6.1.2　SSB的设计

SSB在初始接入过程中扮演基础性的角色，承载非常重要的功能，如携带小区ID、时频同步、指示符号级／时隙级／帧定时、小区／波束信号强度／信号质量的测量等。为支持这些功能，SSB中包含PSS（Primary Synchronization Signal，主同步信号）、SSS（Secondary Synchronization Signal，辅同步信号）、PBCH（Physical Broadcast Channel，物理广播信道）及其参考信号DMRS（Demodulation Reference Symbol，解调参考符号）。其中，PSS与SSS用于携带小区ID（可携带1 008个小区ID）、完成时频同步、获取符号级定时；SSS和PBCH的参考信号DMRS可用于小区或波束信号强度／信号质量的测量；PBCH用于指示时隙／帧定时等信息。这里需要说明的是，在标准化讨论的初期，采用了SSB的说法。由于SSB也包含了PBCH信道，因此后期在规范撰写过程中，为了准确起见，改称为SS/PBCH Block（Synchronization Signal Block/PBCH Block，同步信号广播信道块）。在本书中二者等效，简单起见，一般称为SSB。

鉴于SSB在初始接入过程中的基础性作用，因此在标准化过程中对其信号和结构设计，进行了充分的讨论。

NR系统以波束扫描的方式发送时，在每一个下行波束中均需要发送SSB，每一个SSB中均需要包含PSS、SSS、PBCH。PSS、SSS序列长度均为127，占用12个PRB（含保护子载波）。为提供足够资源使得PBCH以足够低的码率发送，仿真评估确定在每一个符号上占用的带宽为24个PRB的情况下，PBCH占用2个符号即可满足性能需求，因此PBCH的带宽为24 PRB。

SSB的结构，尤其是PSS、SSS、PBCH符号在时间上的排列顺序是标准化讨论中的一个焦点。由于UE在接收和处理SSB时，PSS的处理在SSS的处理之前，因此PSS若放置在SSS之后，UE需要缓存SSS以在处理PSS之后处理SSS[1]，因此各公司首先达成一致，PSS应放置SSS之前。然而，关于SSB内PSS、SSS、PBCH的具体时域映射顺序，各公司提出不同的设计图样，典型的方案如下。

·　选项1：映射顺序为PSS-SSS-PBCH-PBCH，如图6-2中选项1所示。

·　选项2：映射顺序为PSS-PBCH-SSS-PBCH，如图6-2中选项2所示。

·　选项3：映射顺序为PBCH-PSS-SSS-PBCH，如图6-2中选项3所示。

·　选项4：映射顺序为PSS-PBCH-PBCH-SSS，如图6-2中选项4所示。

上述方案的主要区别在于PSS、SSS之间的符号间距，两个PBCH符号之间的间距以及PBCH符号与PSS、SSS符号之间的相对关系。文献[2]与文献[3]等提出，SSS可以辅助用于两个PBCH符号的信道估计，提升PBCH的解调性能，因此SSS应位于两个PBCH符号之间。文献[4]通过仿真指出适当增大PSS、SSS之间的符号间隔有利于提升频偏估计的精度。因此，选项2可以满足这些要求，选项2所对应的时域映射顺序被标准采纳。

至此，3GPP完成了SSB的结构设计。然而，在2017年9月举办的小组会上，部分芯片厂商提出，由于在RAN4#82bis上同意NR支持的最小信道带宽在FR1为5 MHz、在FR2为50 MHz，基于目前的SSB结构，UE在小区搜索时，需要完成巨大的小区搜索的工作量，所对应的小区搜索时延也将难以接受。具体分析如式（6.1）[5]。

同步信道的栅格由下述公式确定：

以FR1为例，由于FR1支持的最小信道带宽为5 MHz，SSB带宽为24个PRB（当SCS为15 kHz时，对应的带宽为4.32 MHz），可见同步信道栅格将不足0.7 MHz。5G系统支持频谱带宽一般较宽，在FR1典型的5G频谱（n1、n3、n7、n8、n26、n28、n41、n66、n77、n78等）的带宽之和接近1.5 GHz，因此基于现有设计，FR1的同步信道栅格数目将数以千计。SSB的典型周期为20 ms，UE完成一次小区搜索的时长将达15 min[5]，对于高频而言，UE还需要再尝试多个接收Panel（天线面板），因此小区搜索的时延会进一步延长，这对于实现而言，显然是不能接受的。

由公式6.1可知，通过降低SSB的带宽，可增大同步信道栅格，由此降低频率域上SS/PBCH的搜索次数。

基于此，在SSB结构的设计完成半年之后，3GPP决定推翻此前的设计，重新设计SSB结构以降低UE小区搜索的复杂度。标准化讨论中，重设计的SSB的结构的典型方案如下。

·　选项1：降低PBCH符号的带宽，如降低到18个PRB，不做其他设计修改。

·　选项2：降低PBCH符号的带宽，如降低到18个PRB，同时增加PBCH的符号数目。

·　选项3：降低PBCH带宽，同时在SSS符号两侧增加PBCH的带宽。

选项1通过降低PBCH的符号，降低小区搜索的复杂度，然而由于PBCH总资源变少，导致PBCH的解调性能下降，从而影响PBCH的覆盖。

如图6-3所示，选项2一方面降低了PBCH的带宽以降低小区搜索的复杂度；另一方面增加了PBCH的符号数目以弥补带宽降低带来的PBCH资源的减少，从而保证了PBCH的解调性能。但是，SSB所占用的符号数目的增加导致了原设计的时隙内的SSB的候选位置不能使用，需要重设计SSB的候选位置的图样，这势必增加了标准化的影响。

如图6-4（a）所示，选项3一方面降低了SSB占用的总带宽从而降低初始搜索的复杂度；另一方面巧妙地利用SSB的SSS两侧的剩余资源，各增加4个PRB用于PBCH传输，弥补了由于带宽下降导致的PBCH资源量减少，从而使得PBCH传输的总资源量与此前的设计保持一致，保证PBCH的覆盖性能。值得说明的是，标准讨论过程也提出了与选项3类似的方案，如图6-4（b）所示，在降低PBCH带宽的同时，分别在PSS、SSS两侧增加PBCH传输的频率资源，即该方案也同时利用了PSS两侧剩余的频率资源。采用该方案有如下获益：一方面可以进一步增加PBCH的总资源量从而提升PBCH的传输性能；另一方面，若保持PBCH的总资源与图6-4（a）所示方案一致，则可以进一步降低SSB的带宽，从而进一步降低小区搜索的复杂度。但该方案最终未采纳，原因在于UE在接收SSB时，第一个符号PSS通常会用于AGC（自动增益控制）调整，因此即使PSS两侧传输PBCH，也有可能不能用于增强PBCH的解调性能，另外，图6-4（a）所示方案已经带来足够的小区搜索复杂度降低的增益。

最终标准采纳了选项3，如图6-4（a）所示的方案，需要指出的是，SSB的带宽从24个PRB降低为20个PRB。