第3章 5G NR 基础参数及接入设计

3.2 接入设计

3.2.1 概述

3.2.3 下行同步信道及信号

2．同步广播块
同步广播块（SSB，Synchronization Signal/PBCH Block）的基本结构如图 3.7 所示。
一个同步广播块在时域上占 4 个 OFDM 符号，
频域上占 20 个物理资源块（PRB，Physical
Resource Block）或 240 个资源元素（RE，
Resource Element）。同步广播块内的各个物理
信号及物理信道使用相同的子载波间隔。一个同步广播块包含主同步信号（PSS，Primary Synchronization Signal）、辅同步信号
（SSS，Secondary Synchronization Signal）、物理广播信道（PBCH，Physical Broadcast Channel）及其解调参考信号（ DMRS ， DemodulationReference Signal）。PSS 和 SSS 分别使用同步广播块内的第 1 个和第 3 个 OFDM 符号。在频域上，PSS 和 SSS 占用同步广播块的中间144 个 RE。PBCH 和其 DMRS 占用同步广播块的第 2、3、4 个 OFDM 符号，其中第 2
和第 4 个 OFDM 符号全部被 PBCH 占用。在 3 个 OFDM 符号上，PBCH 与 SSS 频分复用，占用同步广播块两边各 4 个 RB。需要注意的是，同步广播块内没有被 PSS，SSS，PBCH 及其 DMRS 使用的 RE 也不能用于传输其他信号或信道。

NR 为了降低小区搜索时间，让多个载波可以共享同一个同步信号，在 PBCH 的信息中引入了同步广播块子载波偏移边界偏移量（kSSB，见表 3.5 第三行），即 NR 系统的同步广播块的 RB 边界不一定与载波的 RB 边界对齐，会偏移 kSSB 个子载波。当同步
广播块使用 15kHz 或 30kHz 子载波的时候（载波频率小于 6GHz）， SSB { } ... k ∈ 0, 1, 2, , 23 ，需要 5bit；当同步广播块使用 120kHz 或 240kHz 子载波的时候（载波频率大于 6GHz），SSB { } ... k ∈ 0, 1, 2, , 11 ，需要 4bit。高低频的差异主要来自于：当载波频率小于 6GHz 的时候，同步广播块的子载波间隔可能小于初始接入带宽的子载波间隔（比如同步广播块的子载波为 15kHz，初始接入带宽的子载波为30kHz），此时需要在两个同步广播块的 RB 范围内指示子载波偏移（{0~23}）。当载波频率高于 6GHz 的时候，同步广播块的子载波间隔永远大于或等于初始接入带宽的子载波间隔，仅需要在 1 个同步广播块
的 RB 范围内指示子载波偏移（{0~11}）。综合来看，通过广播块子载波偏移边界偏移量的引入，可以在一定程度上减少初始同步时同步栅格上频点的数量，降低终端开机搜索复杂度。
3．主同步信号
主同步信号使用 3 条长度为 127 的 m 序列，指示 (2) NID （定义见 3.2.2 节）的三个取值。主同步信号序列的生成公式为

主同步信号的检测是小区搜索过程中复杂度最高的检测过程，使用多条主同步信号序列无疑会增加小区搜索的复杂度。但同时，在物理小区 ID 数量一定的条件下，增加主同步信号序列的数量可以降低辅同步信号序列的数量，提高辅同步信号的检测性能。在权衡了复杂度和整体检测性能之后，3GPP 选择使用 3 条主同步信号序列。
在时域上，主同步信号映射在同步广播块的第 1 个 OFDM 符号上。频域上，主同步信号从同步广播块的第 57 个子载波（子载波 0 为第 1 个子载波）开始映射 dPSS(0)，一直映射到第 183 个子载波［对应 dPSS(126)］，总共占用 127 个子载波。与 LTE 不同，主同步信号映射过程中并不会绕开直流子载波。
与 LTE 使用 ZC（Zadoff Chu）序列系统不同，NR 使用 m 序列。这主要是由于在存在时偏和频偏的情况下，相对于 m 序列而言，ZC 序列的相关函数存在较大的旁瓣（如图 3.8 和图 3.9 所示），影响检测性能。


