用于切换的5G同步信号

在LTE中，空闲态UE选择或重选到服务小区，LTE小区通常由其同步信号（PSS/SSS）定义。在检测到PSS/SSS并与之同步时，UE知道Cell ID（PCI）。与PSS/SSS紧密相连的还有系统信息的获取。因此，PSS/SSS用于空闲模式同步信号。

在LTE中，RRC_CONNECTED的UE测量相邻小区的质量，并将其评估为潜在的切换候选。这里，PSS/SSS再次用于识别小区，并且将相应CRS上的测量报告给服务eNodeB，服务eNodeB使用该报告为即将到来的切换准备目标eNodeB。这里，PSS/SSS用于连接模式同步信号。

在LTE中，PSS/SSS每5ms发送一次。对于极端的切换场景，需要这种频繁的传输来确保良好的切换性能。因此，已选周期以满足连接模式要求。对于空闲模式性能，这种频繁的传输是不必要的：通过更稀疏的传输可以获得足够的空闲模式性能。通过对标准的少量添加，例如引入空闲模式测量窗口，可以在许多部署中获得足够的空闲模式性能，空闲模式同步信号周期为100ms。

通过在空闲模式下使用信号的稀疏传输和在任何RRC_CONNECTED的UE需要服务时更频繁的传输，可以最小化网络能耗。small cell就在朝这个方向发展，其中PSS/SSS在没有为任何UE激活的载波上稀疏地传输。然后，当至少一个UE的载波被激活时，发送额外的PSS/SSS。这种情况如图1所示。

此外，由于在设计未来传输方案时需要考虑的信号传输较少，因此系统变得更具未来兼容性。此外，对于总是在线的信号的稀疏传输，开销量可以保持在最小，因为信号仅在需要时频繁传输。即使对于处于RRC_CONNECTED模式的UE，也只需要5ms周期来处理极端情况。在几乎所有情况下，稀疏传输也足以用于连接态模式程序。

最后，当部署在未经许可的频谱中时，不允许频繁传输空闲模式信号（例如每5ms一次）。

为了满足稀疏传输同步信号的空闲模式程序的要求，可能必须在网络侧引入附加功能。例如，网络可以提供类似于LAA中的DMTC窗口的测量窗口，以在小区重选期间帮助UE，并且网络随后确保在该测量窗口中发送所有相关空闲模式同步信号。

如前所述，在LTE中也引入了空闲模式信号的稀疏传输，用于特定部署，例如，在small cell中，或用于在未经许可的频带中操作。因此，对于NR，将此类操作扩展到更多部署。只有在极少数情况下，才需要频繁传输空闲模式信号。

5G最常见的动机之一是，5G应该能够充分利用先进的天线。应支持模拟和数字波束赋形，并提供扩展覆盖范围、增加小区边缘吞吐量和提高容量。当部署被确定为通过使用高级天线系统来提供高小区边缘比特率时，诸如用于小区重选和初始接入的系统信息和参考信号等信号仍然可以通过宽波束甚至全向传输实现足够的覆盖。不过，这种先进的天线在连接模式下至关重要，在连接模式下，它被用来提高各个UE的数据速率。为了执行测量并执行到目标节点的切换，UE必须能够在接收数据的同时接收连接模式同步信号。

自然地，由于波束赋形，在UE处接收的信号的功率将很高。为了能够同时接收数据信号和同步信号，必须在具有类似功率的UE处接收它们。更准确地说，两个信号的接收功率必须落在UE接收机的动态范围内。这种情况如图2所示。

该要求仅适用于连接态模式同步信号。当UE处于空闲模式时，它不使用高增益波束赋形接收数据，并且图2中的动态范围问题不会发生。

为了避免同时接收全向传输和波束赋形传输的问题，可以在波束赋形传输中引入传输间隙。该传输间隔需要足够长，以便可以测量所有相关的频率内邻区。这种方法有两个主要缺点：i）由于开销导致性能损失；ii）相邻连接模式同步信号传输需要与传输间隙协调。因此，即使使用频繁的连接模式同步信号传输，UE也不能在任何时候执行频率内测量。

如果传输间隙是不需要的，那么想要在波束赋形数据传输的同时接收的任何信号也需要波束赋形，以便它落在UE接收机窗口中。当然，对于空闲模式同步信号也是如此。因此，如果想要确保能够在连接模式下接收空闲模式同步信号，那么它也必须进行波束赋形，即使由于覆盖原因不需要波束赋形。空闲模式同步信号的波束赋形导致系统信息传输的开销增加。这也使网络规划变得复杂。

如上所述，系统信息（SI）的广播与空闲模式同步信号的传输密切相关。为了广播SI，非常希望能够依赖SFN（单频网络）传输。最小的系统信息非常适合SFN传输：SI通常在大面积上是相同的，需要通过广播提供，并且小区边界上的覆盖具有挑战性。

由于空闲模式同步信号可以用作用于接收一些SI的同步源，因此它需要使用与SI相同的传输方案。当通过这样的SFN集群发送空闲模式同步信号时，UE无法区分从各个TRP发送的空闲模式同步信号。

如果将SFN信号用作连接模式切换测量的目标，则UE将被切换到整个SFN集群。然后需要额外的程序在SFN集群内找到最佳TRP。

为了在空闲模式下启用SFN传输并在存在大规模波束赋形数据传输的情况下启用连接态模式参考信号的接收，与连接模式SS传输相比，网络可以对空闲模式SS传输使用不同的波束赋形。

动态负载平衡是网络在网络节点之间重新分配业务量的过程。动态负载均衡的主要动机是将流量从负载沉重的节点卸载到负载较低的节点。

使用单独的连接模式同步信号，只需降低信号的发射功率，就可以从过载的小区转移流量。由于仍然使用空闲模式同步信号执行初始接入，因此系统的可访问性不受影响。如果连接模式移动性基于空闲模式同步信号，则该过程是不可能的：空闲模式同步信号的发射功率的任何调整将影响初始接入性能，从而影响系统的基本覆盖范围。

在一个系统中对空闲和连接的多个设备执行一次同步时，执行动态负载均衡将不得不依赖于各个UE中的移动性阈值。这一过程不仅会更慢，还需要更改每个UE的阈值。

因此，对空闲模式和连接模式同步信号的要求至少在某种程度上是不同的。根据这一观点，现在有两种方法来解决问题，如图4所示：

在方法（a）中，分别设计同步信号以满足空闲模式和连接模式要求。因此，空闲模式同步信号被设计为考虑来自空闲模式UE的要求，并且连接的模式同步信号被设计为考虑来自连接模式UE的要求。这导致每个信号都针对其各自的目的进行了优化，并且最终的部署是高效的。很有可能我们最终得到两个不同的信号。在方法（b）中，设计一个同步信号以满足空闲和连接模式的集合要求，从而形成折衷设计。然后部署同步信号以满足空闲和RRC_CONNECTED 的UE的需要。显然，标准中只有一种信号设计需要捕获。