0, 1, …, 55, 183, 184, …, 239
Set to 0	2	48, 49, …, 55, 183, 184, …, 191
PBCH	1, 3	0, 1, …, 239
PBCH	2	0, 1, …, 47, 192, 193, …, 239
DM-RS for PBCH	1, 3
DM-RS for PBCH	2

注：

1) 其中和分别表示SSB内的频域索引和时域索引；

2) 其中的含义参见上面DM-RS的描述；

3) 其中“Set 0”表示UE可假定表6.1中的该部分的RE被设置为0。

6.3 SSB频域

对于SSB频域位置的确定，其有两种可能确定方式，如果UE在没收到显性指示SSB频域位置时，UE如何确定SSB的频域位置？如果显性指示SSB的频域位置，那么又是如何指示？

未搜到SIB1之前的SSB频域位置

1) 首先根据同步栅格(同步栅格指示当不存在SSB位置的显示信令时，UE可用于系统获取的SSB的频域位置(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))确定SSB的频域位置(参考协议38.104的5.4.3节)：

其中同步栅格定义了所有频率，SSB的频率位置定义为：SSBEF，其编号为GSCN(Global Synchronization Channel Number，简称GSCN)，定义所有频率范围的SSREF和GSCN的参数如表6.2所示。

表6.2 全球频率栅格的GSCN参数(协议38.104 Table 5.4.3.1-1)

Frequency range	SS block frequency position SSREF	GSCN	Range of GSCN
0 – 3000 MHz	N * 1200kHz + M * 50 kHz, N=1:2499, M ϵ {1,3,5} (Note)	3N + (M-3)/2	2 – 7498
3000 – 24250 MHz	3000 MHz + N * 1.44 MHz N= 0:14756	7499 + N	7499 – 22255
24250 – 100000 MHz	24250.08 MHz + N * 17.28 MHz N= 0:4383	22256 + N	22256 – 26639
NOTE: The default value for operating bands with SCS spaced channel raster is M=3.

2) 然后UE根据频点(对应GSCN)得到SSB pattern(该值可得到SSB的频域位置，详细见下文6.4节)，其每个频带的同步栅格如表6.3所示(对应FR1(Frequnecy Range))、表6.4(对应FR2)所示。

表6.3 每个运营频带适应的同步信号栅格(FR1)(协议38.104 Table 5.4.3.3-1)

NR Operating band	SS Block SCS	SS Block pattern1	Range of GSCN (First – <Step size> – Last)
n1	15 kHz	Case A	5279 – <1> – 5419
n2	15 kHz	Case A	4829 – <1> – 4969
n3	15 kHz	Case A	4517 – <1> – 4693
n5	15 kHz	Case A	2177 – <1> – 2230
n5	30 kHz	Case B	2183 – <1> – 2224
n7	15 kHz	Case A	6554 – <1> – 6718
n8	15 kHz	Case A	2318 – <1> – 2395
n12	15 kHz	Case A	1828 – <1> – 1858
n20	15 kHz	Case A	1982 – <1> – 2047
n25	15 kHz	Case A	4829 – <1> – 4981
n28	15 kHz	Case A	1901 – <1> – 2002
n34	15 kHz	Case A	5030 – <1> – 5056
n38	15 kHz	Case A	6431 – <1> – 6544
n39	15 kHz	Case A	4706 – <1> – 4795
n40	15 kHz	Case A	5756 – <1> – 5995
n41	15 kHz	Case A	6246 – <3> – 6717
n41	30 kHz	Case C	6252 – <3> – 6714
n50	15 kHz	Case A	3584 – <1> – 3787
n51	15 kHz	Case A	3572 – <1> – 3574
n66	15 kHz	Case A	5279 – <1> – 5494
n66	30 kHz	Case B	5285 – <1> – 5488
n70	15 kHz	Case A	4993 – <1> – 5044
n71	15 kHz	Case A	1547 – <1> – 1624
n74	15 kHz	Case A	3692 – <1> – 3790
n75	15 kHz	Case A	3584 – <1> – 3787
n76	15 kHz	Case A	3572 – <1> – 3574
n77	30 kHz	Case C	7711 – <1> – 8329
n78	30 kHz	Case C	7711 – <1> – 8051
n79	30 kHz	Case C	8480 – <16> – 8880
NOTE 1: SS Block pattern is defined in section 4.1 in TS 38.213 [10].

