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[话题讨论] 5G(NR)网络同步 [复制链接]

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  列兵

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发表于 2023-5-13 13:29:59 |显示全部楼层
  在任何无线系统(特别是蜂窝通信)中最重要的一步就是同步。而当通信链路出现故障,对其进行排除中这一步也是最棘手的。如果只是从设备表面或基站外观,你得不到任何线索,也找不出问题的原因。而且在大多数终端设备(UE)或基站BTS)日志中,也不会看到有关失步的详细信息。在日志中通常我们只会看到事件的通过/失败”(Pass/ Fail)打印信息。即使找到一个特定日志,打印出失步过程的细节;大多数情况下这些信息会被打印成一系列的神秘数字。如果对用于特定设备同步过程的算法没有详细的理解,那也几乎不可能在日志中解析这些信息。但是如果对同步过程中的工作原理和进程总体设计有一个大致的了解,那么其将是对问题的分析很有帮助。
1.5G(NR)网络同步
       在通信技术中谈到同步时,通常包括同步发送同步接收”两方面;其中: 终端(UE)侧的发送方向称为“上行”;而接收方向称为“下行”;
        根据同步过程,在5G(NR)无线通信中有两种类型的同步,它们分别是“下行同步”和“上行同步”;其中:
       下行同步:是指在下行同步过程中终端(UE)探测(小区)无线边界(如无线帧起始时间,带宽)和OFDM符号边界(起始的OFDM符号);
       该过程是通过对SSB(同步资源块)的探测和分析获取,这是一个相当复杂过程,在SSB相关文章中有详细解析。
      上行同步:上行同步过程是终端(UE)(通过PUSCH/PUCCH)计算出正确时间向网络侧发送数据;通常网络(gNB)要处理多个用户(发送的数据),网络必须确保来自每个用户的上行链路信号与网络侧公共接收计时器对齐。
所以这是一个更加复杂过程,有时候需要调整每个终端的 发送时序(上行时序),该过程就是接收(RACH)过程。在RACH相关文章中有详细解析。
2.5G(NR)网络同步和初始接入
      下图分解了终端同步伴随小区的初始接入过程,其中STEP1,2,3可理解为同步;通常所说的“同步”一般是指下行同步
      上行同步也非常重要,下图中STEP3 可认为是上行同步和接入进程,通常按照“接入”或“初始接入”处理;
      5G(NR)网络在同步过程设计中考虑了很多因素,这在3GPP技术文档(Tdocs)中有详细说明;
                              
3.5G(NR)网络同步方法
       由于终端UE已知(或派生)预定义同步信号的所有细节,它可以搜索和检测到达的数据流。而同步信号在时间和位置上也都已预定义,UE可以从解码后的同步信号中检测到准确的时间。同步常用的方法如下:
·             预先确定一个同步信号(预先定义一个数据序列:该信号称为同步信号);
·             将这个信号加载在设定子帧上定义的OFDMA符号上,予以发送;
4.5G(NR)同步信号的信息
         同步信号中可检索到与同步相关的定义,也可以推导出基础信息如PCI及其他额外的信息;在5G(NR)网络里同步信号中将包括以下信息:
·           无线帧位置(无线帧中第一个符号的位置);
·           子帧位置(子帧中第一个符号的位置);
·           其他信息(小区PCI,小区ID和系统ID等);
5.5G(NR)帧结构中的同步信号
          5G(NR)帧结构中的同步信号在3GPP TS.38.211中定义;需注意的是NR帧中的同步信号位置不完全相同,这是由于子载波间隔及传输方法不同的缘故。
         由于 5G(NR)网络中支持单波束和多波束配置,所以网络采用单波束还是多波束,同步信号位置设置可能会采用不同的策略。在每种波束管理类型中根据网络传输SS信号方式设计是重复传输还是单次传输采用不同的策略。详细内容在R1-1611272中进行了描述;
6.5G(NR)同步信号接收和发送
       5G(NR)同步信号传输方法在TS38.211中有详细说明;本节主要说明同步信号传输的各种选择。关于5G(NR)同步信号的 接收和发送有四种方案A,B,C,D;它们分别具体有以下特点:
方案A:周期性发送
·          周期性发送
·          时域上位置固定
·          频域上位置固定
优点:实现很简单,而且检测同步的实现也很简单。
缺点:不够灵活,即使将来有更好的同步想法,也不能移除更改其结构资源。而且网络一直在传输同步信号,即使周围没有用户。所以这是对无线电资源和能源都是浪费。
方案B:半静态(周期)发送
·         时域上位移
·         频域是位移
优点:它具有更大的灵活性。
缺点:同步信号检测过程会变得有点复杂,需要更复杂的设计。
方案C:根据请求发送
优点:同步信号位置非常灵活,它可以最小化同步信号传输的资源分配和能量消耗,只在真正需要的时候才传输信号。
缺点:用户端会增加更多的能量消耗,用户必须发送请求信号才能获得同步信号。另一个缺点是,网络上行链路更加复杂;
方案D:基于随机接入
           在该方案中网络在每个下行帧的开始发送同步信号作为前导信号,并从前导信号获得同步。
优点:类似于随需应变的情况。
缺点:会使设计变得复杂,同步信号开销会增加,因为每个下行帧都应该为同步信号保留一定数量的资源。

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