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SSB概念

SSB是同步信号和PBCH块(Synchronization Signal and PBCH block)组合在一起的。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。

终端开机过程

• UE 开机，在可能存在LTE小区的几个中心频点上接收信号（PSS-主同步信号），以接收信号强度来判断这个频点周围是否可能存在小区，如果UE保存了上次关机时的频点和运营商信息，则开机后会先在上次驻留的小区上尝试；如果没有，就要在划分给5G系统的频带范围内做全频段扫描，发现信号较强的频点去尝试；

• 在5G中，主和辅同步信号是放在一个SS Block中的。SSB中除了同步信号还有PBCH。—–这个我们后面再说。

• 在中心频点（LTE中SSB的频域位置就是在这个位置，且固定，但是5G不一样啦）周围搜PSS（主同步信号），它占用了20个RB，因此可以兼容所有的系统带宽，信号以5ms为周期重复，可以得到小区组里小区ID，同时确定TTI的边界。

                                                  UE实现了eNB定时同步 
  

• 当然要完成小区搜索，仅仅接收PBCH是不够的，因为PBCH只携带了有限的系统信息，更多的系统信息是由SIB携带的，因此还要接收SIB，即UE接收承载PDSCH上的PBCH信息。

• 在PDCCH信道域的公共搜索空间里查找发送到SI-RNTI（无线网络标识符）的候选PDCCH，如果找到一个并通过了相关的CRC校验，那就意味着有相应的SIB消息，于是接收PDSCH，译码后将SIB上报给UE的高层协议栈.

• 不断进行接收SIB，直到接收到的SIB消息足够。

                                                   小区搜索过程结束
  

主同步序列构成

主同步序列，也是一个随机序列，是全网统一的，因此手机很快能搜索到。这个序列的构成依赖于如下的序列：

上面的公式可以发现，x(i+7)这个序列是以7为周期，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，也就是我们所说的全网统一的，那么序列的完整定义如下：

这整个序列一共由127位，而 ∈｛0、1、2｝则是小区ID的后2个比特，也就是说小区ID的后三个比特，决定了同步序列的在三个不同位置的开始（是在127个比特内分三段循环的，3个循环移位位置为0/43/86）

PSS映射到12个PRB中间的连续127个子载波，占用144个子载波，两侧分别为8/9个SC作为guard band，以零功率发送。

辅同步序列构成

和主同步序列一样也是一个随机序列，是全网同意的，且依赖以下两个序列：

依然没有变量，全世界唯一，辅同步信号构成了下面的公式：

同样也可以发现，变量只有一个这个东西是小区ID的除了最后散文的前125个比特。

NR中，1008个唯一的物理层小区ID由下公式确定(Cell ID一共是0到1007这个数字)：

SSB结构

可以从图中看到，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)，

• 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（里面由MIB消息，可以得到系统帧号和带宽信息以及天线配置）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。
  为什么5G将同步信号和PBCH一起传输
  在LTE中，主辅同信号和PBCH是不一定在一起传输的，而5G中将同步信号和PBCH组成了一个整体。
  在终端开机时，先进行搜索主辅同步信号，获得下行时间频率同步，当搜索到同步信号后，获得了小区的中心频点，LTE拥有20M的带宽，当获得了小区的中心频点后，也能很轻易的获得PBCH（因为PUCH也在小区的中心频点上），但是5G的带宽最小是100M，如果不和同步信号放在一起，那么5G搜索PBCH慢。

SSB ID

我们一直提一个说法就是上行失去同步，从来没有说过下行失步，因为下行天然就是同步的，因为就像灯塔一样的基站，一直在广播SSB信号。

在一个扫描周期内，为什么会有SSB id这个概念呢？是因为在一个周期内不只有一个SSB，所有才会有把每个SSB以ID标注起来。为什么会产生多个SSB呢？这就要从beam（波束）说起了。

波束扫描这里简单说一下，之前LTE里的波束是一个很大的范围，LTE的波束就直接对应它通信辐射的范围，但是在5G中，频率呈倍数增长，那么5G波束覆盖的范围大大减少了，那么发送一些广播信息的时候就不再采用覆盖的形式而是采用波束扫描的形式，某一个时刻将能量集中在某一个方向，那么这个方向就可以把信号发送的更远，但是其他方向接收不到信号，下一个时刻朝着另一个方向发送，最终通过波束不断的改变方向，实现整个小区的覆盖。这中扫描的时间非常的快，对于终端就是一瞬间的事情。

