ew的小天地 科技 5G同步信号序列

5G同步信号序列

在LTE中,PSS用于初始符号定时和频率同步,以及三个PCI之一的检测。为此,在LTE中定义了三个PSS序列。每个PSS序列在基于Zadoff-Chu(ZC)序列的频域中形成,并对应于唯一的ZC序列根。PSS的这种设计可能允许使用该信号作为SSS进一步相干检测的参考。此外,它还减少了要测试的SSS序列的数量,以便检测504个PCI中的一个,因为检测到的PCI是Cell ID的一部分。

从UE复杂性的角度来看,PSS的检测是初始接入过程中最困难的任务。在没有任何先验知识的情况下,UE应当盲目地测试关于符号定时、PSS序列(即ZC序列根)以及可能的部分载波频率偏移(CFO:carrier frequency offset)的不同联合假设。在NR中,同步信号的位置与NR载波的中心频率不同,则要测试的假设总数会更大。为了减少假设的总数,从而降低UE的复杂度,在NR中应仅使用单个PSS序列。此外,单个PSS启用SFN组合增益,以改进同步网络中的定时检测。

由于NR中只使用一个PSS,因此小区ID的检测不再依赖于PSS序列。在这种情况下,具有更多数量的SSS序列以保持至少与LTE中相同数量的小区id,即504,或甚至更多,比如1008。对于NR,让大量具有良好互相关特性的SSS序列保持与LTE中相同的SSS传输带宽将是一个挑战。因此,扩展可用SSS序列空间的直接方法是增加序列长度,这意味着与LTE相比,NR中SSS传输的带宽更宽。

NR UE可以指示SSB的时间索引,然而,UE完成初始接入需要其他信息,例如子载波间隔。在初始接入期间,还应向UE提供关于PBCH/数据信道的子载波间隔的信息。由于PSS和SSS的容量有限,因此应引入额外的三级同步信令(TSS:Tertiary Synchronization Signaling)。这种新的信令可以是基于序列的,其中不同的序列唯一地标识SSB时间索引、PBCH子载波间隔和其他必要参数的组合。另一个可能的选择是基于有效载荷的TSS设计。在这种情况下,SSB的时间索引、PBCH的子载波间隔和其他必要参数被编码为TSS的有效载荷。

5G同步信号序列

图1显示了一个同步信号结构的示例。

ZC成为进一步研究的良好起点的原因之一是LTE PSS采用了ZC。经过研究发现ZC序列在时间/频率偏移检测模糊函数中具有可怕的旁瓣。图2显示了长度为63且根索引为25的ZC序列的时间/频率偏移检测模糊度函数,这是用于PSS的序列之一。在无噪声环境下,通过获取PSS OFDM符号的互相关来绘制模糊度函数。

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检测模糊度函数的假旁瓣的位置是预先确定的,并且是根索引的函数。这可以用解析的方法来表示。由于伪旁瓣位置已知且已被充分理解,因此在PSS捕获后的SSS检测期间,接收机有可能考虑伪旁瓣。然而,这将以额外处理为代价,例如SSS的盲检测和针对每个模糊定时位置的多个PBCH盲解码。

如果PSS的设计可以使假旁瓣最小化,那么在小区搜索过程中,可能需要的额外处理可以重新定向到其他处理。有许多序列没有显示糟糕的旁瓣,其中一个是纯M序列。图3显示了长度为63的M序列的时间/频率偏移检测模糊度函数,该函数由原始多项式x6+x+1生成。它在原点附近显示了一个非常尖锐的峰值,并且在检测模糊度函数中没有假峰值。

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总之,ZC序列具有错误的旁瓣,这归因于错误的时间/频率估计。虽然这些假旁瓣的位置已经被很好地理解,并且接收机可能能够处理它们,但这是以额外的计算复杂性为代价的。

