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手机怎么知道5G基站的存在?(小区搜索和SSB简介)

5G基站建好了,5G手机也就位了,那么,手机该怎么知道5G基站的存在呢?

作者:蜉蝣采采来源:无线深海|2020-02-04 17:19

5G基站建好了,5G手机也就位了,那么,手机该怎么知道5G基站的存在呢?

这就需要手机按照自己支持的频段来进行逐一搜索信号了,一旦发现可用的5G信号,就具备了使用5G网络的条件,手机上的5G信号LOGO也就可以显示了。

这一过程就叫做:“小区搜索”。

1. 什么是SSB?

说到小区搜索,必然是检测某种形式的信号,这种信号在5G网络中的名字叫“同步信号块(Synchronization Signal Block,简称SSB)”。

为什么需要同步?因为基站和手机这一对搭档,必须要协同工作。也就是说,手机必须知道基站使用的频率,当前的帧号等信息,然后才能在这些频率和时间上收发数据。不然两眼一抹黑,就全乱了套。

这些同步信号块(SSB)是必然是在某段频率上,在某些时间点发送的。要说明这个问题,我们先来看看5G空口资源最基本的单元:资源单元(RE)和资源块(RB)的概念。

上图画的是5G的资源栅格,看起来跟4G非常像。这是因为这俩技术都是基于OFDM的,纵轴是频域,划分为多个子载波,横轴是时间,一般用1毫秒的子帧来衡量,最小单位是OFDM符号。

可以看出,5G的一个资源块(RB)包含频域上的12个子载波。注意这一点和4G不同,4G的RB是由频域上12个子载波和时域上的0.5毫秒(7个OFDM符号)组成的二维结构,而5G的RB只有频域这一个维度。

5G的最小资源单位:资源单元(RE)由频域的一个子载波和时域的一个OFDM符号组成,是无线资源的最小单位(如上图中的小方格所示)。这一点是和4G一样的。

这些用于5G小区搜索的同步信号块(SSB)就分布在这些资源栅格之上。

同步信号块(SSB)在频域上包含20个RB,时域上为4个OFDM符号,内部包含主同步信号,辅同步信号以及物理广播信道这三类信息。

主同步信号的全称为:Primary Synchroniztion Singnal,简称PSS。PSS在SSB的第一个OFDM符号上发送,频域占用了127个子载波,其余子载波为空。

辅同步信号的全称为:Secondary Synchroniztion Singnal,简称SSS。SSS在SSB的第三个OFDM符号上发送,频域占用了127个子载波,其余子载波用于PBCH及隔离带。

PSS携带了3个小区号,SSS携带了336个小区组号,这两者共同决定了5G系统中的1008个物理小区号(Physical Cell Identity,简称PCI)。一旦手机成功搜索到了PSS和SSS,也就知道了这个5G载波的物理小区号。

物理广播信道的全称为:Physical Broadcast Channel,简称PBCH。PBCH在第二个和第四个OFDM符号上在SSB内全带宽发送,另外也使用SSS两端的48个子载波来发送。

2. SSB的时频域位置?

同步栅格:

由于5G的系统带宽动辄100MHz,高频甚至能达到400MHz,远大于4G的系统带宽(最大20MHz),如果像4G一样把同步信号放在载波中心,手机按照100KHz的粒度来搜索的话,所需要的时间非常长,而且非常耗电,完全让人无法接受。

因此,5G不再把SSB放在载波中心,而是放在每个频段内一组有限的可能位置,称作“同步栅格(Synchronization Raster)”。手机只需在这些稀疏的同步栅格上搜索SSB即可,速度更快。

SSB的周期:

SSB是周期性发送的,其周期可以从5毫秒到160毫秒之间变化。手机在进行小区搜索时,不能在某一个频点上等待过长时间,因此默认按照20毫秒来进行。

如果手机在某个频点上等待了20毫秒的时间,一直未发现SSB,则认为这个频点上不存在5G载波,然后转到同步栅格里面的下一个频点再次尝试。

每个发送周期内SSB的发送时刻被限制在5毫秒的半帧内,且重复次数是和5G使用的频段和子载波宽度相关的,最少4次,最多64次。比如说,在30KHz子载波配置下,载波频段为3GHz~6GHz时,每个周期SSB可重复发送8次。具体有A~E共5种情况,如下图所示。

SSB的波束赋形:

5G相对于4G最大的优势在于引入了波束赋形。实际使用中,可以把一个周期内的不同SSB分配到不同的波束上发送,每个SSB的发送时间不同,大家轮流依次发送,因此这种方式叫做SSB波束扫描,这些参与波束扫描的SSB集合就叫做同步信号突发集(SS Burst Set)。由于每个波束的能量更为集中,这样就有效增强了5G的覆盖。

由于每周期不同频段所支持的SSB发送次数不同,它们的波束赋形能力也各不相同。总体上来说,频段越高,波束赋形能力越强。

对于3GHz以下的频段,一个SS突发集里最多包含4个SSB,因此最多可扫描4个波束;

对于3GHz~6GHz的频段,一个SS突发集里最多包含8个SSB,因此最多可扫描8个波束;

对于高于6GHz的毫米波mmWave频段,一个SS突发集里最多包含64个SSB,因此最多可扫描64个波束。

手机搜索到主同步信号(PSS)和辅同步信号(SSS)之后,即可在收发上和基站进行同步,并获取到了小区的物理小区号(PCI)。这个时候就具备了解析SSB中包含的系统消息的能力。

3. 系统消息(MIB + RMSI)的获取?

SSB中的系统消息是由PBCH信道携带的,由于这些信息是手机要接入网络所必须的,因此叫做主消息块(Main Information Block,简称MIB)。

MIB中包含了以下信息,主要是系统帧号,初始接入的子载波间隔,是否小区闭锁,以及其他系统消息(最关键的SIB1)等信息。

由于MIB中包含的信息有限,还不足以支持手机接入5G小区。因此手机还必须再得到一些“必备”的系统消息。这个系统消息被称为RMSI,全称是Remaining Minimum System Information,也就是剩余最少系统消息的意思,实质上就是前面提到的SIB1。

SIB1以160毫秒为周期在普通的PDSCH(物理下行共享信道:Physical Downlink Shared Channel)上传输,由于手机已在PBCH所携带的MIB中获取到了SIB1传输所使用的参数集以及调度它的控制资源分布情况,因此可以顺利获取到SIB1。

至此,手机已获取到所有必须的系统消息,可以接入5G网络了!至于其余的系统消息,由于不是初始接入必须的,在需要的时候按需发送即可。

综上,手机进行5G小区搜索的流程总结如下图所示。

好了,本期的介绍就到这里,希望对大家有所帮助。

非常感谢能坚持看到最后。

【责任编辑:武晓燕 TEL:(010)68476606】

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