这里的SSB id就是为了波束扫描而设计的，这若干个SSB中每个都对应一个波束扫描的方向，最终每个方向都会有一个SSB，这若干个SSB就叫一个SSB set，一个SSB set中的所有SSB都要在同一个半帧内。SSB set的周期可以是5 10 20 40 80 160ms，这个周期会在SIB1中指示，但在初始小区搜索的时候，UE还没有收到SIB1，所以会按照默认20ms的周期搜索SSB。

SSB时域位置

根据协议中的描述，按照不同的SSB子载波间隔，一个半帧内的SSB位置会有5种不同的情况：
下图是SSB pattern：

NR根据子载波间隔的不同，将SSB的时域位置分为了5中不同的情况。以case A为例：

此时SSB的子载波间隔为15kHz，SSB的第一个符号所处的位置是2，其中当载频小于3GHz时，n=0，1，beam最大有4个，当载频在3G到6GHz时，n=0,1,2,3，beam最大有8个。从下面这个图中可以比较直观的看到SSB在一个半帧的一个时隙内的位置。其他几种情况类似不做过多介绍。那么对于不同的子载波间隔，一个SSB set里的SSB数量也不一样，可能有4个也可能有8个也可能有64个。

注意SSB没有规定60kHz

SSB的子载波是独立于其他slot的子载波的，对于UE而言，它只需要获得SSB然后得到PBCH，通过解出PBCH，得到carrier上的普通信道的子载波的间隔，而且更短的SSB也给了在短时间内下发更多的beam方向。

时域特性

• 对于5种Case，SSB周期内发送的最大个数L=4/8/64

• 每个SSB的索引从0到L-1

• UE要从PBCH块中获取当前SSB索引信息，才能得到空口的完整下行Timing：（1）对于L=4，用2bit表示SSB块索引（2）对于L=6，用3bit表示SSB块索引（3）对于L=8，用6bit表示SSB块索引

• 当UE解调PBCH后才能得到SSB块的索引

SSB频域位置

对于SSB频域位置的确定，有两种方式，一种是接收到了SIB1显性地指示了SSB频域位置，另一种是没用被显示地指示位置，那么将如何确定SSB的位置呢？

同步栅格（synchronization raster）

在终端刚开机时进行小区搜索时，它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，则同步时延会比较大。为了降低此过程的同步时延，专门定义了同步栅格（Synchronization Raster）的概念。同时通过全局同步信道号（GSCN，Global Synchronization Channel Number）来限定搜索范围。（UE开机时可根据同步栅格得到SSB的大致范围，然后进行盲搜来确定SSB频域位置）

例如，当频率小于3GHz，同步栅格为1.2MHz（1200KHz），意味着终端每隔1.2MHz为周期进行搜索SSB，相对应的就是GSCN编号了，他们是一一对应的关系。
下面是FR1的频带：

注意，GSCN并不是每个都配置的，在范围中设置的话是有step size的。
以下是FR2频带：

NR-ARFCN(NR Absolute Radio Frequency Channel Number)

我们知道5G的频段范围是0-100GHz，在这个宽广的频段范围内，Global frequency raster—我们暂时理解为全局频率栅格，将这个100GHz的频段划出了总共3279165个栅格，这些栅格从0开始编号，每个编号都代表着一个绝对的频域位置，这些编号就叫做NR-ARFCN。

编号和频域的位置有下列公式得出：

F（REF）是频域位置，F（REF-offs）是偏移频率值，F（Global）是栅格的间隔大小，N（REF）是编号，N（REF-Offs）偏移栅格的数量。
举个栗子：

• 编号0的栅格频域位置：F= 0 + 5KHz ( 0 – 0 ) = 0KHz
• 编号599999的栅格频域位置：F= 0 + 5KHz* ( 599999 – 0 ) = 2999995KHz
• 编号600000的栅格频域位置：F= 3000 + 5KHz* ( 600000 – 600000 ) = 3GHz

Channel raster

了解了上面的ARFCN后，那么Channel raster就是相当于ARFCN中的一系列子集，每个子集按协议包含了不等数量的ARFCN。将频域的划分粒度缩小了。

RMSI（SIB1）

UE获得SSB块信息后，MIB信息有限，还不足以驻留小区和进一步发起初始接入，UE还需要得到一些”必备“的系统信息SIB。

5G NR中，支持on-demand SIB传输，考虑尽可能快速同步与接入，将必要的系统信息(minium system information)分为两部分：MIB与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，有需求时再读取。可知RMSI实质是即是SIB1，通知UL freq、TDD cfg等信息。

