5G移动通信 无线网络优化技术与实践 第2章 5G无线网络典型技术特点
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5G移动通信 无线网络优化技术与实践
第2章 5G无线网络典型技术特点
2.1 5G物理层新技术设计
• 2.1.1 全新的广播信道波束设计-SS/PBCH • 系统消息设计是无线通信系统中重要概念之一，小区级系统消息主要为了配置小区驻留、提
供用户接入、互操作等一系列重要参数配置。5G NR对于系统消息进行了一定程度的简化，相 比4G不仅在同步信号以及系统消息设计方面都进行了完全不同的设计，因此有必要重新认知。 • 有别于4G将小区下行同步信号以及物理广播信道分离设计，5G中将小区主辅同步信号（SS， Synchronization Signal）与物理广播信道（PBCH，Physical Broadcast Channel）进行了某种程度 上的耦合，以SS/PBCH资源块的形式出现，简称为SSB。在4G系统中，主辅同步信号占用基带 频域的位置是固定的，例如主辅同步信号PSS/SSS固定占用整个频域带宽中间连续62个RE的位 置，PBCH固定占用整个频域带宽中间6个连续PRB的位置，而5G NR中SSB占用频域资源20个连 续PRB，最多共计240个连续RE资源，其中主辅同步信号分别占用SSB中第1个和第3个OFDM符 号中连续的127个RE资源，如图2-1所示。
第2章 5G无线网络典型技术特点
2.1 5G物理层新技术设计
• 2.1.1 全新的广播信道波束设计-SS/PBCH
• 5G NR系统组网中，每个小区的SSB频域中心位置尽管都可以进行差异化灵活配置，但为了避 免与业务信道的干扰，在实际组网规划中建议各个小区的SSB中心频点统一设置。尽管5G系统 中在频域可能存在配置多个SSB，但是包含有效MIB信息的SSB只有一个，并且该SSB的中心频 点设置应遵循如下几个准则：
• NSA模式下SSB的中心频点与PointA通过RRC重配通知UE，SSB的中心频点满足channel raster设 置准则即可；
• SA模式下SA模式下SSB的中心频点需同时满足channel raster以及synchronization raster(GSCN); • CORESET 0与包含MIB信息的SSB会在频域重叠复用，协议规定CORESET 0下沿要比SSB下沿低一
第2章 5G无线网络典型技术特点
2.1 5G物理层新技术设计
• 2.1.1 全新的广播信道波束设计-SS/PBCH
• SSB类型A定义为SSB子载波间隔为15kHz或者30kHz，对应了FR1频段，对于包含了有效MIB消 息体的SSB，kSSB的有效取值范围为 ，SSB类型B定义为SSB子载波间隔为120kHz或者240kHz， 对应了FR2频段，kSSB的有效取值范围为 ，如果UE解码检测到 kSSB不在有效取值范围内，则 认为搜频检测到的SSB并不含有有效MIB消息体（不含与之对应的SIB1和CORESET#0），可以根 据kSSB实际取值继续频域范围内下一个SSB的搜索检测，具体流程详见TS 38.213 13。值得一提 的是，对于有些特殊情况，例如不含有效MIB消息体的SSB，即使ssb-SubcarrierOffset不出现， 协议规定UE也应该能够根据SSB与Point A的频率差推算出kSSB。
第2章 5G无线网络典型技术特点
2.1 5G物理层新技术设计
• 2.1.1 全新的广播信道波束设计-SS/PBCH
• 其中offsetToPointA是以15kHz为子载波间隔的RB级偏置，kSSB是子载波级偏置，这两个系数均 为整数，offsetToPointA通过解码SIB1消息体之后获取，subCarrierSpacingCommon是MIB消息体 中的参数，表征了CORESET0/SIB1、初始接入期间Msg2/4、寻呼和系统消息SI的子载波间隔， kSSB在解码了MIB消息体通过参数ssb-SubcarrierOffset获取（针对SSB类型B）或者额外结合PBCH 载荷比特获取（针对SSB类型A），参见图2-4。
