5G NR在初期網絡部署時可能會采取與4G LTE網絡融合“非獨立組網方案”的方案。該方案不需要為NR新建核心網以及配套傳輸網絡,從而使得5G NR能夠快速組網部署,參見圖1。 5G NR非獨立組網架構圖
這種組網方案在網絡資源的利舊升級方面的優勢顯而易見。伴隨著這樣的組網方案,5G NR空口的協議棧以及數據傳輸模式需要進行適配性的重新設計。在非獨立組網模式下,5G NR只設計了MIB/SIB1系統消息,并沒有專門設計其他系統消息SI。本應該由系統消息SI攜帶的相關系統配置參數則通過RRC重配方式進行基于UE的專屬配置。LTE中PSS/SSS/PBCH是以固定的時頻域位置進行傳輸,小區之間通過不同的擾碼(與小區ID相關)進行區分,在5G NR中,同步信號(synchronization signal-SS)與PBCH是按照一定時頻域資源關系成組出現。每個小區的SS/PBCH塊可獨立靈活配置在全帶寬時頻域位置。這樣的設計不僅體現5G NR在資源利用方面的靈活性,同時運營商可以基于這樣的靈活設計定制化的進行網絡規劃,進一步提升SS/PBCH解碼的可靠性。
SS/PBCH塊在時域占用4個OFDM符號,在SS/PBCH塊內部從0至3進行索引標號。主同步信號PSS,輔同步信號SSS,物理廣播信道PBCH以及解調參考信號DM-RS占用的不同符號位置由表1給出,其中。
表1 SS/PBCH組內資源分配
信道或信號 | SS/PBCH塊內OFDM符號索引 | SS/PBCH塊內子載波索引 |
PSS | 0 | 56, 57, …, 182 |
SSS | 2 | 56, 57, …, 182 |
Set to 0 | 0 | 0, 1, …, 55, 183, 184, …, 236 |
2 | 48, 49, …, 55, 183, 184, …, 191 | |
PBCH | 1, 3 | 0, 1, …, 239 |
2 | 0, 1, …, 47, 192, 193, …, 239 | |
DM-RS for PBCH | 1, 3 | |
2 |
在頻域分配方面,一個SS/PBCH塊包含了240個連續的子載波(20個PRB),這些子載波以0至239進行索引標號。k和l分別代表一個SS/PBCH組內的頻域和時域。UE可以假定“Set to 0”所對應的時頻域資源RE承載信息0。
對于5G NR非獨立組網模式,與之相連接的4G LTE基站還可支持與5G NR基站的雙連接數據傳輸模式(E-UTRA NR Dual Connectivity,EN-DC)。UE可通過所駐留的4G LTE小區RRC重配消息獲取5G NR系統配置參數,在非獨立組網模式中,將5G NR的系統配置參數作為EN-DU的第二小區組相關參數配置,封裝成8字節字符串組的形式進行傳輸。
RRCConnectionReconfiguration-v1510-IEs ::= SEQUENCE { nr-Config-r15 CHOICE {
release NULL,
setup SEQUENCE {
endc-ReleaseAndAdd-r15 BOOLEAN,
nr-SecondaryCellGroupConfig-r15 OCTET STRING OPTIONAL, -- Need ON
p-MaxEUTRA-r15 P-Max OPTIONAL -- Need ON
}
} OPTIONAL, -- Need ON
sk-Counter-r15 INTEGER (0.. 65535) OPTIONAL, -- Need ON
nr-RadioBearerConfig1-r15 OCTET STRING OPTIONAL, -- Need ON
nr-RadioBearerConfig2-r15 OCTET STRING OPTIONAL, -- Need ON
tdm-PatternConfig-r15 CHOICE {
release NULL,
setup SEQUENCE {
subframeAssignment-r15 SubframeAssignment-r15,
harq-Offset-r15 INTEGER (0.. 9)
}
} OPTIONAL, -- Need ON
nonCriticalExtension SEQUENCE {} OPTIONAL
}
圖2 4G LTE小區RRC重配消息中關于NR小區作為雙連接的相關配置參數
RRCReconfiguration message
-- ASN1START
-- TAG-RRCRECONFIGURATION-START
RRCReconfiguration ::= SEQUENCE {
rrc-TransactionIdentifier RRC-TransactionIdentifier,
criticalExtensions CHOICE {
rrcReconfiguration RRCReconfiguration-IEs,
criticalExtensionsFuture SEQUENCE {}
}
}
RRCReconfiguration-IEs ::= SEQUENCE {
-- Configuration of Radio Bearers (DRBs, SRBs) including SDAP/PDCP.
