5G小区搜索流程

LTE的初始同步过程如图1所示，一旦识别出频带，UE就扫描频率栅格（例如：LTE的典型100khz光栅）。对于光栅上的每个值，通过尝试检测主同步信号（PSS）和辅同步信号（SSS）来执行下行信息获取。对于LTE，PSS和SSS都携带特定小区的参数。PSS携带小区ID NID（0、1、2），而SSS携带小区ID组NID（168个）和帧定时信息。因此，总共有168x3=504个小区ID可用。PSS检测（称为第1阶段小区搜索）产生粗定时和频率偏移校正，此外还估计了频率偏移。除了帧和帧定时估计之外，SSS检测还产生CP长度和TDD/FDD检测（如果需要）。

一旦检测到小区ID候选，UE通过RSRP测量和PBCH检测来验证检测到的小区ID候选。由于存在CRC，PBCH检测提供了一种故障保护机制，可用于删除错误检测到的小区ID。对于相邻小区搜索，可能需要检测多个小区ID候选。

在小区搜索过程钟，需要区分两种主要类型的小区搜索过程，因为每个过程都有不同的约束：1）初始小区搜索，2）相邻小区搜索。

1. 初始小区搜索：较大的定时和频率偏移，但捕获时间要求并不严格（即：当UE打开并尝试检测网络存在时）。

2. 相邻小区搜索：对于同步网络（典型场景），定时和频率偏移往往很小。但采集时间要求非常严格（即切换场景）。由于相邻小区搜索往往更具挑战性，因此关于相邻小区的一些辅助信息通常由网络提供。

对于NR，重用相同的小区搜索过程。但是，NR带来一系列附加要求，例如：

•  用例（如eMBB、URLLC和mMTC）：不同的用例需要不同的小区搜索要求（如最短采集时间）、程序和同步信号设计。注意，由于较窄的UE带宽和覆盖增强，mMTC需要不同的过程和同步信号。

•  额外的小区特定参数：除了小区ID、帧定时、CP长度和TDD/FDD检测之外，在小区搜索过程中还需要检测以下新的小区特定参数：

1. 多个numerology 集，例如子载波间距

2. 用于PBCH检测的天线端口数量（如果PBCH使用非UE透明Tx分集方案）

3. 子帧帧定时（如果PSS/SSS的多个实例在一个子帧内被传输，例如：由于对于高于6Ghz或对于低于6Ghz的覆盖受限场景使用特定的模拟/混合波束赋形策略，类似于LTE NB-IoT）

如果新的初始接入设计引入与所有这些附加要求相关的特征，则包括同步信号检测的小区搜索过程的UE实现复杂性可能显著增加。因此，需要研究初始接入过程中所需的特性。

5G小区搜索流程会碰到哪些问题呢？

同步网络中的单频网络（SFN：Single-frequency-network）效应

在同步网络中，UE（特别是在小区边缘）收到来自不同NR基站信号的叠加。因此，如果针对NR从所有基站发送公共信号，则UE经历的下行信道是来自所有NR 基站信道的叠加。如果一个小区共用PSS用于网络中的所有小区，则这对于阶段1捕获是有问题的。UE看到的有效信道冲激响应不再是从期望gNB到UE的信道（与UE尝试获取的小区相关联），而是从所有gNB到UE的信道的总和。这被称为单频网络效应。

当阶段1捕获尝试从接收的下行信号和PSS的副本的相关中检测峰值时，UE可能检测到错误的定时，导致UE在CP之外采样，从而导致时隙干扰ISI。在LTE中，通过引入多个PSS来缓解这个问题。这些PSS可用于不同小区，以避免UE看到来自多个相邻小区（包括所需小区）的信道的叠加。

SSS错误检测

对于LTE，小区ID基本上是从3个部分检测出来的：1）PSS 、2）SSS的段1，3）SSS的段2。如图2所示。当UE位于小区边缘（在小区A和B之间）上执行相邻小区搜索时，这种三层设计导致表1中列出的许多问题：

1. 当PSS看到的信道与SSS不同时，会发生相位失配（类似于SFN效应）。如果在不使用PSS的情况下从SSS检测到SSC（secondary synchronization code），则可以避免这种情况。也就是说，在不使用从PSS导出的任何信道估计的情况下，非相干地检测SSC。

2. 当来自小区A和B的两个SSS段中只有一个重合时发生碰撞。正如相位失配一样，尽管这个问题不严重，但它会导致更差的互相关特性。

3. 当来自小区A和B的两个SSS段不同时，无论来自小区A和B的PSS是否相同，都会出现模糊。观察到当来自小区A和B的PSS相同时，UE可以检测到2x2＝4个小区ID值，而只有2个小区ID（与小区A和B相关联）是有效的。更糟糕的是，当来自小区A和B的PSS不同时，UE可以检测到2x2x2＝8个小区ID值，而只有2个小区ID（与小区A和B相关联）是有效的。

在上述三个问题中，模糊性可能是最严重的一个。因此，基于第一SSS段的索引对第二SSS段进行加扰，并且基于（来自PSS）的值对整个SSS进行加扰。然而，由于加扰只能改善SSS的互相关特性，模糊问题不能完全消除。

然而，由于基于PBCH的故障保护机制，当对所有检测到的候选小区ID重复PBCH检测时，可以剔除无效的候选小区ID。无效的候选小区ID很可能会使CRC检查失败，从而被删除。然而，这是以UE邻近小区搜索复杂性（功耗）为代价的。

对于NR，在以下情况下，可以避免（或至少减少）上述问题：

(1) PSS不支持小区ID的假设，但这比较大胆，需谨慎

(2) 不使用两段SSS设计

(3) 非相干SSC检测用作SSS的设计标准

6GHz以上频段

对于6GHz以上频段（例如28 GHz），需要模拟波束扫频结构来补偿严重的传输损耗。由于这些模拟波束中的每一个都是窄的（高度方向性），因此，对于窄带扫频波束，合理地在子帧内的多个窄带OFDM符号中重复同步信号传输。注意，在多个子帧之间重复同步信号的替代方案可能会产生更大的采集时间。在这种情况下，由于无法盲检子帧定时（OFDM符号），因此需要将其指示为同步信号的一部分或作为新的小区搜索参数。

所以，同步信号设计需考虑以下几个方面

(1) ·与PSS定时采集相关的SFN效应

(2) ·多层小区ID检测（LTE的三层）导致的歧义问题

(3) ·对于6GHz以上频段，如何处理由于波束扫频机制而产生的额外定时假设