第2章 5G无线网络典型技术特点
2.1 5G物理层新技术设计
• 2.1.1 全新的广播信道波束设计-SS/PBCH
• UE通过搜频实现SSB同步之后，解码物理广播信道中的MIB系统消息块。在LTE系统中小区除了 配置MIB消息，还需要按照固定传输周期配置系统消息SIB1，以及通过SIB1传递解析一系列系 统消息SIB2-SIBN的所需的必要参数配置，而5G NR提供了一种系统消息配置的优化机制，即按 需所配（on-demand），例如NSA组网模式下SIB1中携带的小区级相关配置信息与参数可以通 过LTE锚点侧RRC专属信令携带下发，协议甚至还规定了SA组网模式下除了SIB1的其他系统消 息SIBs可以不用周期式占用公共小区资源下发，SIB1中明确了仅支持on-demand模式的其他系 统消息,UE可以通过发起SI请求在随机接入阶段获取系统消息，另外UE在RRC连接态下，网络 侧也可以通过专属RRC重配信令（RRCReconfiguration）来提供系统消息（参见TS 38.331 5.2.1），这样设计的好处就是增加了资源调配的灵活性，节省不必要的资源开销，同时终端 也可以一定程度上降低周期侦听系统消息所带来的功耗抬升。5G NR中通过MIB消息中的参数 ssb-SubcarrierOffset来决定SIB1是否配置在PDCCH公共搜索空间CORESET#0，该参数表征SSB的 频域起始子载波中心频率相对与SSB交叠最小的RB的起始子载波中心频率，针对FR1（sub 6GHz）频带的5G小区载频,终端结合PBCH附加表征时域载荷1比特（ ）联合确定SSB起始位置 相对Point A的子载波级偏置kSSB（参见图2-3），取值范围0~31，如果该值不大于23，UE则认 为该小区配置了系统消息SIB1，否则SIB1承载内容可能不以系统消息方式出现；针对FR2频带 的5G小区载频，终端仅通过参数ssb-SubcarrierOffset判定子载波偏置，其取值范围0~15，如果 该值不大于11，UE则认为该小区配置了系统消息SIB1，否则SIB1承载内容可能不以系统消息 方式出现。
• A：子载波间隔15kHz，针对FR1频带内不大于3GHz的NR载波频率，SSB的候选传输时刻可配置 在0，1时隙的{2， 8}OFDM位置，这样共4个候选时刻；而FR1 频带内大于3 GHz的NR载波频率， SSB的候选传输个候选时刻；
• B：子载波间隔30kHz，针对FR1频带内不大于3GHz的NR载波频率，SSB的候选传输时刻可配置 在以0时隙起始计算的{4，8，16，20}OFDM位置，这样共4个候选时刻；而FR1 频带内大于 3GHz的NR载波频率，SSB的候选传输时刻配置在0，2时隙分别为起始计算的{4，8，16， 20}OFDM位置，共8个候选时刻；
第2章 5G无线网络典型技术特点
2.1 5G物理层新技术设计
• 2.1.1 全新的广播信道波束设计-SS/PBCH • 5G使用全体频率信道格栅（global frequency channel raster）定义了射频参考频率的集合,射频
参考频率，所谓的射频参考频率可以被用来表征射频信道、SSB中心频率以及其他一些频率对 象。实际的射频参考频率（例如类似2524.95MHz这样的形式）不会直接被通过空口信令进行 传递，取而代之则用NR绝对射频信道码（NR-ARFCN，NR Absolute Radio Frequency Channel Number）进行表征，这二者映射关系可以用公式FREF = FREF-Offs + ΔFGlobal (NREF – NREF-Offs)计算，其 中FREF是射频参考频率，FREF-Offs是射频参考频率计算偏置，NREF是NR-ARFCN，NREF-Offs是NRARFCN计算偏置，ΔFGlobal是全体频率信道格栅的最小颗粒度间隔。基于全体频率信道格栅集合 的概念，协议进一步定义了信道格栅（channel raster），信道格栅是全体频率信道格栅的子 集，信道格栅表征了在某一工作频段上可用的NR-ARFCN集合（详见TS 36.101-1 5.4.2），通过 信令下发SSB的中心频点（例如NSA模式下或者NR载波聚合中辅载波SSB配置）可以从信道格 栅中选取合适的进行配置，而针对需要UE盲检锁频SSB的中心频点实现同步的情况（例如SA模 式）。