NR中的SIB信息，通过下行PDSCH信道发送，而PDSCH信道需要PDCCH信道的DCI来调度。故UE需要在MIB中得到调度RMSI的PDCCH信道信息，在PDCCH上进行盲检，获得RMSI。MIB中通过pdcch-ConfigSIB1字段，只是UE获取RMSI调度的PDCCH的信息。

coreset 0

在NR的下行同步过程中，UE要先盲检到SSB，然后根据SSB找到对应的CORESET0，然后在CORESET0内盲检PDCCH，进而可以得到DCI信息，从而找到承载SIB1的PDSCH。

和LTE类似，NR中PDCCH信道有多种搜索空间，包括公共搜索空间和UE专用的搜索空间。

其中公共搜索空间Type 0 Common Search space 仅用于RMSI调度；

在NR中引入了coreset（COntrol REsource SET）,即对PDCCH信道的坐在物理资源集合的定义，一个小区PDCCH信道可以有多个coreset，而且每个coreset都有ID编号。

其中coreset 0，就是Type 0 Common Search space搜索空间(RMSI)对应的物理资源集合。

MIB中的pdcch-ConfigSIB1参考

之前我们多次提过，CORESET 0是由MIB 所配置，通过高4位索引查表可以知道CORESET 0在频域占用的连续RB数，在时域占用的连续符号数，CORESET 0与SSB复用的类型以及偏移量；通过低4位索引查表可以知道相应PDCCH的监测时机。
先说这高4位对应的检索表，根据SSB与PDCCH的子载波间隔以及系统最小信道带宽的不同，共有10张检索表，以其中某一张表的#0号索引为例，可以查得下表Table 13-1，根据表中数据可以知道CORESET0与SSB的复用类型为第1种类型，CORESET 0在频域占用24个RB，在时域占用2个符号长度，偏移量为0个RB。

coreset offset

对于coreset offset 的作用：到目前为止，UE只获得了SSB的时频域位置，相当于获得了一个参考基准，相当于坐标系的原点，这样在寻找其他资源位置时，只需要知道一个坐标就行了，而复用类型和偏移量正是CORESET 0资源位置的粗精度坐标。

coreset 0的时频域

在协议中定义了coreset 0和SSB的三种复用类型，pattern 1，pattern 2和pattern 3。

*图中的时域未必完全对齐。

pattern 1

如果是pattern 1，CORESET 0和SSB采用时分复用的方式，此时UE需要监测从第n个时隙开始的两个连续的时隙，这里的n主要由两个参数决定（其实是4个，说多了怕大家嫌麻烦）：M和O，而这2个参数就需要使用pdcch-ConfigSIB1的低4位索引查表获得了，相应的索引表长下面这个样子。

得到M和O后，代入下面的公式就能计算出来。

• ：可以理解成Oms(绝对时间)，当i=0时，(即第一个SSB块)所对应的CORESET 0搜索空间，相对于偶数帧的开始时刻偏移了Oms
• M：前后两个SSB对应的CORESET0搜索空间的间隔，以slot为单位。
• N：每个时隙中搜索空间的个数
• i：是SSB的index

关于上面的内容再对表格Table 13-1举几个栗子：
以下三幅图是Pattern 1中不同的组合：



如果是pattern 2和pattern 3，CORESET 0和SSB采用频分复用的方式，此时UE需要监测SSB所在时隙上的频域资源。

pattern 2

在pattern 2频域资源示例：SSB和coreset 0子载波间隔 SCS配置{240，120}kHz时，pdcch-ConfigSIB1高4位索引对应就是下表

这里的Kssb我放在后面讲的，知道记得这是用作一个子载波偏移的。这是相对于SSB所在的CRB的第一个RB的偏移,下一小节详细讲，请先看Kssb内容。

*SSB用蓝色方块表示，CORESET 0用红色块表示，GP用绿色块表示，由于偏移offset是49，而CORESET 0只有48个RB，故有一个GP块。时域占一个symbol。

pattern 3

下一具体说明一下pattern 3:
SSB和coreset 0子载波间隔SCS配置{120，120}kHz时，pdcch-ConfigSIB1高4比特索引对应表13-8如下：