-- In EN-DC this field may only be present if the RRCReconfiguration
-- is transmitted over SRB3.
radioBearerConfig RadioBearerConfig OPTIONAL, -- Need M
-- Configuration of secondary cell group (EN-DC):
secondaryCellGroup OCTET STRING (CONTAINING CellGroupConfig) OPTIONAL, -- Need M
measConfig MeasConfig OPTIONAL,-- Need M
lateNonCriticalExtension OCTETSTRING OPTIONAL,
nonCriticalExtension SEQUENCE{} OPTIONAL
}
-- TAG-RRCRECONFIGURATION-STOP
-- ASN1STOP
圖3 RRCReconfiguration重配消息
其中通過高層參數offset-ref-low-scs-ref-PRB定義了公共資源塊的起始位置,SS/PBCH塊內子載波0對應了以公共資源塊起始子載波0開始進行了個子載波偏置的位置,非獨立組網模式中通過高層參數ssb-subcarrierOffset進行設置,如圖4所示。
FrequencyInfoDL information element
-- ASN1START
-- TAG-FREQUENCY-INFO-DL-START
FrequencyInfoDL ::= SEQUENCE {
-- Frequency of the SSB to be used for this serving cell. The frequency provided in this field identifies the position of
-- resource element RE=#0 (subcarrier #0) of resource block RB#10 of the SS block. The cell-defining SSB of an SpCell is always on
-- the sync raster. Frequencies are considered to be on the sync raster if they are also identifiable with a GSCN value (see 38.101).
absoluteFrequencySSB ARFCN-ValueNR,
-- The frequency domain offset between SSB and the overall resource block grid in number of subcarriers.
-- Absence of the field indicates that no offset is applied (offset = 0). For FR2 only values up to 11 are applicable.
-- Corresponds to L1 parameter kssb (See 38.211, section 7.4.3.1)
ssb-SubcarrierOffset INTEGER(1..23) OPTIONAL, -- Need S
-- List of one or multiple frequency bands to which this carrier(s) belongs. Multiple values are only supported in
-- system information but not when the FrequencyInfoDL is provided in dedicated signalling (HO or S(p)Cell addition).
frequencyBandList MultiFrequencyBandListNR,
-- Absolute frequency position of the reference resource block (Common RB 0). Its lowest subcarrier is also known as Point A.
-- Note that the lower edge of the actual carrier is not defined by this field but rather in the scs-SpecificCarrierList.
-- Corresponds to L1 parameter 'offset-ref-low-scs-ref-PRB' (see 38.211, section FFS_Section)
absoluteFrequencyPointA ARFCN-ValueNR,
-- A set of carriers for different subcarrier spacings (numerologies). Defined in relation to Point A.
-- Corresponds to L1 parameter 'offset-pointA-set' (see 38.211, section FFS_Section)
scs-SpecificCarrierList SEQUENCE (SIZE (1..maxSCSs)) OFSCS-SpecificCarrier,
...