4．辅同步信号
辅同步信号使用 336 条长度为 127 的 gold 序列，指示
（定义见 3.2.2 节）。序列的生成公式为

在时域上，辅同步信号映射在同步广播块的第 3 个 OFDM 符号上。频域上辅同步信号从同步广播块的第 57 个子载波（子载波 0 为第 1 个子载波）开始映射 dSSS(0)，一直映射到第 183 个子载波［对应 dSSS(126)］，总共占用 127 个子载波。与 LTE 不同，辅同步信号映射过程中并不会绕开直流子载波。
SSS 一共有 1008 条序列，其中每一个主同步序列对应 336 条。SSS 的 gold 序列由 2个生成多项式产生。第一个生成多项式产生 9 条序列，其中 m0 与 PSS 序列[即 (2) N ID ]有关，其目的是为了降低小区 ID 检测错误的概率，比如 UE 可以收到来自小区 1 和小区 2 的同步信号。小区 1 和小区 2 的 (1) NID 分别为 N11 和 N12， (2) N ID 分别为 N21 和 N22。如果 SSS的序列与 PSS 无关，则 UE 可能通过 PSS 检测出 N11，通过 SSS 检测出 N22，而 N11和 N22 组合得到的 Cell ID 不是任何一个当前的目的小区，即出现小区 ID 检测错误的问题。另外，相邻 m0 之间的差值为 5，其目的是为了在有残留频偏的情况下，降低 SSS 序列之间的相关性（如图 3.10 所示）。第二个生成多项式产生 112 条序列。

5．物理广播信道
物理广播信道的传输时间间（TTI,Transmission Time Interval）为 80ms，采用 Polar编码。物理广播信道在同步广播块内的时、频位置如图 3.7 所示，其承载的信息如表 3.5所示。

NR 的 PBCH 采用 2 级加扰机制。对于第一级加扰，在第一个无线帧，系统将对每个 SSB 的扰码序列分别进行初始化。在 80ms 的 PBCH TTI 内，无线帧 0，2，4，6 上的PBCH 分别使用同一条扰码序列的连续 4 段。无线帧 1，3，5，7 分别与无线帧 0，2，4，6 使用相同的扰码序列。当接收机合并来自无线帧 0，2，4，6（或者无线帧 1，3，5,7）
上 PBCH 的信号时，这种加扰方式可以抑制相邻小区的干扰，提高合并的性能。
对于第二级加扰，在一个同步广播块集合内，连续的 4 个（当同步广播块集合包含4 个 SSB 时）或 8 个（当同步广播块集合包含 8 个或 64 个 SSB 时）SSB 的 PBCH 分别使用同一条扰码序列的连续 4 段或 8 段。当接收机合并连续的 4 个或 8 个 SSB 的 PBCH信号时，这种加扰方式可以抑制相邻小区的干扰，提高合并的性能。

在每一个 PBCH 的 PRB 内，有三个 RE 用于 PBCH 的 DMRS。不同小区之间可以进行频域偏移（如图 3.11 所示），用于降低不同小区之间的干扰。
物理广播信道的 DMRS 最多可以承载 3bit的同步广播块索引。当同步广播块集合包含 4个或 8 个同步广播块的时候，同步广播块索引完全通过 PBCH 的 DMRS 指示。当同步广播块集合包含 64 个同步广播块的时候，需要6bit 指示同步广播块索引，其中，低位 3bit 索引通过 PBCH 的 DMRS 指示，高位 3Bit索引通过 PBCH 指示。
6．其他系统信息传输
在检测到 PBCH 之后，终端已经完成了下行同步。在进行上行同步之前，终端需要进一步接收SIB1（System Information Block Type1）消息，获得与上行同步相关的配置信息。SIB1 消息在 PDSCH 中传输，并通过 PDCCH 进行调度，且 PDSCH 的资源分配范围在初始 BWP 的频率范围内。本章重点阐述 SIB1 和调度 SIB1 的 PDCCH 物理资源分配，SIB1 及其他系统消息内容在 8.2.1 节第 2 部分进行介绍。
（1）SIB1 的 PDCCH 时、频域资源分配
SIB1 对应的 PDCCH 映射在 type 0-PDCCH 公共搜索空间（CSS，Common SearchSpace，见 6.1.1 节）内。频域上，Type 0-PDCCH 公共搜索空间映射在控制资源集合 0中（CORESET 0，Control Resource SET 0），且控制资源集合 0 的频率范围（频域位置和带宽）与初始 BWP 完全相同。PBCH 中承载的信令“pdcchConfigSIB1”的低位 4bit指示了 type 0-PDCCH CSS 的配置，高位 4bit 指示了 CORESET0 的配置。其中，CORESET0的配置如下。

• SSB 与 CORESET0 复用的模式类型。
• CORESET0 占用的 PRB 数。
• 用于 CORESET0 的 OFDM 符号数。
• 频域上 SSB 下边界与 CORESET0 下边界的偏差（以 RB 为单位）。type 0-PDCCH CSS 的配置如下。
• 参数 O 和 M 的取值（仅用于模式 1）。
• 搜索空间第 1 个 OFDM 符号的索引。
• 每个 slot 内搜索空间的数量（仅用于模式 1）

