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5G NR同步信号的numerology
发布日期:2022-04-03

对于NR载波中每个同步信号(例如NR PSS、SSS)的子载波间隔,到底是用15kHz还是60kHz?当然,现在知道sub6GHz用的是30KHz,FDD NR 700MHz子载波间隔用的是15KHz,为什么要怎样选择呢?

NR同步信号Numerology 候选

对于每个同步信号(NR PSS、SSS)的子载波间隔,协议中有两种备选方案。第一种选择是,在给定频率范围的规范中预定义子载波间隔。例如,15khz子载波间隔可用于低于6GHz(例如4GHz或6GHz),60khz子载波间隔可用于高于6GHz(例如,0GHz或40GHz)。另一个备选方案是由NR基站(BS)选择子载波间隔。如果第二种方案用于NR同步信号,则会由于盲检测带来UE的检测复杂度。在该观点中,优选用于给定频率范围的同步信号的预定义子载波间隔。

选择Numerology 有几个考虑点:

  • 子载波间隔

  • CP长度

  • 同步信号传输带宽

(1) 子载波间隔

通常,基于CP-OFDM的单频同步性能对频偏非常敏感。因此,为了根据载波频率讨论合适的子载波间隔,应该考虑根据载波频率的频率偏移。关于频率偏移的约定如下:

  • 初始采集

1. TRP:均匀分布+/-0.05 ppm

2. UE:均匀分布+/-5、10、20 ppm

  • 非初始采集

1. TRP:均匀分布+/-0.05 ppm

2. UE:均匀分布+/-0.1 ppm

根据初始采集的频偏协议,表1显示了根据不同载波频率的频偏,表2显示了根据不同载波频率的归一化频偏。

5G NR同步信号的numerology5G NR同步信号的numerology

如表1所示,需要注意的是,当中心频率增加时,载波频率偏移增加。CFO(Carrier Frequency Offset)的作用在初始捕获尤其是PSS检测中非常关键。根据表2,值得注意的是,同步信号的宽子载波间隔提供了抗CFO的鲁棒性能。因此,建议PSS的子载波间隔应使用比默认numerology 宽N倍的子载波间隔。例如,如果sub-6GHz的默认子载波间隔为15 kHz,则PSS的子载波间隔应使用4倍宽的子载波间隔(即60 kHz)。

另一方面,由于CFO的补偿,CFO在非初始收购中的作用并不有害。从这个角度来看,PBCH的子载波间隔应该使用默认numerology 。此外,如果从PSS检测到粗CFO并对该值进行补偿,则相同的方法可应用于SSS。例如,如果sub-6GHz的默认子载波间隔为15khz,则SSS和PBCH的子载波间隔应使用默认子载波间隔(即15khz)。

(2) CP长度

通常,循环前缀(CP)保护由于延迟扩展而发生的符号间干扰(ISI)。在低于6GHz的情况下,传统LTE规范中定义的CP长度对于支持长延迟扩展信道是必要的,例如传统LTE中的eTU信道模型或具有1μs rms延迟扩展的TDL(Tapped Delay Line)信道模型。然而,如果使用比LTE的传统子载波间隔更宽的子载波间隔,则其将对长延迟扩展敏感,因为CP长度由于更宽的子载波间隔而缩短。

(3) 同步信号的传输带宽

在传统LTE规范中,同步信号的带宽为1.08MHz,OFDM符号持续时间为70μs。当根据更宽的子载波间隔引入更宽的带宽时,UE侧PSS检测的计算复杂度也在增加。基本上,增加PSS检测的复杂性不是首选。从这个角度来看,更希望NR同步信号的传输带宽和持续时间与LTE类似。

在NR系统中,不同的默认numerology 可应用于不同的频带(例如,6GHz以下为15kHz,6GHz以上为60kHz)。如果根据默认numerology 的子载波间隔使用不同的同步信号序列,则会带来实现复杂性。从这个角度来看,为了简单起见,优选用于同步信号的公共序列。

性能评估

这里考虑了三种类型的同步信号,如下所示:

(1) 传统LTE:同步信号的带宽为1.08 MHz,子载波间隔为15 kHz,PSS和SSS使用1个符号。

(2) 备选方案1:同步信号的带宽为4.32 MHz,子载波间隔为60 kHz,PSS和SSS使用1个符号。

(3) 备选方案2:同步信号的带宽为1.08 MHz,PSS的子载波间隔为60 kHz,SSS的子载波间隔为15 kHz,PSS使用4个符号,SSS使用1个符号(即传统LTE SSS)。

5G NR同步信号的numerology5G NR同步信号的numerology

在这些评估结果中,采集时间用于性能度量。因此,对于所有情况,这些评估结果的检测概率保持一定水平(即98%)。图1显示了AWGN信道中不同数值的采集时间CDF。如图1所示,注意到子载波间隔增加,评估性能在捕获时间方面增加。换句话说,对于同步信号使用更宽的子载波间隔增加了初始接入性能。此外,图2显示了eTU信道(频率选择性信道)中不同数值的采集时间CDF。根据图2,注意到CP长度减少,评估性能在采集时间方面降低。换句话说,对于同步信号使用短CP长度(即,更宽的子载波间隔)会降低初始接入性能。