第2章 5G无线网络典型技术特点
2.1 5G物理层新技术设计
• 2.1.1 全新的广播信道波束设计-SS/PBCH
• 每传输半帧SSB的候选位置如下定义：
• C：子载波间隔30kHz，5G FDD频谱模式下，针对FR1频带内不大于3GHz的NR载波频率，SSB的 候选传输时刻可配置在0，1时隙的{2，8}OFDM位置，这样共4个候选时刻；而FR1 频带内大于 3GHz的NR载波频率，SSB的候选传输时刻配置在0，1，2，3时隙内的{2，8}OFDM位置，共8个 候选时刻；5G TDD频谱模式下，针对FR1频带内不大于2.4GHz的NR载波频率，SSB的候选传输 时刻可配置在0，1时隙的{2，8}OFDM位置，这样共4个候选时刻；而FR1 频带内大于2.4GHz的 NR载波频率，SSB的候选传输时刻配置在0，1，2，3时隙内的{2，8}OFDM位置，共8个候选时 刻，参考图2-5示意；
个偏置（详见TS 36.213 13），因此CORESET 0的频域下边沿至少要不低于公共参考点Point A; • 子载波偏置kSSB在有效取值范围之内。
第2章 5G无线网络典型技术特点
2.1 5G物理层新技术设计
• 2.1.1 全新的广播信道波束设计-SS/PBCH
• 5G系统中允许频域设置多个SSB的作用主要是为了测量或者辅助进行频域同步，协议规定这些 SSB的中心频点设置都要满足使得SSB起始RB的起始子载波（subcarrier 0）中心频率与公共参 考点Point A满足条件offsetToPoint*(12*15kHz)+kSSB*15kHz（FR1频段）或 offsetToPoint*(12*60kHz)+kSSB*subCarrierSpacingCommon（FR2频段），如图2-3所示，
第2章 5G无线网络典型技术特点
2.1 5G物理层新技术设计
• 2.1.1 全新的广播信道波束设计-SS/PBCH
• LTE中广播信道采取周期传输的机制提升解调成功率，5G NR中在时域传输中也承袭了这一设 计思路，但有所不同的是，LTE的广播信道是无波束赋型技术的传统广播宽波束，而5G NR引 入了赋型窄波束的理念，波束的发送样式没有明确规定，协议定义了以一个无线半帧（5ms） 作为一个SSB突发（SSB-burst），在这个期间内通过将不同候选传输时刻与SSB发送的赋型窄 波束进行关联，使得时域传输与空域的波束赋型实现了统一，如图2-5示意。
第2章 5G无线网络典型技术特点
2.1 5G物理层新技术设计
• 2.1.1 全新的广播信道波束设计-SS/PBCH • 为了加快UE的搜网效率，协议又额外定义了同步格栅（synchronization raster）的概念,同步格
栅以另外一种码号GSCN（Global Synchronization Channel Number）的方式映射SSB中心频率 （详见TS 36.101-1 5.4.3），值得注意的是GSCN在实际使用中并不通过信令下发，如果需要信 令下发，应该转换为NR-ARFCN的编码方式，全体频率信道格栅、信道格栅与同步格栅三者的 关系可参见图2-2说明。
第2章 5G无线网络典型技术特点
2.1 5G物理层新技术设计
• 2.1.1 全新的广播信道波束设计-SS/PBCH
• 协议规定SSB传输块最大为80ms产生一个，这意味着至少在80ms高层调度周期内，SSB承载的 高层内容不会改变。SSB的物理层传输周期可通过高层参数ssb-periodicityServingCell进行配置， 取值范围{5ms,10ms,20ms,40ms,80ms,160ms}，设置SSB重复周期主要为了SSB传输速率匹配进 行考量，周期越大意味着SSB占用时域资源减少，终端侦听周期可能相应调整拉长，如果该参 数不配置，则终端默认SSB传输周期为5ms。协议规定，在初始小区选择时，终端可以假定 20ms为周期搜索包含SSB的半帧，按照这样的假设，现网将ssb-periodicityServingCell配置为 20ms是一种比较均衡的考量。针对不同子载波间隔，每传输半帧SSB的候选位置如下定义：
