5G(NR)無線網(wǎng)絡(luò)中的同步

在任何無線系統(tǒng)(特別是蜂窩通信)中最重要的一步就是同步。而當(dāng)通信鏈路出現(xiàn)故障，對其進(jìn)行排除中這一步也是最棘手的。如果只是從設(shè)備表面或基站外觀，你得不到任何線索，也找不出問題的原因。而且在大多數(shù)終端設(shè)備(UE)或基站（BTS)日志中，也不會看到有關(guān)失步的詳細(xì)信息。在日志中通常我們只會看到事件的“通過/失敗”(Pass/Fail)打印信息。即使找到一個特定日志,打印出失步過程的細(xì)節(jié)；大多數(shù)情況下這些信息會被打印成一系列的神秘數(shù)字。如果對用于特定設(shè)備同步過程的算法沒有詳細(xì)的理解，那也幾乎不可能在日志中解析這些信息。但是如果對同步過程中的工作原理和進(jìn)程總體設(shè)計(jì)有一個大致的了解，那么其將是對問題的分析很有幫助。1.5G(NR)網(wǎng)絡(luò)同步

在通信技術(shù)中談到同步時，通常包括同步發(fā)送和同步接收”兩方面；其中：終端（UE）側(cè)的發(fā)送方向稱為“上行”；而接收方向稱為“下行”；

根據(jù)同步過程，在5G(NR)無線通信中有兩種類型的同步，它們分別是“下行同步”和“上行同步”；其中：

下行同步：是指在下行同步過程中終端（UE）探測（小區(qū)）無線邊界（如無線幀起始時間，帶寬）和OFDM符號邊界（起始的OFDM符號）；

該過程是通過對SSB（同步資源塊）的探測和分析獲取，這是一個相當(dāng)復(fù)雜過程，在SSB相關(guān)文章中有詳細(xì)解析。

上行同步：上行同步過程是終端（UE）（通過PUSCH/PUCCH）計(jì)算出正確時間向網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)送數(shù)據(jù);通常網(wǎng)絡(luò)(gNB)要處理多個用戶（發(fā)送的數(shù)據(jù)），網(wǎng)絡(luò)必須確保來自每個用戶的上行鏈路信號與網(wǎng)絡(luò)側(cè)公共接收計(jì)時器對齊。所以這是一個更加復(fù)雜過程，有時候需要調(diào)整每個終端的發(fā)送時序(上行時序),該過程就是接收（RACH）過程。在RACH相關(guān)文章中有詳細(xì)解析。2.5G(NR)網(wǎng)絡(luò)同步和初始接入

下圖分解了終端同步伴隨小區(qū)的初始接入過程，其中STEP1,2,3可理解為同步；通常所說的“同步”一般是指下行同步；

上行同步也非常重要，下圖中STEP3可認(rèn)為是上行同步和接入進(jìn)程，通常按照“接入”或“初始接入”處理；

5G(NR)網(wǎng)絡(luò)在同步過程設(shè)計(jì)中考慮了很多因素，這在3GPP技術(shù)文檔（Tdocs）中有詳細(xì)說明；3.5G(NR)網(wǎng)絡(luò)同步方法

由于終端UE已知(或派生)預(yù)定義同步信號的所有細(xì)節(jié)，它可以搜索和檢測到達(dá)的數(shù)據(jù)流。而同步信號在時間和位置上也都已預(yù)定義，UE可以從解碼后的同步信號中檢測到準(zhǔn)確的時間。同步常用的方法如下：

預(yù)先確定一個同步信號（預(yù)先定義一個數(shù)據(jù)序列：該信號稱為同步信號）；

將這個信號加載在設(shè)定子幀上定義的OFDMA符號上，予以發(fā)送；4.5G(NR)同步信號的信息

同步信號中可檢索到與同步相關(guān)的定義，也可以推導(dǎo)出基礎(chǔ)信息如PCI及其他額外的信息；在5G(NR)網(wǎng)絡(luò)里同步信號中將包括以下信息：

無線幀位置（無線幀中第一個符號的位置）；

子幀位置（子幀中第一個符號的位置）；

其他信息（小區(qū)PCI,小區(qū)ID和系統(tǒng)ID等）；

5.5G(NR)幀結(jié)構(gòu)中的同步信號

5G(NR)幀結(jié)構(gòu)中的同步信號在3GPPTS.38.211中定義；需注意的是NR幀中的同步信號位置不完全相同，這是由于子載波間隔及傳輸方法不同的緣故。

由于5G(NR)網(wǎng)絡(luò)中支持單波束和多波束配置，所以網(wǎng)絡(luò)采用單波束還是多波束，同步信號位置設(shè)置可能會采用不同的策略。在每種波束管理類型中根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸SS信號方式設(shè)計(jì)是重復(fù)傳輸還是單次傳輸采用不同的策略。詳細(xì)內(nèi)容在R1-1611272中進(jìn)行了描述；6.5G(NR)同步信號接收和發(fā)送

5G(NR)同步信號傳輸方法在TS38.211中有詳細(xì)說明；本節(jié)主要說明同步信號傳輸?shù)母鞣N選擇。關(guān)于5G(NR)同步信號的接收和發(fā)送有四種方案A,B,C,D；它們分別具體有以下特點(diǎn)：方案A:周期性發(fā)送

周期性發(fā)送

時域上位置固定

頻域上位置固定

優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)很簡單，而且檢測同步的實(shí)現(xiàn)也很簡單。

缺點(diǎn)：不夠靈活，即使將來有更好的同步想法，也不能移除更改其結(jié)構(gòu)資源。而且網(wǎng)絡(luò)一直在傳輸同步信號，即使周圍沒有用戶。所以這是對無線電資源和能源都是浪費(fèi)。方案B:半靜態(tài)（周期）發(fā)送

時域上位移

頻域是位移優(yōu)點(diǎn)：它具有更大的靈活性。缺點(diǎn)：同步信號檢測過程會變得有點(diǎn)復(fù)雜，需要更復(fù)雜的設(shè)計(jì)。方案C:根據(jù)請求發(fā)送優(yōu)點(diǎn)：同步信號位置非常靈活，它可以最小化同步信號傳輸?shù)馁Y源分配和能量消耗，只在真正需要的時候才傳輸信號。缺點(diǎn)：用戶端會增加更多的能量消耗，用戶必須發(fā)送請求信號才能獲得同步信號。另一個缺點(diǎn)是，網(wǎng)絡(luò)上行鏈路更加復(fù)雜；

方案D:基于隨機(jī)接入