5G中的频点计算及实例分析

摘要:
相关图表:关于∏SSB的频域位置SSREF和GSCN之间的关系,请参见下表:注:SCSspacedchannelrasterisM=3的工作频带的默认值。同步网格是5G的第一个概念,旨在加快终端扫描SSB的频率位置。GSCN通常用于在SA联网模式下加速时频同步,以继续解释MIB和SIB1消息;对于NSA来说,这是不必要的。RRC重配置消息已经携带了NR的SSB频点、NR频带和NR带宽信息,因此终端不需要扫描NR的SSB。5G的相同和不同频率是指SSB的中心频点是否相同。在相邻小区关系配置中,它也是SSB的中心频率点。
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什么是ARFCN

ARFCN,英文全称Absolute Radio Frequency Channel Number,即绝对无线频道编号,是指在GSM无线系统中用来鉴别特殊射频通道的编号方案。

“ARFCN”一词源自于GSM技术,随着新技术的发展,延伸出其他类似术语,如UMTS / WCDMA的UARFCN,E-UTRAN / LTE的EARFCN,以及现在5G / NR的NR-ARFCN。

计算公式:

FREF= FREF-Offs+ ΔFGlobal(NREF– NREF-Offs)

其中,FREF-Offs和NREF-Offs由下表给出,NREF为NR-ARFCN

5G中的频点计算及实例分析第1张

补充说明:

(1)信道栅格是频带中相邻载波(信道)之间的距离,也是UE在小区搜索过程中扫描特定band的步长以获得网络所用频率的准确信息。

(2)3G/4G的信道栅格固定为100k,以此编号ARFCN,且不同Band均受此约束。而5G由于引入更高频段(FR2),且支持不同参数集混合配置,故区分为两种:全局频率栅格(Global frequency raster,ΔFGlobal)和频带信道栅格(Operating bands channel raster,ΔFRaster)。

(3)ΔFGlobal用于定义绝对的NR-ARFCN,取值情况如上表;ΔFRaster是ΔFGlobal的整数倍,用于减小计算量(加快扫描速度),不同的Operating band有不同的NREF计数步长(ΔFRaster),FR1多为15kHz或100kHz。

(4)ARFCN必须是正整数,且需要满足不同频段的整数倍要求,由此,会导致CRB中心位置未必落在载波的中心处。

什么是GSCN

GSCN,英文全称Global Synchronization Channel Number,即全球同步信道号,是用于标记SSB的信道号。

NR中,出现了SSB的概念,简单的说就是由原来的主同步序列、辅同步序列、物理广播信道和解调参考信号组合在一起构成的,也就是PSS、SSS、PBCH和DMRS在四个连续的OFDM符号内接收然后构成SSB,主要是用于下行同步。

每一个GSCN对应一个SSB的频域位置SSREF(SSB的RB10的第0个子载波的起始频率),GSCN按照频域增序进行编号。

相关图表:

▎SSB的频域位置SSREF与GSCN的关系参考如下表:

5G中的频点计算及实例分析第2张

NOTE:The default value for operating bands with SCS spaced channel raster is M=3.

同步栅格(Synchronization raster)是5G第一次出现的概念,其目的在于加快终端扫描SSB所在频率位置。

▎3GPP定义了3个同步栅格,如下表:

5G中的频点计算及实例分析第3张

以n41频段为例,100MHz带宽的载波,SCS=30kHz,有273个RB。如果按照1.2MHz扫描,1200/30=40个SCS,需要扫描273×12/40=82次就能扫完整个载波;如果按照15kHz的信道栅格,则需要扫描6552次才能完成。这显然非常有利于加快UE同步的速度。

▎常见的n41、n77和n78的GSCN如下表:

5G中的频点计算及实例分析第4张

补充说明:

在确定GSCN时,一般先根据SSB的中心频率确定N值,再根据取整的N值去推算GSCN;但GSCN不是必须的,采用SSB中心频率的ARFCN也是可以的。

GSCN一般用于SA组网模式下加快时频同步速度,为继续解读MIB和SIB1消息;对于NSA则不太需要,RRC重配置消息中已经携带了NR的SSB频点、NR频段以及NR的带宽信息,故终端不需要去扫描NR的SSB。

