5G/NR 同步-原理介绍

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我认为任何无线系统(特别是高端无线系统，如蜂窝通信系统)中最重要的步骤是同步。然而，就故障排除而言，这一步将是最棘手的部分之一。大多数设备(UE)日志或基站日志，您不会看到关于此步骤的详细信息。您可能只会在日志中看到“成功/失败”输出。即使您找到一个特定的日志，它打印出这个过程的一些进一步的细节，在大多数情况下，这些信息也会以一系列神秘数字的形式打印出来。如果您对用于特定设备同步过程的算法没有详细的了解，那么在日志中解释这些信息几乎是不可能的。通常这是较低层DSP工程师或FPGA工程师的领域。但是，如果您至少对同步过程的工作原理和该过程的总体设计概念有一个大致的了解，那么这将是对你有帮助的。

NR同步过程-结论第一！

对于那些不喜欢长时间阅读的人，我想把结论放在第一位。但我建议你们在有空的时候通读一遍这一页，试着了解一下无线通信中同步过程的基本原理。

在通信技术中，当我们说“同步”时，通常是指“发射同步”和“接收同步”。在UE看来，“发送方向”称为“上行”，“接收方向”称为“下行”。将这个术语应用于同步过程，我们在小区通信中有两种类型的同步，包括5G/NR，称为“下行同步”和“上行同步”。

下行同步这是UE检测无线边界(无线帧启动的确切时间）和OFDM边界(OFDM符号启动的确切时间)，说白了就是UE的时间要与基站进行实时同步的一个过程（对比LTE，其过程大致会分为UE开机小区选择并驻留，接收系统消息等过程）。该过程是通过对SS块的检测和分析来实现的。这是一个相当复杂的过程，并遵循SSB的详细理解（后续文章会介绍SSB）。

上行同步在这个过程中，UE计算出何时应该发送上行数据（PUSCH / PUCCH），通常网络(gNB)会同时处理多个UE，网络必须确保来自每个UE的上行信号与网络的公共接收定时器对齐，也就是到达网络（gNB）的时间必须是对齐的。因此，这涉及到更复杂的过程，通常它必须调整每个UE的UE Tx计时(上行计时)。这叫做RACH过程（后续文章会介绍RACH过程）。

此章节的其余部分不是 NR 同步的特定说明。它是任何蜂窝通信（特别是WCDMA、LTE、NR）的总体描述。因此，如果您不喜欢长读，您不需要通读这部分。

同步和初始接入

下面是对大部分蜂窝系统初始访问的总体顺序，重点介绍同步过程。

从技术上讲，步骤(1)、(2)、(3)都可以看作是同步步骤。

但当我们说“同步”,这通常意味着下行同步显示在步骤(1),(2)。

上行同步过程(步骤(3))通常被认为是RACH过程的一部分,一般是在“RACH过程”或“初始访问”的过程中。

此章节我将主要介绍“下行同步”，并在另一个处理RACH进程/初始访问的章节中介绍上行同步过程或初始接入过程。

在以前网络制式中设计同步信号和程序时，已经考虑了很多因素。在NR(5G)中，在设计这个过程中需要考虑的因素甚至更多。在这张图上列出了3GPP技术讨论(TDocs)中提出的一些常见因素，但是可能影响的因素不止于此，后续可能还会增加。

同步工作原理

实现同步的最常见方法是

1、创建预定义信号（预定义的数据序列：此信号称为同步信号）。

2、将信号放入特定子帧中的特定OFDMA符号并发射。由于UE已经(或能够)获得预定义同步信号的所有详细细节，所以它可以从到达UE的数据流中搜索和检测数据。由于同步信号在时间上位于预定义的位置，UE可以从解码的同步信号中检测出准确的时间。

从同步信号可以得到什么样的信息？

从“同步”的定义来看，这个问题的大部分答案是显而易见的。我们大致可以从同步信号中得到以下信息。上述同步工作原理中的第1、2项是显而易见的可以做到的。。。但是我们可以设计同步信号，这样我们就可以从中获得一些额外的信息。例如，在LTE中，我们可以从LTE同步信号中导出物理小区ID。

在NR（5G）中，讨论了在同步信号中加入一些附加信息的问题。

i）无线帧边界（无线帧中第一个符号的位置）

ii）子帧边界（子帧中第一个符号的位置）

iii）一些附加信息（例如，物理小区ID、超级小区ID、系统ID等）

现在从NR同步信号规范的最终版本，看不到太多与LTE同步信号相比的额外信息。尽管同步信号的位置和传输周期与LTE同步信号有很大的不同，但从同步信号中可以得到的信息类型来看，它与LTE同步信号几乎相同。然而，在NR同步信号和PBCH信号被视为一个传输块。如果我们把PBCH作为同步信号的一部分，我们可以说NR同步信号携带了更多的如上所述的信息。

同步信号被放在哪里，什么时发送？

NR同步信号传输方法在38.211中已经确定并指定，本节描述的方法与NR同步信号传输方法并不完全相同。但笔者保留这一部分，只是为了让读者对同步信号传输的各种类型有一个大致的了解。

问题是“在哪个子帧和哪个OFDM符号处，同步信号将被放置”。下面提出了几个不同的想法/可能性。

Case A