}
-- TAG-FREQUENCY-INFO-UL-STOP
-- ASN1STOP
圖4 非獨立組網模式下通過RRC重配消息對5G NR下行頻率進行參數配置
5G NR獨立組網模式中A類型SS/PBCH塊的,可通過MIB中攜帶的參數ssb-subcarrierOffset所包含的低位4比特與 PBCH載荷所確定的高位1比特聯合拼裝確定,B類型SS/PBCH塊的可由MIB中攜帶參數 ssb-subcarrierOffset(對應4比特)確定,如圖5所示。
圖5 MIB中攜帶確定SS/PBCH塊子載波偏置的低位4比特
任何與SS/PBCH塊部分或完全重疊的公共資源塊被看作已被占用,并且不用于PDSCH或者PDCCH傳輸。UE可以假定屬于公共資源但不用作SS/PBCH塊的資源單位RE設置為0 。對于SS/PBCH塊,UE應假定天線邏輯端口p=4000,并且PSS,SSS和PBCH的循環前長度和子載波間隔保持一致,UE在通過PSS/SSS同步時就可以通過盲檢的方式確定循環前綴的格式。另外,對于A類型SS/PBCH塊,參數集,,并且公共資源塊起始位置按照15kHz子載波間隔進行定義;對于B類型SS/PBCH塊,參數集,,并且公共資源塊起始位置按照60kHz子載波間隔進行定義。
SS/PBCH塊中PSS序列包含了127個符號,SS/PBCH塊中SSS序列也包含了127個符號符號,5G NR物理層小區標識(PCI)一共有1008種,5G NR的PSS有3個序列,SSS則由1008個序列。PBCH信道承載加擾比特在每一個SS/PBCH塊起始傳輸時,擾碼序列會重新初始化。經過加擾處理后產生的一組擾碼比特還會經過QPSK調制產生一組復數值調制符號。這組復數值符號在時頻域資源映射中采取先頻域后時域的方式,并且需要在時頻域資源單位匹配映射中錯開PBCH解調參考信號(Demodulation Reference Signal,DM-RS)。
一個SS/PBCH塊中包含的PBCH信道承載了系統消息MIB的傳輸內容,MIB以80ms為一個傳輸周期,并在周期內重復傳輸。UE應假定SS/PBCH配置相同的EPRE。對于半幀中SS/PBCH塊的個數以及每個SS/PBCH候選傳輸塊起始符號索引由SS/PBCH的子載波間隔決定,定義如下:
場景A-15kHz子載波間隔:半幀中SS/PBCH候選傳輸塊的起始符號索引{2,8}+14*n,對于NR載頻小于等于3GHz,n=0,1;對于NR載頻大于3GHz且小于6GHz,n=0,1,2;
場景B-30kHz子載波間隔:半幀中SS/PBCH候選傳輸塊的起始符號索引{4,8,16,20}+28*n,對于NR載頻小于等于3GHz,n=0;對于NR載頻大于3GHz且小于6GHz,n=0,1;
場景C-30kHz子載波間隔:半幀中SS/PBCH候選傳輸塊的起始符號索引{2,8}+14*n,對于NR載頻小于等于3GHz,n=0,1;對于NR載頻大于3GHz且小于6GHz,n=0,1,2,3;
場景D-120kHz子載波間隔:半幀中SS/PBCH候選傳輸塊的起始符號索引{4,8,16,20}+28*n,對于NR載頻大于6GHz,n=0,1,2,3,5,6,7,8,10,11,12,13,15,16,17,18;
場景E-240kHz子載波間隔:半幀中SS/PBCH候選傳輸塊的起始符號索引{8,12,16,20,32,36,40,44}+56*n,對于NR載頻大于6GHz,n=0,1,2,3,5,6,7,8;
一個半幀中,SS/PBCH候選塊的索引從0至L-1升序遞增,當L=4,UE通過解碼PBCH的2個LSB比特(Least Significant Bit)確定SS/PBCH塊索引值;當L>4,UE通過解碼PBCH的3個LSB比特確定SS/PBCH塊索引值;當L=64,UE通過聯合解碼PBCH的3個MSB比特(Most Significant Bit)和3個LSB比特來確定SS/PBCH索引值
5G NR對于SS/PBCH的靈活性設置還體現在對某些SS/PBCH索引可選的進行配置,即并不是每個SS/PBCH候選塊都是需要在預期的位置進行傳輸,例如網絡側可以通過高層參數SSB-transmitted-SIB1(獨立組網模式)/ SSB-transmitted(非獨立組網模式或者獨立組網模式多載波)通知UE某些SS/PBCH候選塊在時域特定位置是否進行了傳輸。
UE可以通過高層參數SSB-periodicityServingCell獲取每個5G NR服務小區接收SS/PBCH塊的半幀周期,如果該參數沒有配置,UE默認按照每半幀(5ms)嘗試接受SS/PBCH塊。
在5G NR獨立組網初始小區選擇時,UE可以假定傳輸SS/PBCH塊的半幀出現在2個無線幀的周期之內,即以2個無線幀作為基本步長嘗試捕獲SS/PBCH以實現同步。
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