第2章 5G无线网络典型技术特点
2.1 5G物理层新技术设计
• 2.1.1 全新的广播信道波束设计-SS/PBCH • 系统消息设计是无线通信系统中重要概念之一，小区级系统消息主要为了配置小区驻留、提
供用户接入、互操作等一系列重要参数配置。5G NR对于系统消息进行了一定程度的简化，相 比4G不仅在同步信号以及系统消息设计方面都进行了完全不同的设计，因此有必要重新认知。 • 有别于4G将小区下行同步信号以及物理广播信道分离设计，5G中将小区主辅同步信号（SS， Synchronization Signal）与物理广播信道（PBCH，Physical Broadcast Channel）进行了某种程度 上的耦合，以SS/PBCH资源块的形式出现，简称为SSB。在4G系统中，主辅同步信号占用基带 频域的位置是固定的，例如主辅同步信号PSS/SSS固定占用整个频域带宽中间连续62个RE的位 置，PBCH固定占用整个频域带宽中间6个连续PRB的位置，而5G NR中SSB占用频域资源20个连 续PRB，最多共计240个连续RE资源，其中主辅同步信号分别占用SSB中第1个和第3个OFDM符 号中连续的127个RE资源，如图2-1所示。
第2章 5G无线网络典型技术特点
2.1 5G物理层新技术设计
• 2.1.1 全新的广播信道波束设计-SS/PBCH
• 5G NR系统组网中，每个小区的SSB频域中心位置尽管都可以进行差异化灵活配置，但为了避 免与业务信道的干扰，在实际组网规划中建议各个小区的SSB中心频点统一设置。尽管5G系统 中在频域可能存在配置多个SSB，但是包含有效MIB信息的SSB只有一个，并且该SSB的中心频 点设置应遵循如下几个准则：
• NSA模式下SSB的中心频点与PointA通过RRC重配通知UE，SSB的中心频点满足channel raster设 置准则即可；
• SA模式下SA模式下SSB的中心频点需同时满足channel raster以及synchronization raster(GSCN); • CORESET 0与包含MIB信息的SSB会在频域重叠复用，协议规定CORESET 0下沿要比SSB下沿低一
第2章 5G无线网络典型技术特点
2.1 5G物理层新技术设计
• 2.1.1 全新的广播信道波束设计-SS/PBCH
• SSB类型A定义为SSB子载波间隔为15kHz或者30kHz，对应了FR1频段，对于包含了有效MIB消 息体的SSB，kSSB的有效取值范围为 ，SSB类型B定义为SSB子载波间隔为120kHz或者240kHz， 对应了FR2频段，kSSB的有效取值范围为 ，如果UE解码检测到 kSSB不在有效取值范围内，则 认为搜频检测到的SSB并不含有有效MIB消息体（不含与之对应的SIB1和CORESET#0），可以根 据kSSB实际取值继续频域范围内下一个SSB的搜索检测，具体流程详见TS 38.213 13。值得一提 的是，对于有些特殊情况，例如不含有效MIB消息体的SSB，即使ssb-SubcarrierOffset不出现， 协议规定UE也应该能够根据SSB与Point A的频率差推算出kSSB。
第2章 5G无线网络典型技术特点
2.1 5G物理层新技术设计
• 2.1.1 全新的广播信道波束设计-SS/PBCH
• 其中offsetToPointA是以15kHz为子载波间隔的RB级偏置，kSSB是子载波级偏置，这两个系数均 为整数，offsetToPointA通过解码SIB1消息体之后获取，subCarrierSpacingCommon是MIB消息体 中的参数，表征了CORESET0/SIB1、初始接入期间Msg2/4、寻呼和系统消息SI的子载波间隔， kSSB在解码了MIB消息体通过参数ssb-SubcarrierOffset获取（针对SSB类型B）或者额外结合PBCH 载荷比特获取（针对SSB类型A），参见图2-4。
第2章 5G无线网络典型技术特点
2.1 5G物理层新技术设计
• 2.1.1 全新的广播信道波束设计-SS/PBCH