5G的同异频指的是SSB的中心频点是否相同,在邻区关系配置中,也是配置SSB的中心频点。

相关参数

相比于4G,在5G的各个物理信道(SSB/BWP)位置是灵活可变的,且可能采用不同的子载波带宽(SCS),因此就需要相应的频域参考坐标系。坐标系1以RB为步长,原点叫做参考RB(RRB),通常标记为NCRBXXX;坐标系2以SCS为步长,原点叫做PointA,通常标记为KXXX。需要注意的是,在坐标系概念下,SCS的大小是确定的,FR1固定为15kHz,FR2固定为60kHz。

5G中的频点计算及实例分析第5张

公共资源块:

Common Resource Block(CRB),是指整个物理载波频率范围内,以固定的子载波间隔(SCS,大小由SCS-SpecificCarrier IE中的subcarrierSpacing指定)将频段划为为多个OFDM子载波,每12个子载波为一个CRB。

部分带宽:

Bandwidth Part(BWP)由连续多个CRB组成,每个UE都有一个初始BWP,最多可以定义4个BWP,但任意时刻只能有一个处于激活状态。不同BWP可以有不同的u值(不同子载波间隔,BWP IE中的subcarrierSpacing),且各种物理信道(如PUCCH、PDCCH、PUSCH、PDSCH等)的只在BWP局限的范围内定义资源。

Point A:

定义为CRB0的第0个子载波中心对应的频率或ARFCN(L3为absoluteFrequencyPointA,L1为offset-ref-low-scs-ref-PRB)。

同步信号块:

Synchronisation Signal Block(SSB)可以局限本地的SCS取值,由MIB消息中的subCarrierSpacingCommon确定,FR1取值15kHz或30kHz,FR2取值60kHz或120kHz。offsetToPointA指的SSB中的RB0相对CRB0的RB整个数,由于SSB的SCS和CRB的SCS不一定相同且未必按整CRB进行偏移,故需要由ssb-SubcarrierOffset确定剩余的SCS(CRB概念下的SCS)数。

因此对于FR1有:

两个公式:

1.absoluteFrequencyPointA + offsetToPointA×15×12/5 + ssb-SubcarrierOffset×15/5 = absoluteFrequencySSB - 10×12×subCarrierSpacingCommon/5

2.载波中心ARFCN =absoluteFrequencyPointA + (Ceiling(N_CRB/2)×12+6)×subcarrierSpacing/5

一个计算实例

举例:

下面是一个现网实际NSA组网的RRC Connection Reconfiguration消息:

frequencyInfoDL=[absoluteFrequencySSB= 512964 frequencyBandList=[FreqBandIndicatorNR=41]

absoluteFrequencyPointA=503172

scs_SpecificCarrierList=[SCS_SpecificCarrier=[offsetToCarrier=0 subcarrierSpacing=kHz30 carrierBandwidth=273]

演算:

这是一个n41频段,SCS=30kHz,总CRB数为273个。

Point A频率=503172×5/1000=2515.86MHz

SSB中心频率=512964×5/1000=2564.82MHz

载波中心频率=2515.86+(136×12×30+6×30)/1000=2565MHz

offsetToPointA=(2564820-2515860-10×12×30)/(12×15)=252

Kssb=(2564820-2515860-10×12×30-252×12×15)/15=0

载波下边沿频率=2515.86 - 30kHz / 2 = 2515.853MHz

载波下边保护间隔=2515.853 - (2565 - 50) = 853kHz

载波上边保护间隔=100 - 98.280 - 0.853 = 867kHz

两侧的保护间隔都满足100MHz要求的最小保护间隔为845kHz的要求。

如以SA模式接入该NR小区,那么MIB消息中的ssb-SubcarrierOffset应为0,SIB1消息中的offsetToPointA应为252。

关于中心频点

如上例,载波中心频率为2565MHz,SSB中心频率为2564.82MHz,二者并不完全相同,相差6个30KHz的子载波,ARFCN相差36,即中心频点的ARFCN=512964+36=513000,满足规范要求的步长是6的整数倍。

由此可见,与4G的PSS/SSS同步信道中心必与载波中心、中心频点ARFCN对齐不同,5G的三者之间可能是错开的。这是因为:

1.由于两端的保护间隔可能不同,故载波ARFCN未必就对应到载波的中心频点。

2.当总的CRB数为偶数时,SSB中心与载波ARFCN对齐,否则SSB要低6个子载波。

因此,这些差异在参数配置时要特别注意,在gNodeB侧要配置载波的ARFCN,在eNodeB侧要配置NR的SSB ARFCN。

▎二者之间的换算关系,如下表:

5G中的频点计算及实例分析第6张

▎下附不同载波带宽、不同SCS带宽下的最大可用CRB数,如下表:

5G中的频点计算及实例分析第7张

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