对应频域图如下：

其他关于coreset内容请移步这里

pattern 2/3的时域资源

• 对于coreset 0，即Type 0 CSS公共搜索空间周期等于SSB块的周期
• coreset 0和SSB块是在同一个slot内的
• 时隙号和在下表均有定义：
  接下来两幅图是pattern2
  
  
  下面是pattern3：
  
  通过上面的三幅图，可以清晰的看出pattern2和3的区别。

Kssb字段

在检索coreset 0时，存在这样一个问题：并不是所有的SSB都有对应的coreset 0。UE需要根据Kssb来判断当前SSB是否有对应的CORESET 0。

为了解决这个的问题，在MIB中由关键字段Kssb，这个偏移量ssb-SubcarrierOffset

Kssb两种类型

1.对于FR1：Kssb范围0~23，子载波间隔15kHz
这里的Kssb用5比特表示，其最高位为PBCHpayload的第A+6个比特，其中A为PBCH payload大小，由高层生成，低4位由MIB中的ssb-SubcarrierOffset字段组成
**当Kssb>23时，意味着SSB对应的CORESET 0不存在

2.对于FR2：Kssb范围0~11，子载波间隔60kHz
这里的Kssb用4比特表示，直接由MIB中的ssb-SubcarrierOffset字段组成。
**当Kssb>11时，意味着SSB对应的CORESET 0不存在

SSB对应的coreset 0不存在

在NR 中，可以在不同的频域位置由多个SSB（用于终端测量），并不需要每个SSB都携”带着”coreset 0。如果UE恰巧搜索到的SSB没有带coreset 0，故基站最好能通知UE下一个有对应coreset 0的SSB,以便于UE快速找到RMSI,故Kssb起作用了。

• 首先通过Kssb>23/Kssb>11来快速判定SSB对应的Type 0-PDCCH CSS不存在，找不到对应的coreset 0。
• 然后通过Kssb的值，在最近的GSCN上找下一个SSB上的RMSI的搜索空间，条件时：当Kssb<=29 (FR1)或者Kssb<=13 (FR2)时，UE可以找到最近的可能携带coreset 0的SSB。
• 下一个SSB块对应的GSCN上频点：
  ：当前这个SSB的GSCN上频点
  ：根据Kssb和MIB中的pdcch-ConfigSIB1,共同确定，查表如下：
  
• 如果在这个SSB上还是找不到CORESET 0，那么UE就需要重新搜索SSB并忽略这些已经找过的SSB频点；
• 当Kssb=31 (FR1)或Kssb=15 (FR2)时，说明在一定频段范围内，所有的SSB都没有对应的CORESET 0，此时，UE需要忽略这些频点，重新搜索SSB。

Kssb的指示作用

除了以上说的表示当前SSB是否存在对应的CORESET 0之外，Kssb的另一个重要作用便是指示CORESET0和SSB的频域偏移了。

由于在频域位置上，SSB的放置位置服从synchronization raster，而PDSCH/PDCCH所在的载波中心频率放置服从的时Channel Raster。不光如此，SSB和coreset 0（PDCCH）也可以采用不同的子载波间隔。所以，SSB子载波0和coreset 0子载波0的起始位置可能会存在多种偏移。
offset:以RB为单位，也就是我们之前的Table13-1中的offset数值。
这里Kssb指示的偏移量以kHz为单位

PCI

UE进行小区搜索的目的是为了获取小区物理ID和完成下行同步，这个过程是与系统带宽无关的，UE可以直接检测和获取。当UE检测到PSS和SSS时，就能解码出物理小区ID(PCI)，同时根据PSS和SSS的位置，可以确定下行的子帧时刻，完成下行同步。

每个5G小区都有一个物理小区ID（PCI）用于无线侧标识该小区，5G中的PCI规划与LTE大致相同，但却是LTE数量的两倍，5G定义了1008个物理小区ID，取值范围0~1007，它们被分成168个不同的组（记为N(1)_ID，范围是0-167），每个组又包括3个不同的组内标识（记为N(2)_ID，范围是0-2）。由如下公式表示：

UE通过检测PSS序列及SSS序列，就可以知道N(1)_ID和N(2)_ID这两个参数，从而确定PCI。

总结

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为基准，为每一种SCS建立独立的CRB/BWP网格。

参考文章

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部分参考春天工作室公众号内容。