6.1.1　同步栅格与信道栅格

小区搜索的主要目的是发现小区，由于UE一般缺乏小区实际部署情况的先验知识，所以在小区搜索过程中，UE需要在潜在的小区的可部署频谱范围内通过扫频等方式确定小区位置、继而获取小区信息并尝试发起小区接入。上述过程涉及一个关键问题，既在扫频、小区搜索过程中，UE需要在哪些频域位置尝试检测小区？盲目地在所有频点上做小区搜索并不可取，怎样制定有效的约束条件和规范，指导小区部署行为并帮助UE在小区搜索时有章可循，是5G系统小区搜索方案设计的关键。

1．同步栅格与信道栅格的基本功能与特征

在讨论5G小区搜索前，首先需要明确两个基本概念：一是同步栅格，二是信道栅格，了解这两个概念存在的意义以及二者之间的关系，是理解5G系统小区搜索过程及方案设计的关键，也是本节的重点内容。

同步栅格是一系列可用于发送同步信号的频点。网络部署时需要建立小区，小区需要有特定的同步信号，同步信号的可配置位置即对应同步栅格位置。比如说频域上A点是一个同步栅格中的频点位置，那么当某运营商在A点附近部署小区时就可以将该小区的同步信号中心位置配置在A点，当UE在频率A点所在的频谱搜索小区时，可以通过A点上的同步信号发现该小区，从而接入该小区。

信道栅格是可用于部署小区的特定频点，这些频点是可作为小区中心频点来建立小区。例如小区带宽为100 MHz，其中心频点可配置于信道栅格频点B上，则该小区的频域配置范围为[B-50 MHz，B+50 MHz]。

有了上述基本概念后，需要明确这两个概念的区别是什么。通过对比不难发现，同步栅格强调的是可以部署小区同步信号的频域位置，信道栅格强调的是可以配置小区中心频点的频域位置，二者看似区别不大，但实际上却会产生完全不同的小区部署设计影响。

首先，同步栅格的主要作用在于让UE执行小区搜索过程时可在特定频点位置做相应搜索，避免盲目搜索的不确定性导致过长的接入时延及能耗损失。同步栅格的粒度配置越大，则单位频域范围内的同步栅格点个数越少，UE搜索小区所需遍历的搜索位置也越少，从而会整体缩短小区搜索所需时间。但是，同步栅格的设计不能无限制地扩大同步栅格的部署粒度，其原因在于网络必须保障在小区频域范围内至少存在一个同步栅格用于发送同步信号，比如当小区带宽是20 MHz时，如果同步栅格的粒度设计为40 MHz，则显然有些频域资源不能被利用于小区部署，这种问题在通信系统设计过程中需要避免。

其次，信道栅格的作用主要是部署小区，从其定义可以看出，信道栅格是可用于部署小区中心频点的一系列频域位置。从网络部署的层面看，信道栅格的粒度越小越好，因为这样能够降低信道栅格粒度划分对小区部署灵活性的影响。考虑一个简单的例子：比如当运营商在900～920 MHz部署小区时，若该运营商希望部署一个占满该频谱范围的带宽为20 MHz的小区，则该运营商会期望在910 MHz位置存在一个信道栅格；而当运营商获得了900.1～920.1 MHz的频谱使用权时，该运营商期望在910.1 MHz位置也存在一个信道栅格可用于部署20 MHz的小区以充分利用带宽资源。由此可见，如果信道栅格的粒度过大，将难以满足不同的频谱分配导致的不同网络部署需求。因此在技术上需要尽量降低小区部署的限制因素，采用更小的信道栅格粒度是一条简单易行的方法。

综上可见，一方面，从UE小区搜索的角度而言，同步栅格粒度在一定条件下越大越好，有利于加快小区搜索过程；另一方面，从网络部署角度来看，信道栅格粒度越小越好，有利于网络的灵活部署。

2．LTE系统中的栅格设计以及5G NR所面对的新变化

在LTE系统设计中，同步信号的中心频点固定在小区的中心频点，即用于发现小区的同步栅格和用于部署小区的信道栅格被绑定在一起，相应的栅格大小约定为100 kHz。通过本节第一部分的分析，不难发现这是一个折中的方案，也是一个较为简单的实现方案，100 kHz的信道栅格保障了网络部署的灵活性，同时由于LTE频谱带宽一般在几十兆赫兹，复用100 kHz间隔的同步栅格带来的小区搜索的复杂度尚可以接受。

然而，5G NR的小区部署时，考虑到5G系统特征，同步栅格和信道栅格设计的影响因素发生了变化，主要体现在以下两个方面。

首先，5G NR的系统带宽将大大超越LTE系统，如低频场景下典型的频谱宽度为数百兆赫兹，高频场景典型的频谱宽度为数吉赫兹，如果UE执行小区初搜时如果依旧沿用100 kHz的搜索间隔，势必会导致过长且不能接受的小区搜索时间。此外，在后续具体的5G系统同步信号设计章节可以看出，受5G NR同步信号特征约束，单频点上的小区搜索将需要20 ms甚至更多的时间，当在频域上又要密集搜索更多同步栅格时，整体的小区搜索时间将非常漫长。在3GPP的一些讨论中，甚至有公司估算出如果不做针对性改善设计，则小区初搜的时长可能长达十几分钟，这将是一个完全不可接受的过程。所以，优化改进5G系统的同步栅格、信道栅格设计是保障5G系统用户体验的基本需求。