表6.4 每个运营频带适应的同步信号栅格(协议38.104 Table 5.4.3.3-2)

NR Operating band	SS Block SCS	SS Block pattern1	Range of GSCN (First – <Step size> – Last)
n257	120 kHz	Case D	22388 – <1> – 22558
n257	240 kHz	Case E	22390 – <2> – 22556
n258	120 kHz	Case D	22257 – <1> – 22443
n258	240 kHz	Case E	22258 – <2> – 22442
n260	120 kHz	Case D	22995 – <1> – 23166
n260	240 kHz	Case E	22996 – <2> – 23164
n261	120 kHz	Case D	22446 – <1> – 22492
n261	240 kHz	Case E	22446 – <2> – 22490
NOTE 1: SS Block pattern is defined in section 4.1 in TS 38.213 [10].

对于一个SSB，UE将认为：

– 天线端口p = 4000用于传输PSS、SSS、PBCH及其DMRS；

– 对于PSS、SSS、PBCH及其DMRS具有相同CP长度和子载波；

– 对于SSB typeA(Sub6G)，子载波间隔 $\mu =\left \{ 0, 1 \right \}$ (即对应15/30KHz)、 $k_{SSB}$ 的取值为 $k_{SSB} = \left \{ 0, 1, 2, ..., 23 \right \}$ ，并且 $N_{SSB}^{CRB}$ 以15KHz子载波间隔表示；

– 对于SSB typeB(mmWave)，子载波间隔 $\mu =\left \{ 3, 4 \right \}$ (即对应120/240KHz)、 $k_{SSB}$ (由高层subCarrierSpacingCommon提供的子载波间隔所表示)的取值为 $k_{SSB} = \left \{ 0, 1, 2, ..., 11 \right \}$ ，并且 $N_{SSB}^{CRB}$ 以60KHz子载波间隔表示；

– 资源块 $N_{SSB}^{CRB}$ 的子载波0的中心与公共资源块的子载波0的中心一致，其中子载波间隔由高层参数subCarrierSpacingCommon提供，该公共资源块与SSB块的第一个资源块的子载波0重叠。

注：

1) 其中 $N_{SSB}^{CRB}$ 表示公共资源块，即SSB所在的CRB编号，其由SIB1->ServingCellConfigCommonSIB->DownlinkConfigCommonSIB->FrequencyInfoDL-SIB->offsetToPointA参数获得；

2) $k_{SSB}$ 表示公共资源块 $N_{SSB}^{CRB}$ 中的子载波0到SSB的子载波0的子载波偏移，其中 $k_{SSB}$ 的低4位由MIB参数ssb-SubcarrierOffset给出；对于SSB typeA， $k_{SSB}$ 的最高有效位由PBCH净载荷 $a_{\bar{A} + 5}$ 给出。如果ssb-SubcarrierOffset没有被高层提供，则 $k_{SSB}$ 的低4位来源于SSB和offsetToPointA之间的频域差；

3) 接收到SIB1后确定周期SSB的频域位置，其SSB的频域位置示意图如图6.2所示。

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图6.2 SSB周期频域位置示意图

6.4 SSB时域位置

未搜到SIB1之前的SSB时域位置

根据GSCN得到了5种SSB pattern(如表6.3和6.4所示，下文的CaseA~CaseE)，其对应SSB的时域关系如下所述：

对于具有SSB的半帧(5ms)，候选SSB的数目和第一个符号索引位置根据SSB的子载波间隔确定如下(注：1)下面的case都是针对半帧而言；2){}中指示的是第1个OFDM符号位置)：

– CaseA–15KHz间隔：候选SSB的第一个符号的索引为{2, 8} + 14*n(注：由于{}有两个数，则每个1ms 1个slot内有2个SSB)。对于F(Frequent) <= 3GHz，n = 0,1(注：占2个sot，{}中也是两个数，则2ms总共有4个SSB，故Lmax = 4)。对于3GHz < F <= 6GHz，n = 0,1,2,3(即占4个slot，4ms内Lmax = 8)。

– CaseB–30KHz间隔：候选SSB的第一个符号的索引为{4, 8, 16, 20} + 28*n(1ms内2个slot，1 slot内有2个SSB)。对于F(Frequent) <= 3GHz，n = 0(即占2个slot，1ms内故Lmax = 4)。对于3GHz < F <= 6GHz，n = 0,1,2,3(即占4个slot，2ms内Lmax = 8)。

– CaseC–30KHz间隔：候选SSB的第一个符号的索引为{2, 8} + 14*n(1ms内2个slot，1 slot内有2个SSB)。对于F(Frequent) <= 3GHz，n = 0, 1(即占2个slot，2ms内故Lmax = 4)。对于3GHz < F <= 6GHz，n = 0,1,2,3(即占4个slot，4ms内Lmax = 8)。

– CaseD–120KHz间隔：候选SSB的第一个符号的索引为{4, 8, 16, 20} + 28*n，对于F > 6GHz，n = 0, 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 10, 11, 12, 13, 15, 16, 17, 18(1ms内8个slot，1个slot内2个SSB，1ms占16个SSB，共4组，则4ms内Lmax = 64)。