• UE通过搜频实现SSB同步之后，解码物理广播信道中的MIB系统消息块。在LTE系统中小区除了 配置MIB消息，还需要按照固定传输周期配置系统消息SIB1，以及通过SIB1传递解析一系列系 统消息SIB2-SIBN的所需的必要参数配置，而5G NR提供了一种系统消息配置的优化机制，即按 需所配（on-demand），例如NSA组网模式下SIB1中携带的小区级相关配置信息与参数可以通 过LTE锚点侧RRC专属信令携带下发，协议甚至还规定了SA组网模式下除了SIB1的其他系统消 息SIBs可以不用周期式占用公共小区资源下发，SIB1中明确了仅支持on-demand模式的其他系 统消息,UE可以通过发起SI请求在随机接入阶段获取系统消息，另外UE在RRC连接态下，网络 侧也可以通过专属RRC重配信令（RRCReconfiguration）来提供系统消息（参见TS 38.331 5.2.1），这样设计的好处就是增加了资源调配的灵活性，节省不必要的资源开销，同时终端 也可以一定程度上降低周期侦听系统消息所带来的功耗抬升。5G NR中通过MIB消息中的参数 ssb-SubcarrierOffset来决定SIB1是否配置在PDCCH公共搜索空间CORESET#0，该参数表征SSB的 频域起始子载波中心频率相对与SSB交叠最小的RB的起始子载波中心频率，针对FR1（sub 6GHz）频带的5G小区载频,终端结合PBCH附加表征时域载荷1比特（ ）联合确定SSB起始位置 相对Point A的子载波级偏置kSSB（参见图2-3），取值范围0~31，如果该值不大于23，UE则认 为该小区配置了系统消息SIB1，否则SIB1承载内容可能不以系统消息方式出现；针对FR2频带 的5G小区载频，终端仅通过参数ssb-SubcarrierOffset判定子载波偏置，其取值范围0~15，如果 该值不大于11，UE则认为该小区配置了系统消息SIB1，否则SIB1承载内容可能不以系统消息 方式出现。
• A：子载波间隔15kHz，针对FR1频带内不大于3GHz的NR载波频率，SSB的候选传输时刻可配置 在0，1时隙的{2， 8}OFDM位置，这样共4个候选时刻；而FR1 频带内大于3 GHz的NR载波频率， SSB的候选传输个候选时刻；
• B：子载波间隔30kHz，针对FR1频带内不大于3GHz的NR载波频率，SSB的候选传输时刻可配置 在以0时隙起始计算的{4，8，16，20}OFDM位置，这样共4个候选时刻；而FR1 频带内大于 3GHz的NR载波频率，SSB的候选传输时刻配置在0，2时隙分别为起始计算的{4，8，16， 20}OFDM位置，共8个候选时刻；
第2章 5G无线网络典型技术特点
2.1 5G物理层新技术设计
• 2.1.1 全新的广播信道波束设计-SS/PBCH • 5G使用全体频率信道格栅（global frequency channel raster）定义了射频参考频率的集合,射频
参考频率，所谓的射频参考频率可以被用来表征射频信道、SSB中心频率以及其他一些频率对 象。实际的射频参考频率（例如类似2524.95MHz这样的形式）不会直接被通过空口信令进行 传递，取而代之则用NR绝对射频信道码（NR-ARFCN，NR Absolute Radio Frequency Channel Number）进行表征，这二者映射关系可以用公式FREF = FREF-Offs + ΔFGlobal (NREF – NREF-Offs)计算，其 中FREF是射频参考频率，FREF-Offs是射频参考频率计算偏置，NREF是NR-ARFCN，NREF-Offs是NRARFCN计算偏置，ΔFGlobal是全体频率信道格栅的最小颗粒度间隔。基于全体频率信道格栅集合 的概念，协议进一步定义了信道格栅（channel raster），信道格栅是全体频率信道格栅的子 集，信道格栅表征了在某一工作频段上可用的NR-ARFCN集合（详见TS 36.101-1 5.4.2），通过 信令下发SSB的中心频点（例如NSA模式下或者NR载波聚合中辅载波SSB配置）可以从信道格 栅中选取合适的进行配置，而针对需要UE盲检锁频SSB的中心频点实现同步的情况（例如SA模 式）。