其次，由于NR系统的灵活特性，5G NR的系统设计将同步信号的位置不再约束在小区中心。对于一个5G小区来说，其同步信号只需要在小区系统带宽之内即可。这一变化，一方面支持了网络配置同步信号资源的灵活性，另一方面也给予了重新设计5G系统同步栅格的可能性，因为如果依旧约束5G同步信号位于小区中心频点位置，则只能以牺牲网络部署灵活性为代价去扩大同步栅格，而当同步栅格与信道栅格解绑定之后，上述布网灵活性与初搜复杂度的矛盾可以在一定程度上独立解决。

3．5G NR的同步栅格及信道栅格设计

这里我们说明了同步栅格和信道栅格的特征，LTE系统中的基本情况以及5G NR所面对的新变化，这些内容对于充分理解5G NR的同步栅格、信道栅格设计是有帮助的。在接下来的本节内容中，我们将具体说明在考虑上述因素后，5G NR的同步栅格、信道栅格的设计特征。

首先，关于信道栅格部分，5G NR约定了全球信道栅格与NR信道栅格两个基本概念。其中，全球信道栅格作为基本的射频参考频率位置（F_REF），其栅格粒度定义为全球栅格粒度（ΔF_Global），这些位置是用于描述NR信道栅格的基础。通常这组频域参考点位置会与特定编号对应后以NR-ARFCN（NR Absolute Radio Frequency Channel Number，NR绝对信道编号）的方式呈现出来。如表6-1所示，在0～3 GHz，全球信道栅格的基本频域粒度ΔF_Global是5 kHz，其分别对应了0～599 999的绝对信道编号；在3～24.25 GHz，全球信道栅格的粒度ΔF_Global扩大为15 kHz，其分别对应了600 000～2 016 666的绝对信道编号；在24.25～100 GHz，全球信道栅格的基本频域粒度ΔF_Global扩大为60 kHz，分别对应了2 016 667～3 279 165的绝对信道编号。

以上述全球信道栅格为基础，5G NR信道栅格设计对每一个部署频谱都约束了各自对应的信道栅格粒度以及信道栅格的起始计算点和终止计算点。表6-2节选了部分频谱上的信道栅格设计结果，以频谱n38为例，100 kHz被作为信道栅格的基本粒度，该频谱上行链路内的第一个信道栅格点位于绝对信道编号514 000所对应的频点上，之后每相邻两个信道栅格频点之间相距20个绝对信道编号，该频谱内的最后一个信道栅格位于绝对信道编号524 000所对应的频点之上。

通过表6-2可以看出，对于大多数低频谱，5G NR都沿用了100 kHz粒度的NR信道栅格设计，这主要是考虑了这些频谱大多都是LTE的重耕频谱，保持和LTE的统一设计有利于最小化重耕频谱上对网络部署规划的影响。对于5G NR新定义的频谱（如n77、n78、n79、n258），信道栅格设计时采用了与该频谱所用子载波间隔大小相对应的信道栅格粒度，如15 kHz、30 kHz，以及60 kHz、120 kHz，从而为这些全新5G频谱提供了更为灵活的网络部署支持。

对于同步栅格来说，5G NR的设计略显复杂。首先类似于上述全球信道栅格与NR信道栅格之间的关系，5G NR定义了全球同步栅格作为基本频域粒度用于构建实际的NR同步栅格。每个全球同步栅格的频域位置均对应一个特定的全球同步编号（Global Synchronization Channel Number，GSCN），其相互之间的对应关系如表6-3所示。

不同频率范围内全球同步栅格与全球同步编号之间的对应关系有所区别，主要体现在两点：①0～3 GHz的全球同步栅格的基本粒度是1.2 MHz，3～24.25 GHz的全球同步栅格基本粒度是1.44 MHz，24.25～100 GHz的全球同步栅格基本粒度是17.28 MHz。一般而言，频谱越高，网络使用的系统带宽越大，因此上述设计一方面在越高频谱采用越大的同步栅格间距以减小小区搜索复杂度，同时保障所有可部署小区均可在系统带宽内配置同步信号。②0～3 GHz额外增加了正负100 kHz的偏移量，相当于每个间距为1.2 MHz的全球同步栅格外还存在正负偏移100 kHz的两个全球同步栅格点与之共存，这部分修正的原因在于考虑到3 GHz以下频谱需要与LTE频谱共存，当同步栅格和信道栅格解耦后，同步信号中心频点和小区中心频点间的偏移与小区子载波间隔设定之间将不能保证子载波间隔整数倍的关系，所以需要增添正负偏移做微调以规避上述问题。例如，当在n38频谱部署一个子载波间隔为15 kHz的小区时，当小区中心频点部署在信道栅格频点2 603.8 MHz（ARFCN=520 760）时，如果期望将同步信号中心频点部署在同步栅格2 604.15 MHz（GSCN=6 510，M=3，N=2 170），则上述信道栅格频点与同步栅格频点之间的频域偏移为350 kHz，如图6-1所示，并不是15 kHz子载波间隔的整数倍，这种情况将不利于对小区内的同步信号及同步信号所在符号上的数据信道做统一FFT处理，从而会引入额外的信号生成、检测复杂度。而当同步栅格设计引入正负100 kHz的偏移后，上述问题将得以解决，例如本例中同步信号块中心频点可规划在同步栅格2 604.25 MHz（GSCN=6 511，M=5，N=2 170）处，此时信道栅格频点与同步栅格频点之间的频域偏移为450 kHz，即构成子载波间隔15 kHz的整数倍，从而避免了上述复杂度问题。

基于全球同步栅格的规划，即可确定各个频谱上各自对应的NR同步栅格位置，如表6-4所示，绝大多数频谱内的NR同步栅格与该频谱内的全球同步栅格位置一一对应。当然也有一些频谱，如n41、n79等频谱，为了进一步减小小区搜索的复杂度，在全球同步栅格基础上，成倍数地扩大了该频谱NR同步信道栅格粒度。