5G 同步信号

对于NR初始接入，同步信号（SS：synchronization signal）需要确保UE能够检测NR小区及其ID，并确定小区的初始时间/频率同步等信息。

NR的SS设计应能够利用LTE的现有设计原则，同时适应NR所需的新要求。在LTE中，在每个小区中发送同步信号（包括PSS/SSS）。这两个信号的检测不仅能够实现粗略的时间/频率同步、无线帧定时和时隙定时，而且还向UE提供PCI（由小区ID组和小区ID组内的小区索引组成）、循环前缀（CP）长度和双工模式（TDD或FDD），如表1所示。

这些信号经过了明智的设计，允许接收机和发射机的低复杂度实现，同时在Rel-8中进行了广泛的评估。PSS使用Zadoff-Chu（ZC）序列，该序列也广泛用于其他类型的参考信号。特别地，该序列围绕DC子载波对称地映射，以便提供中心对称信号[如果该序列围绕任意子载波对称地映射，则仍然可以获得这样的复杂度降低，并且不排除将SS定位在其他频率位置。]。对称映射是获得复共轭对时域信号（根指数u=29和u=34）的必要条件，它提供并行检测，并将乘法复杂度降低50%。SSS由m-sequences构成，允许基于快速Hadamard变换的低复杂度接收机。在PSS中将504个小区ID划分为3个候选，在SSS中将168个候选，这被视为性能和复杂性之间的良好折衷。PSS和SSS未定义发射分集。然而，PSS/SSS对在相同的未指定天线端口上发射，该天线端口允许专有发射分集方案（例如，预编码器向量切换），以及通过利用PSS作为参考信号来相干检测SSS。

而SS设计有两个主要标准，这是NR的关键：

低检测复杂度

这主要与检测信号所需的复数乘法的数量有关。因此，它取决于信号设计本身（例如，序列）、信号数量（例如，小区ID）及其周期性（例如，波束的SS复用）。

良好的检测性能

这主要与信号的特性有关，例如对频率偏移的弹性以及具有良好的互/自相关特性。

对于NR，支持基于波束的接入将对NR提出新的要求。例如，基于波束的接入可能需要更多SS，SS可能携带潜在的相关信息。

LTE的设计取决于几个PSS（在时域中检测）和一组更大的SSS（在频域中检测）携带附加信息。基于主同步信号和次同步信号设计NR-SS并继承LTE中使用的SS的期望特性也是一个良好的起点，尽管可能需要一些NR特定的改变。

NR SS的周期性要更复杂，因为它与所需的检测性能以及如何定义基于波束的SS传输方案相耦合。它还可以取决于NR中的切换过程，例如，对于LTE，PSS/SSS的周期被设置为5ms，这允许UE以合理短的检测窗口执行频率间小区搜索。

为了提供类似于UE小区中心的框架，可以形成覆盖一组TRP的逻辑实体以服务于UE。TRP组（例如，多个宏站和pico）一起工作，并且对于UE来说看起来像一个TRP组。网络可以配置TRP的子集来传输同步信号（SS）和基本系统信息（SI）。在LTE中，定义了504个小区ID，其被选择为与WCDMA大致相同的小区ID数量，以便更容易地进行小区规划。另一方面，在以后的LTE版本发布期间，已经讨论了是否可以增加该数量以提供更有效的small cell部署。然而，这并没有做到，应该理解，ID数量的显著增加是以更复杂的接收机和更差的检测性能为代价的。

考虑到UE小区中心框架的特征，即所有TRP的超小区内的相同小区ID以及SS和广播系统信息与该ID相关联，NR小区ID的数量可以定义为与LTE中的小区ID的数量相同（即，504小区ID）。也就是说，可能不需要增加NR小区ID。或者，由于NR小区的覆盖范围可能非常大，并且大量TRP共享相同的NR小区ID，因此可以进一步研究NR小区ID的数量是否可以小于504。此外，NR小区ID可以重用，因为它是一个逻辑ID，通过允许多个TRP使用SFN发送与相同小区ID相关联的SS，减少的NR小区ID的数量有利于接收机复杂性（即，更快的捕获时间）和基于UL的移动性。假设NR将具有与LTE中类似的PSS和SSS，通过减少NR-PSS和/或NR-SSS中的假设数量可以获得少于504个超小区ID。

当使用基于多波束的方法部署时，需要考虑各种问题。

SS有TDM、FDM、CDM及其组合的复用方法。在TDM方案中，相同的SS在不同的时刻使用不同的波束传输。TDM方案对波束赋形器的类型没有任何要求。它不仅适用于最简化的波束赋形器、单射频链模拟波束赋形器，还适用于更先进的波束赋形器，如数字波束赋形器和混合波束赋形器。虽然时域中的波束扫描引入了额外的访问时延，但它可以在波束宽度和波束数量之间进行权衡。

在FDM方案中，传输SS的多个波束同时在不同的频率资源上传输。因此，实现FDM方案需要数字波束赋形器或具有多个RF链的混合波束赋形器。此外，发射功率在不同的频率资源之间分配，这会影响每个波束的覆盖范围。在CDM方案中，传输SS的多个波束在同一时频资源上同时传输。与TDM和FDM相比，CDM方案需要更少的时间和频率资源。但是它需要设计具有良好互相关特性的多个SS序列。与FDM类似，不同波束之间的发射功率分割也会影响每个波束的覆盖范围。在组合方案中，如果TRP可以执行数字或混合波束赋形，但是没有足够的RF链来同时支持在所有可能的波束方向上的同时传输，则TDM和CDM被联合使用以减少SS开销。

在LTE中，帧定时通过检测同步信号来确定，因为同步信号的资源位置对于特定双工模式是唯一的。然而，如果在NR中采用TDM进行基于多波束的SS传输，则用于同步信令波束扫描的多个资源位置可能导致帧定时的模糊性。在图1所示的示例中说明了该定时模糊问题，其中以TDM方式传输传输SS的28个波束（假设PSS和SS之间的FDM）。它们跨越两个连续的子帧，每个子帧包含14个OFDM符号。在每个帧中，波束扫描执行两次，即在第一和第二半帧中。因此，每个帧中的SS传输涉及4个子帧和2组波束扫描，并且与LTE中一样，SS周期保持在5ms。在该示例中，如果在所有波束中发送相同的SS，则UE不能明确地确定所检测到的SS在无线电帧内的符号位置。

为了解决NR中的帧定时模糊性，UE需要识别在其中发送检测到的SS的符号索引或子帧索引。该符号/子帧索引信息可以显式或隐式地传送给UE。当SSS和PSS是FDMed或各自波束上的不同SS序列时，可以通过PBCH信令进行显式指示，而通过使用SSS和PSS之间的不同频率偏移进行隐式指示。这些只是显式和隐式方法的一些示例。

对于TDM和FDM/CDM的组合方案，可能会出现类似的问题，而FDM或CDM方案则不存在这一问题。