– CaseE–240KHz间隔：候选SSB的第一个符号的索引为{8, 12, 16, 20, 32, 36, 40, 44} + 56*n，对于F > 6GHz，n = 0, 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8 (1ms内16个slot，1个slot内2个SSB，1ms占32个SSB，共2组，则2ms内Lmax = 64)。

5种SSB pattern的每个SSB的起始符号以及在不同频率下的SSB个数如表6.5所示。

表6.5 每个子载波间隔和频率的SSB时域的起始符号

Subcarrier Spacing	OFDM Symbol (s)	f <= 3 Ghz	3 Ghz < f <= 6 Ghz	6 Ghz < f
Case A : 15 KHz	{2,8} + 14 n	n = 0,1	n = 0,1,2,3
Case A : 15 KHz	{2,8} + 14 n	s = 2,8,16,22 (Lmax = 4)	s = 2,8,16,22,30,36,44,50 (Lmax = 8)
Case B : 30 Khz	{4,8,16,20}+28n	n = 0	n = 0,1
Case B : 30 Khz	{4,8,16,20}+28n	s = 4,8,16,20 (Lmax = 4)	s = 4,8,16,20,32,36,44,48 (Lmax = 8)
Case C : 30 Khz	{2,8} + 14 n	n = 0,1	n = 0,1,2,3
Case C : 30 Khz	{2,8} + 14 n	s = 2,8,16,22 (Lmax = 4)	s = 2,8,16,22,30,36,44,50 (Lmax = 8)
Case D : 120 Khz	{4,8,16,20} + 28n			n=0, 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 10, 11, 12, 13, 15, 16, 17, 18
Case D : 120 Khz	{4,8,16,20} + 28n			s = 4,8,16,20, 32,36,44,48, 60,64,72,76, 88,92,100,104, 144,148,156,160, 172,176,184,188, 200,204,212,216, 228,232,240,244, 284,288,296,300, 312,316,324,328, 340,344,352,356, 368,372,380,384, 424,428,436,440, 452,456,464,468, 480,484,492,496, 508,512,520,524 (Lmax = 64)
Case E : 240 Khz	{8, 12, 16, 20, 32, 36, 40, 44} + 56n			n=0, 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8
Case E : 240 Khz	{8, 12, 16, 20, 32, 36, 40, 44} + 56n			s = 8,12,16,20, 32,36,40,44, 64,68,72,76, 88,92,96,100, 120,124,128,132, 144,148,152,156, 176,180,184,188, 200,204,208,212, 288,292,296,300, 312,316,320,324, 344,348,352,356, 368,372,376,380, 400,404,408,412, 424,428,432,436, 456,460,464,468, 480,484,488,492 (Lmax = 64)

注：表中S表示不同SSB在半帧中的起始位置。

举例：子载波间隔为15KHz，对应CaseA，在频率f <= 3GHz，则1 slot中有两个SSB，半帧中共4个SSB，从表6.5中可以得知，其4个SSB的起始符号分别为s = 2,8,16,22，其示意图如图6.3所示。

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图6.3 caseA，f <= 3GHz下的SSB时域位置示意图

搜到SIB1之后的SSB时域位置

1) 首先通过SIB1得到SSB在时域的周期SIB->ServingCellConfigCommonSIB->ssb->periodicityServingCellSIB参数获得；

2) 然后在根据上述描述5个SSB pattern的时域位置确定方式进行SSB具体的时域位置。

疑问

根据上述第6.3节可得到SSB的频域位置，而根据第6.4节可知，由于子载波间隔和频率的不同致使SSB的个数也不同，则UE在接收到SIB1之前通过盲检去检测SSB所有可能存在的位置，那么当UE接收到SIB1之后呢?又如何从多个SSB中确定具体的某一个？

A：当UE接收到第一个SSB从PBCH中得到MIB之后就确定了SIB1的位置，而接收到SIB1之后会确定之后SSB周期的频域位置，而UE不需要去整个频带上进行盲检。同时也确定了SSB在时域的周期，此时在时域上看，还是有多个候选的SSB，则在SIB1中通过SIB1->ServingCellConfigCommonSIB->ssb-PositionsInBurst参数进行描述，其描述如下6.4所示。

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举例说明：如果子载波间隔为15KHz，频率小于等于3GHz，那么对应第6.4节SSB时域部分CaseA，其中SSB的个数Lmax = 4，则其其意图如上述图6.3所示。那么ssb-PositionInBurst中inOneGroup高4为有效，低4位无效，而此时频率是小于等于3GHz的，那么groupPresence的8bits应全为0。假如inOneGroup的8bits = 1010 0000，那么UE就会去检测图6.3中的第1个SSB0和SSB2，而此时UE不会去检测SSB1和SSB3的位置。

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