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5G初始接入流程

初始接入过程对于UE连接到网络来说是非常重要的过程,并且该过程涉及几个步骤。从物理层角度看,初始接入的核心步骤包括PSS/SSS检测、PBCH和其他系统信息解码以及PRACH流程。

NR也定义了至少两种类型的同步信号:

  • NR PSS 用于与NR小区的初始符号边界同步

  • NR SSS 用于检测NR小区ID或至少部分NR小区ID

NR物理小区标识PCI的数量1008,NR SSS检测基于固定时间/频率。与NR PSS资源位置的关系,不考虑双工模式和波束操作类型,至少在给定频率范围和CP开销内,NR SSS还提供其他功能,例如,广播信道解调、RRM测量、导出子帧索引、导出符号索引。

NR定义至少一个广播频道:NR PBCH,NR PBCH解码基于与NR PSS、NR SSS资源位置的固定关系,而不考虑双工模式和波束操作类型,至少在给定频率范围和CP开销内。NR PBCH子载波间距与NR PSS、SSS子载波间距之间的关系可以变化。可以考虑采用以下广播方案来传输基本的系统消息:

  • Option 1:NR PBCH承载用于初始接入的一部分基本系统消息,包括UE接收承载剩余基本系统消息的信道所需的信息

  • Option 2:除了Option 1中的信息外,NR PBCH还携带UE执行初始上行传输(不限于NR PRACH)所需的最小信息

  • Option 3:NR PBCH携带初始接入的所有基本系统消息

PSS/SSS 获取

为了获得时间/频率同步,UE必须检测PSS/SSS。通过检测PSS/SSS,UE还可以获取小区ID信息,然后对PBCH进行解码以获取系统信息。

由于频率范围广,用例/服务需求/要求多样化,包括子载波间隔、CP长度,并且子帧长度以NR表示。根据频带的频率特性,PSS/SSS的子载波间隔对于每个频率范围可能不同,或者这可能取决于网络选择。规范中针对给定频率范围预定义了每个同步信号的至少一个子载波间隔。在特定频率范围上,UE可以假设频带上的PSS/SSS/PBCH以预定义的子载波间隔发射。然而,如果将多个子载波间隔应用于NR中的PSS/SSS,则UE必须在非常宽的频率范围上盲目地检测具有不同子载波间隔的PSS/SSS,这可能导致UE实现复杂度、UE电池消耗和对网络连接的更大时延。因此,对于给定频率范围的每个同步信号,单个子载波间隔是更合适的。

虽然可以预定义同步信号的至少一个子载波间隔,但是PSS、SSS和PBCH是否共享相同的子载波间隔是不确定的。在发送同步信号方面,“SSB”被定义为以NR形式承载PSS、SSS、PBCH等系统信息的容器。换句话说,SSB由同步信号和SSB细节组合而成。PSS和SSS在SSB组成方面最好具有相同的numerology ,即PSS和SSS跨度相同的时间单位。在这种限制下,PSS和SSS具有不同的子载波间隔,以提高PSS检测性能。更具体地说,PSS和SSS的子载波间隔不同,但是发送PSS和SSS的持续时间相同。PBCH与SSS共享相同的子载波间隔。

PBCH 解码

通过检测PSS和SSS,UE获得时间和频率同步、小区ID信息,下一步是获取接入网络所必需的系统消息。PBCH和PBCH预计将承载非常重要的系统消息。在获得网络和小区ID的同步后,UE准备解码PBCH。

在规范中针对特定频率范围预定义的子载波间隔被称为同步信号的参考numerology 。对于特定频率范围内的参考numerology ,还可以在规范中预定义子载波间隔的多个候选。例如,对于低于6GHz的SSS/PBCH子载波间隔15khz,可以预定义诸如{3.75kHz、15khz、30kHz、60kHz}之类的用于数据传输的候选子载波间隔的集合,以便容易地指示用于数据传输的子载波间隔。如果在高于6GHz的频率范围内使用60kHz的SSS/PBCH子载波间隔,则为数据子载波间隔设置的对应子载波间隔候选将是,例如,{15kHz,30kHz,60kHz,120kHz}。

如上所述,PBCH将在SSB内传输,并且考虑PBCH的子载波间隔跟随SSS。鉴于所有基本系统消息不能在PBCH中传输,但部分基本系统消息在PBCH中传输,因为信息比特/字段组成将固定在PBCH中,用于初始接入的其余基本系统消息应在其他信道中传输,并且PBCH还可发出信号,指示在何处/何时/如何获得其余基本系统消息。

RACH 流程

在接收基本系统消息时,UE准备尝试上行同步。与同步信号(如PSS、SSS和PBCH)类似,还应确定RACH流程的numerology 。考虑到目标场景和覆盖要求,PRACH前导传输的numerology 应该不同于同步信号或数据的numerology ,因为PRACH和数据的numerology 是不同的。RACH numerology 的细节需要由系统消息发出信号,但首先我们想从资源单元的角度讨论RACH资源numerology ,即考虑RACH资源和数据复用的时频块大小。

为了便于讨论RACH资源,RACH资源是要在其上传输RACH消息的时间/频率资源。RACH资源可以进一步定义为上行RACH资源和下行RACH资源。在上行RACH资源上,上行RACH消息,例如PRACH前导码和可能的msg3可以传输。在上行RACH资源上,上行RACH消息,例如RAR和可能的msg4可以传输。默认情况下,RACH资源遵循SS block和SS BRAST时间/频率资源大小。或者,在时间/频率RACH资源大小和位置上,它包括在PRACH配置中。

至于RACH numerology ,可能有几个选择。第一个选择是遵循SSB numerology 。基于SSB numerology ,可以使用PSS/SSS或PBCH numerology 预定义隐式映射。换句话说,在没有关于PRACH numerology 的显式信令的情况下,UE可以基于检测到的PSS/SSS或PBCH numerology 隐式地确定其PRACH numerology 。如果PRACH配置以类似于LTE系统的共享数据信道的形式提供,其在下行控制区域中利用CSS,则该选项将是合适的,因为UE不具有关于数据/控制的numerology 的任何信息。通过该选项,至少RACH msg1/2可以共享相同的numerology ,或者在不同的msg1/2情况下,将PSS/SSS或PBCH numerology 绑定在一起..

另一种选择是在基本系统消息中发送RACH numerology 。PRACH配置为PRACH和RAR提供numerology 。默认情况下,msg3 numerology 遵循msg1,msg4 numerology 遵循msg2 ,除非RAR表明msg3和msg4的numerology ,msg4可能表示后续上下行数据/控制的numerology 。

在RACH流程完成后,UE获取上下行时间/频率同步、小区ID、小区关联的UE ID等系统信息,准备接收下行数据和发送上行数据,以便UE可以连接到RRC_connected 状态并完成初始接入过程。

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