与 SSB 一样，SIB1 也需要覆盖整个小区。因此，SIB1 的 PDCCH 与 PDSCH 也需要像 PBCH 或“同步广播块”一样进行波束扫描。同步广播块集合中的每一个“同步广播块”对应一个控制资源集合 0，且使用相同的波束方向（存在 QCL 关系，QCL 定义见 5.7 节）。SSB 与 CORESET 0 之间存在 3 种映射关系（模式 1-3），如图 3.12 所示

模式 1 可用于载频小于 6GHz 和大于 6GHz 的情况（且小于 52.6GHz）。在这种模式中，SSB 与 CORESET0 可以映射在不同的 OFDM 符号上，且 CORESET0 的频率范围需要包含 SSB。CORESET0 配置信令（“pdcch-ConfigSIB1”的高位 4bit）用于配置模式 1 中 CORESET 的频带下边界与 SSB 频带下边界的偏差（以 RB 为单位）。
一个 SSB 的 type 0-PDCCH CSS 在一个包含 2 个连续时隙的监测窗（MonitoringWindow）内，监测窗的周期为 20ms。SSB 的索引 i 与其对应的监测窗的第 1 个时隙的映射关系为

其中，n0 为 type 0-PDCCH CSS 监测窗的第 1 个时隙在一个无线帧内的索引（注：当

，映射在 20ms 的第一个无线帧，否则为映射在
20ms 的第二个无线帧）；参数 M，O 通过 PBCH 信令 pdcch-ConfigSIB1 中的低位 4bit指示。参数 M 控制了 SSB_i 与 SSB_i+1 的监测窗的重叠程度，包括完全不重叠（M=2），重叠 1 个时隙（M=1），完全重叠（M=1/2，如图 3.13 所示）三种情况。重叠监测窗的设计可以一定程度上降低波束扫描的资源开销。参数 O 用来控制第 1 个 SSB 的监测窗的起始位置，用于避免 type 0-PDCCH CSS 监测窗与 SSB 的冲突。当载频小于 6GHz的时候，O 可以取{0, 2, 5, 7}，当载频大于 6GHz（且小于 52.6GHz）的时候，O 可以取{0, 2.5, 5, 7.5}。

模式 1 中，由于 CORESET0 的频带范围包含 SSB 的频带范围，CORESET0 的频带下边界总是低于或者等于 SSB 的频带下边界，具体 CORESET0 的频带下边界与 SSB 频带下边界的偏差（以 CORESET0 子载波间隔对应的 RB 为单位）在“pdcch-ConfigSIB1”的高 4 位比特中指示。
模式 2 仅用于载频大于 6GHz 的情况，且仅支持两种 SSB 与 PDCCH（或 CORESET0）的子载波组合，即<120kHz，60kHz>和<240kHz，120kHz>。这两种子载波组合下，SSB与 CORESET0 的复用关系以及 CORESET0 包含的 OFDM 符号数如图 3.14 所示。具体来看，在<120kHz，60kHz>下，type 0-PDCCH CSS 和与其关联的 SSB 位于相同无线帧的相同时隙内，且当 SSB 索引为 i = 4k，i = 4k+1，i = 4k+2，i = 4k+3 时，相关联的 type0-PDCCH CSS 的第一个 OFDM 符号索引分别为 0，1，6，7；在<240kHz，120kHz>下，
type 0-PDCCH CSS 和与其关联的 SSB 位于相同无线帧内，当 SSB 索引为 i = 8k，i = 8k+1，
i = 8k+2，i = 8k+3，i = 8k+6，i = 8k+7 时，type 0-PDCCH CSS 和与其关联的 SSB 位于相同时隙，且第一个 OFDM 符号索引分别为 0，1，2，3，0，1，当 SSB 索引为 i = 8k+4，i = 8k+5时，type 0-PDCCH CSS 位于与其关联的 SSB 的后一个时隙，且第一个 OFDM 符号索引分
别为 12，13。上述时隙与 OFDM 符号是 CORESET0 子载波间隔下的时隙与 OFDM 符号。

