5G NR物理资源与小区搜索

终端设备（UE）从开机到入网这段时间都经历了什么？怎么知道在什么频段进行小区搜索？怎么获取小区的资源配置？怎么与基站之间进行通信直至完成各种业务（电话、上网等）？下面从物理层配置进行解读。

先进行物理层相关资源的介绍：

1、Numerologies

在LTE中，带宽配置较小一般5-20Mhz，子载波间隔固定为15khz，在NR模式时，分为FR1和FR2，支持的带宽最大到毫米波的400Mhz，由于要支持多种业务模式（EMBB、URLLC、EMTC），因此子载波的间隔配置不是固定的，在NR中称为Numerologies，具体如下表：

图1、Numerologies图2、子载波间隔

以15khz为基准，子载波间隔随u值变化，因为不管子载波间隔为多大，每个slot(时隙)固定有14个symbol(符号)，所以当子载波间隔越大时，对应的符号时间越小，这有利于对时间敏感的业务，比如URLLC业务。

2、frame和subframe：

上行链路和下行链路的传输都是基于无线帧的概念，无线帧又包含若干的子帧配置，对于normal cp来说，在LTE中，一个无线帧10ms，包含两个半帧(5ms)，每个半帧又包含5个子帧，每个子帧包含一个slot(1ms)，即subframe=slot=1ms，每个slot固定有14个symbol，但是在NR中由于子帧带宽的不确定，所以一个无线帧包含的子帧数固定为10，但是每个子帧的时隙数随u的取值而变化，即每个子帧包含 $2^{u}$ 个slot，如下图所示：

图3、frame、subframe、slot duration

3、physical resource

先进行一些物理资源的名词解释：

RE(resource element):资源粒子，由频域上一个子载波和时域上一个符号组成；

RB(resource block)：资源块，频域上由12个子载波组成，时域上没有定义，因为时域上是变化的；

CRB(Common resource blocks):公共资源块，在频域上从0开始编号，取决于u的配置, $N_{crb}$ =math.floor(K/ $N_{rb}^{subcarrier}$ ,其中K为频域上的子载波总数，分母为每RB的子载波数；

Resource grid：资源格，对于每种参数集和子载波，一个资源格包含 $N_{size,u}^{grid,x}$ $N_{rb}^{sc}$ 个子载波和 $N_{subframe,u}^{symb}$ 个符号;

BWP(Bandwidth part)：部分带宽，由连续公共资源块的子集，最多可同时配置4个，同一时间只能激活1个；

他们在频域上的分布关系如下图：

图4、physical resource

4、physical channel and physical signal

直接上图：

图5、物理信道、物理信号

到此，基本上就把物理层的一些概念讲解清楚了，其中涉及到的一些具体细节，比如信道的生成，参考信号的生成、时频资源分配等后续在进行讲解，本节旨在讲解清楚基本的物理概念和小区搜索下行同步流程，接下来，开始讲解终端开机后的小区下行同步流程。

图6、下行同步过程

1、开机

不同运营商分配不同band，进而可以确定子载波间隔及SSB pattern，搜索GSCN时的步进大小，结合FFT点数UE由此就知道了采样时间间隔和采样频率，结合下表可以确定最小工作带宽，由此就知道需要在哪个频率进行搜索信号，见下表：

图7、SS raster

2、下行搜索同步

先解释一下同步栅格和信道栅格的概念，由于NR信道带宽较大，如果终端在整个频率上进行搜索就会增加终端的功耗，同时延迟同步的时间并且增加终端实现的难度，所以协议针对不同的频率范围设计了不同的同步栅格，同步栅格设计的越大，相应的会减小终端的同步时间，提高搜索效率，增加成功率，具体如下表：

图8、GSCN

信道栅格是RF参考频率的子集，用于标识上下行链路中RF信道位置，其计算如下式：

FREF = FREF-Offs + ΔFGlobal (NREF – NREF-Offs)

图9、global frequency raster

Fref:载波中心频率

Nref：信道号

Fglobal:邻近频率差值

接下来，补充一下SSB的资源配置，如下图：

图12、SSB resource configuration

<1>、检测PSS，获得时间和频率同步、 $N_{ID}^{(2)}$

(1) 对在搜索过程中检测到的最强SSB波束进行时间偏置进行评估；

(2) 频率偏置校正，UE假设参考PSS中心频率和接收到波形一致；

(3) OFDM解调同步波形并抽取SSB；

PSS采用M序列生成，取值为{0、1、2}

图11、M序列图13、PSS信号抽取

<2>、得到 $N_{id}^{(2)}$ 之后，检测SSS获取 $N_{id}^{(1)}$ ，SSS生成时需要用到 $N_{id}^{(2)}$

(1) 通过接收的的资源格和相关的每个SSS可能存在的位置，UE抽取相关的资源粒子；

(2) 通过PSS和SSS组合索引获取PCID，并用于PBCH DM-RS和PBCH过程；

图14、Gold序列图15、SSS信号抽取

<3>、解出PSS和SSS之后就获得了PCID，即PCID=3 $N_{id}^{(1)}$ + $N_{id}^{(2)}$

<4>、解码PBCH

介绍一下RMSI（最小系统消息），基于NSA组网时，相关的配置信息会通过RRCReconfiguration直接配置给UE，因此不需要终端搜索解码，当基于SA组网时，分为RMSI和ｏｎｄｅｍａｎｄ消息，RMSI一部分在PBCH中，一部分在SIB1中。NR PBCH载荷为56bit，高层广播信道（BCCH-BCH）占用24bit，其中包括23bitMIB，PBCH占用32bit（24bit循环冗余校验）。除了SSB时间索引和CRC比特之外，同一个SSB突发集内所有SSB的PBCH是相同的，在此不做算法上的具体解释。

（1）检测到SSB时，利用SSB和CORESET0的子载波间隔信息，结合载波支持最小带宽，选择对应的CORESET0配置；

（2）由最小工作带宽及SSB和PDCCH子载波间隔可以确定使用38.213 13-1-----13-10哪一张表，进而可以确定SS/PBCH block and CORESET multiplexing pattern、SSB时频域资源、相对于SSB的offset；