将NR SSS扩展到更宽带宽的直接方法是重用类似LTE的结构。类似LTE的设计基于频域中交织的两个m序列。因此,根据该设计,可以通过增加m序列的长度来实现更长的NR SSS,例如,通过采用高阶生成多项式。使用m序列的一个优点是存在基于快速沃尔什-阿达玛变换(FWHT:Fast Walsh-Hadamard Transform)的简化检测算法。然而,由于在类似LTE的设计中使用两个较短的序列来传送小区ID,尤其对于小区边缘的ue,可能会出现小区模糊问题。这是一个自LTE时代以来就广为人知的概念,并在许多文章中进行了描述。

唯一能完全解决小区ID模糊问题的方法是在第一个m序列的基础上对第二个m序列进行置乱。在LTE中,仅使用8种不同的扰码来对第二个m序列进行加扰。这并不能完全解决小区ID的模糊性。

第二个问题源于两个短序列的使用。使用m序列的最大好处是使用FWHT以O(N log n)复杂度执行ML检测,并且只使用加法器。常规ML检测需要O(N2)。虽然可以对单个m序列执行FWHT,但不存在检测两个m序列对的快速ML算法。对每个m序列执行分段ML检测将由于较小序列长度的较小扩频增益而导致性能损失。克服这个缺点的唯一方法是执行完全假设ML检测,这可能非常复杂。

为了克服上述问题,应考虑基于长序列的NR SSS。例如,可以从不同的本原多项式生成两个长度为N的长m序列,并且按位异或操作以生成一个长Gold序列。图4所示的示例说明了基于Gold代码的NR SSS结构。两个长度为N的长m序列由一个Gold对本原多项式生成,并通过按位异或操作组合成一个序列。不同的小区身份可由两个m序列的两个循环移位版本确定。可以选择这两个原始多项式来获得两个不同SS序列之间良好的互相关特性。为了降低UE复杂度,可以限制序列之一的循环移位的允许值的数目。例如,我们可以使用长度为127的第一个m序列的4个循环移位,以及第二个m序列的所有127个循环移位。

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对于这种SSS序列结构,UE可以通过首先用所有可能的循环移位(例如4个不同的循环移位)解扰第一个m序列来执行快速ML检测。接下来,解扰后的接收信号通过FWHT来检测第二个m序列的循环移位。假设只使用第一个m序列的L(循环移位,则完整的ML检测复杂度限制为O(LN log n)。只要第一个m序列的循环移位数是有限的,就可以很容易地执行完整的ML检测。

两种NR SSS结构(类似LTE和基于Gold码)的检测性能如图5所示。对于该评估,NR SSS占用的最小SS带宽为5MHz,子载波间隔为30kHz。在这两种方案中,都使用了基于FWHT的真实ML检测算法。从图中可以看出,所描述的基于Gold码的结构能够提供比类似LTE的结构更好的性能。

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有两种可能的方法至少可以指示SSB的时间索引。具体地说,时间索引可以由可能的TSS序列之一指示,或者编码为TSS的有效载荷。例如,假设NR SS的传输带宽为5mhz,子载波间隔为30khz,可用子载波的总数为144(12rbs)。如果TSS在时域中占用一个OFDM符号,则在NR PSS/SSS/TSS之间进行TDM的情况下,TSS的可用RE数为144,如图1-(a)所示。对于NR PSS/TSS之间的FDM,如图1 (b)所示,可用TSS RE的数量为72。假设NR PSS和NR TSS在时域中共享一个OFDM符号,NR PSS占用6个RB。

对于基于有效载荷的NR TSS设计,应采用稳健的调制和编码方案,以便即使在恶劣的干扰和噪声环境下(例如,当SINR=-6 dB时),也能对有效载荷提供足够的错误保护。这里的一个合理假设是,为NR TSS选择与PBCH相同的调制和编码速率,即QPSK和1/12。在这种情况下,NR PSS/TSS之间的TDM和FDM的有效载荷大小分别为24和12。例如,如果NR时隙内的SS块有两个不同的位置可用,并且包含SSB的NR时隙的总数为每个无线帧10个,则承载SSB时间索引的比特总数应等于5,以覆盖SSB的20个可能位置。因此,NR TSS的容量足以提供SSB时间索引的鲁棒传输。

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