模式 3 仅用于载频大于 6GHz 的情况，且仅支持 1 种 SSB 与 PDCCH（或 CORESET0）的子载波间隔组合，即<120kHz，120kHz>组合。CORESET0 与 SSB 频分复用，时间上占用 SSB 的前两个 OFDM 符号。具体来看，type 0-PDCCH CSS 和与其关联的 SSB 位于相同无线帧的相同时隙内，且当 SSB 索引为 i = 4k，i = 4k+1，i = 4k+2，i = 4k+3 时，相关联的 type 0-PDCCH CSS 的第一个 OFDM 符号索引分别为 4，8，2，6。
模式 2 与模式 3 中，CORESET0 的频带下边界与 SSB 频带下边界的偏差（以 RB 为单位由“pdcch-ConfigSIB1”的高位 4 比特指示，其中，偏差值为“负”代表 CORESET0的频带下边界高于 SSB 频带下边界，偏差值为“正”代表 CORESET0 的频带下边界低于SSB 频带下边界。
（2）SIB1 PDSCH 的时、频域资源分配
常规的 PDSCH 使用 RRC 配置的时域资源分配表格，由 PDCCH 指示表格中的索引进行时域资源分配。但是由于 UE 在接收 SIB1 PDSCH 的时候，RRC 连接还没有建立，因此需要定义默认的时域资源分配表格。CORESET0 与 SSB 的复用的 3 种模式分别对应三个默认时域资源分配表格。它们在设计的时候，主要考虑如下因素。

• 4bit 指示开销限制每个表格中最多定义 16 种时域资源分配图样。
• 错开 Type0-PDCCH CSS 时域位置。
• 与 LTE-CRS 的共存（仅需要在 6GHz 以下考虑 NR 与 LTE 共存，该频段范围仅支持第一种 CORESET0 与 SSB 复用的模式。因此，只需要在模式 1 对应的 PDSCH 时域资源分配表格中考虑与 LTE CRS 共存的问题）。

模式 1 对应的默认时域资源分配表格如表 3.6 所示。其中，Type A 表示基于时隙的PDSCH 映射，Type B 表示基于非时隙的 PDSCH 映射，K0 为下行分配定时（PDCCH 与PDSCH 间隔，以时隙为单位，0 表示 PDCCH 与 PDSCH 在同一个时隙内），S 表示 PDSCH的起始 OFDM 符号索引，L 表示 PDSCH 持续的 OFDM 符号数量。




图 3.15 给出了模式 2 中组合条件下时域资源分配的例子。在这个例子中，同步广播块（SSB）使用 120kHz 子载波，SIB1 对应的 PDCCH 和PDSCH 使用 60kHz 子载波。SSB0 对应的 SIB1（与 SSB0 使用相同的波束方向）的 PDCCH的搜索空间在第一个 OFDM 符号上，PDSCH 在第 3 和第 4 个 OFDM 符号上（使用表 3.7的 Row index 1 进行时域资源分配）。同理，SSB1、SSB2 和 SSB3 波束方向对应的 SIB1的 PDCCH 的搜索空间分别在第 2、第 7 和第 8 个 OFDM 符号上，PDSCH 分别在第 5 和
第 6、第 9、第 10、第 11 和第 12 个 OFDM 符号上（分别使用表 3.7 的 Row index 2、4、
5 进行时域资源分配）。在上述例子中，不同 SSB 的 PDCCH 或 PDSCH 时域资源不共享相同的 OFDM 符号。另一方面，SSB0 和 SSB1 或者 SSB2 和 SSB3 的 PDSCH 也可以共享相同的 OFDM 符号（比如在图 3.15 对应的例子中，使用 Row index 8 和 Row index 11）。
模式 3 对应的默认时域资源分配表格如表 3.8 所示。



图 3.16 给出了模式 3 下的时域资源分配的例子。在这个例子中，同步广播块（SSB）使用 120kHz 子载波，SIB1 的 PDCCH 和 PDSCH 也使用 120kHz 子载波。SSB0 对应的SIB1 的 PDCCH 的搜索空间在 SSB0 的前两个 OFDM 符号上，PDSCH 在 SSB0 的后两个 OFDM 符号上（使用表 3.8 的 Row index 3 进行时域资源分配）。SSB1、SSB2 和 SSB3与 SSB0 类似。在这个例子中，PDCCH 的搜索空间与 PDSCH 使用不同的 OFDM 符号。另一方面，PDSCH 还可以使用 PDCCH 的 OFDM 符号。如第三行的例子所示，SSB0
对应的 SIB1 的 PDCCH 的搜索空间使用 SSB0 的前两个 OFDM 符号，PDSCH 可以使用整个 SSB 对应的所有 OFDM 符号（使用表 3.8 的 Rowindex 9 进行时域资源分配）。在第四行的例子中，SSB0 的 SIB1 的 PDSCH 不占用自己的 PDCCH 的 OFDM 符号，但可以占用下一个 SSB 的 PDCCH 的 OFDM 符号（使用表 3.8 的 Row index 11 进行时域资源分配）。

频域上，SIB1 PDSCH 在初始接入带宽范围内（ CORESET NRB 个 RB）进行频域资源分配，使用资源分配类型 type 1。（type1 资源分配见 6.2.1 节第 1 部分的描述）

3.2.4 随机接入