第2章 5G无线网络典型技术特点
2.1 5G物理层新技术设计
• 2.1.1 全新的广播信道波束设计-SS/PBCH
• 每传输半帧SSB的候选位置如下定义：
• C：子载波间隔30kHz，5G FDD频谱模式下，针对FR1频带内不大于3GHz的NR载波频率，SSB的 候选传输时刻可配置在0，1时隙的{2，8}OFDM位置，这样共4个候选时刻；而FR1 频带内大于 3GHz的NR载波频率，SSB的候选传输时刻配置在0，1，2，3时隙内的{2，8}OFDM位置，共8个 候选时刻；5G TDD频谱模式下，针对FR1频带内不大于2.4GHz的NR载波频率，SSB的候选传输 时刻可配置在0，1时隙的{2，8}OFDM位置，这样共4个候选时刻；而FR1 频带内大于2.4GHz的 NR载波频率，SSB的候选传输时刻配置在0，1，2，3时隙内的{2，8}OFDM位置，共8个候选时 刻，参考图2-5示意；
个偏置（详见TS 36.213 13），因此CORESET 0的频域下边沿至少要不低于公共参考点Point A; • 子载波偏置kSSB在有效取值范围之内。
第2章 5G无线网络典型技术特点
2.1 5G物理层新技术设计
• 2.1.1 全新的广播信道波束设计-SS/PBCH
• 5G系统中允许频域设置多个SSB的作用主要是为了测量或者辅助进行频域同步，协议规定这些 SSB的中心频点设置都要满足使得SSB起始RB的起始子载波（subcarrier 0）中心频率与公共参 考点Point A满足条件offsetToPoint*(12*15kHz)+kSSB*15kHz（FR1频段）或 offsetToPoint*(12*60kHz)+kSSB*subCarrierSpacingCommon（FR2频段），如图2-3所示，
第2章 5G无线网络典型技术特点
2.1 5G物理层新技术设计
• 2.1.1 全新的广播信道波束设计-SS/PBCH
• LTE中广播信道采取周期传输的机制提升解调成功率，5G NR中在时域传输中也承袭了这一设 计思路，但有所不同的是，LTE的广播信道是无波束赋型技术的传统广播宽波束，而5G NR引 入了赋型窄波束的理念，波束的发送样式没有明确规定，协议定义了以一个无线半帧（5ms） 作为一个SSB突发（SSB-burst），在这个期间内通过将不同候选传输时刻与SSB发送的赋型窄 波束进行关联，使得时域传输与空域的波束赋型实现了统一，如图2-5示意。
第2章 5G无线网络典型技术特点
2.1 5G物理层新技术设计
• 2.1.1 全新的广播信道波束设计-SS/PBCH • 为了加快UE的搜网效率，协议又额外定义了同步格栅（synchronization raster）的概念,同步格
栅以另外一种码号GSCN（Global Synchronization Channel Number）的方式映射SSB中心频率 （详见TS 36.101-1 5.4.3），值得注意的是GSCN在实际使用中并不通过信令下发，如果需要信 令下发，应该转换为NR-ARFCN的编码方式，全体频率信道格栅、信道格栅与同步格栅三者的 关系可参见图2-2说明。
第2章 5G无线网络典型技术特点
2.1 5G物理层新技术设计
• 2.1.1 全新的广播信道波束设计-SS/PBCH
• 协议规定SSB传输块最大为80ms产生一个，这意味着至少在80ms高层调度周期内，SSB承载的 高层内容不会改变。SSB的物理层传输周期可通过高层参数ssb-periodicityServingCell进行配置， 取值范围{5ms,10ms,20ms,40ms,80ms,160ms}，设置SSB重复周期主要为了SSB传输速率匹配进 行考量，周期越大意味着SSB占用时域资源减少，终端侦听周期可能相应调整拉长，如果该参 数不配置，则终端默认SSB传输周期为5ms。协议规定，在初始小区选择时，终端可以假定 20ms为周期搜索包含SSB的半帧，按照这样的假设，现网将ssb-periodicityServingCell配置为 20ms是一种比较均衡的考量。针对不同子载波间隔，每传输半帧SSB的候选位置如下定义：