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5G NR 同步信号频率位置

由于NR与LTE不同的numerology (例如较大的子载波间隔),可能不会激发固定的100khz载波频率栅格。同样在UE复杂性方面,稀疏SS频率栅格(即SS被映射到的中心频率)可能是有益的。

稀疏同步信号频率栅格的动机

在LTE中,要求载波的中心频率为信道栅格的整数倍,即100khz,并且SS中心频率与载波的中心频率相同。在NR中,为了低同步复杂度,SS的频率位置可以比信道栅格更稀疏。因此,SS中心频率可能不是NR载波的中心频率。因此,有必要研究SS的频率位置与NR载波中心频率之间的关系。在下文中,我们列出了NR的几个特征,这些特征使得SS中心频率和载波频率之间的固定频率间隔的假设并不总是合适的,包括:

1. 由于SS的频率位置较稀疏,因此SS的频率位置与NR载波频率解耦。由于TRP可以选择任何信道号(该选择可以与子载波间隔相关)作为NR载波的中心频率,因此UE不应再假定SS的频率位置和NR载波带宽的中心之间的固定频率间隔。图1中示出了一个示例,其中考虑了SS的载波中心和频率位置之间的两种可能关系。

2. 前向兼容性。新RAT应固有向前兼容。因此,希望减少固定位置中的常开信号。为了保证用于前向兼容性的灵活的空白时频资源,不优选SS始终位于载波的中心。

3. 对于UE带宽小于载波带宽的情况。如果UE带宽小于载波带宽,则在载波带宽内的不同子带上同时发送SS可以帮助减少小区搜索延迟。对于这种情况,UE不能假定SS和载波中心之间的固定关系。

4. 如果将FDM考虑用于SS多路复用。SS有多种不同复用方法,包括TDM、FDM、CDM及其组合。在FDM方案中,多个SS同时在不同的频率资源上传输。因此,很明显,如果针对SS复用考虑FDM,则UE不应假定相对于载波中心的SS的固定频率位置。此外,SS之间的FDM可能有利于快速波束扫描和带宽有限的UE。

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NR载波栅格和SS栅格

此外,一旦SS栅格和载波中心栅格解耦,就需要研究SS频率定位的设计。首先,可以将SS定位在频率位置上进行SS和NR小区搜索。然后,SS的可能频率位置与传输带宽相关,例如,小传输带宽可能具有有限的频率位置候选。

如果NR载波频率栅格与LTE相同,即100 kHz,则SS频率栅格应为100 kHz的倍数,同时也满足子载波间隔的倍数。然而,NR载波频率栅格可以是NR子载波间隔的倍数,例如,在给定频带中应用的参考子载波间隔或最低子载波间隔。然后,SS频率栅格可以是为给定频带中的SS定义的预定义子载波间隔的倍数。这有助于通过在尽可能少的PRB内映射SS来最小化SS的开销。因此,如果SS中心频率位于栅格上,这将是可能的,栅格是预定义numerology PRB大小的倍数。如果NR载波频率栅格也是参考numerology PRB大小的倍数,则这反过来将有助于实现。例如,如果FSCS=15*2n0kHz是给定频带的参考子载波间隔,则NR载波频率栅格可以是FSCS*12*k ,NR SS频率栅格可以是FSCS*12*l,其中k≤1 并且k,l是正整数。

在这些候选频率位置中,基站的一个选项是以预定义的方式将SS定位在靠近载波中心的位置。此外,如果其他UE可以从其他载波接收信号,则其也可以由其他载波配置,例如,低频辅助高频。

同频测量

另外,对于初始接入后的UE,需要相同带内的频率内测量,例如,从其他小区检测SS。可能不再可能假设NR的SS在一个国家的一个频带内的一次操作是固定的。因此,对于帧内频率测量,NR UE必须在整个栅格上搜索来自其他小区的SS。为了节省UE功耗,为了进一步降低UE复杂度并加快UE小区搜索(与在SS的密集频率位置上的完全搜索相比),网络可以向UE发送信号,表示它可以假设其他小区的SS位于进一步减小的栅格上。一个示例是,服务小区将UE配置为采用与UE的服务小区SS相同的频率位置。

主同步信号属性

LTE SS对称地位于DC子载波(即载波中心频率)周围。特别地,使用长度为63的对称ZC序列且中心组件被屏蔽的PSS是中心对称时域信号。围绕DC子载波对称地映射中心对称序列是降低匹配滤波器接收机实现复杂性的两个关键属性的先决条件:

  • 在与复制样本相乘之前,可以添加对称样本。与每个接收样本与副本样本相乘的直接实现相比,这将乘法复杂度降低约50%。

  • 复共轭对序列形成复共轭时域信号。这将乘法复杂度降低50%,因为它允许并行检测两个信号。

这些特性可以直接保留在NR-PSS被映射到位于载波中心频率的DC子载波周围时。如果NR PSS可以另外映射到不是载波中心频率的频率周围,则仍然可以受益于对称特性。这是因为围绕子载波映射的NR PSS可以表示为围绕子载波映射的NR PSS乘以相移(WNmk)。可以设想两种接收器结构:

  • 本振频率与NR同步信号频率相对应的检测器

在这种情况下,DC子载波结束于子载波m,尽管这不是载波的中心频率。因此,信号在接收机中的显示方式与它在子载波频率m=0附近的映射方式完全相同。该检测器可以用于任何SS频率,并且可以应用从LTE PSS继承的所有低复杂度接收机特性。

  • 具有与NR载波频率对应的本地振荡器频率的检测器

在这种情况下,如果fLo 与PSS被映射的频率不一致(例如,fLo 可以被设置为载波中心频率),则可以在相关器之前的基带中取消相移(WNmk),参见图2,从而使输入到接收机的信号等效于围绕副载波频率 映射的信号。

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因此,当围绕任意SS中心频率映射时,序列是中心对称的就足够了。序列的长度可取决于SS频率的定义方式,即,i)它们是否与子载波重合,ii)是否存在任何附加频率偏移(例如,如LTE上行中的半子载波偏移)。图3示出了针对两种情况i)和ii)映射对称序列{Ci}的一个示例。在i)或ii)方面的位置之间的选择可以取决于载波频率位置是否将与子载波重合,或者它是否将位于子载波之间。

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