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第1章 结构化的小区时频资源
1.1 小区时频资源的类比
在前文《[4G&5G专题-31]：物理层-物理信道与信号概述》中初步阐述了这样一种观点：
https://blog.csdn.net/HiWangWenBing/article/details/113726034
基站的一个小区，好比一个公司，而每个子载波RE相当于一个公司的一个员工，带宽越大，子载波越多，代表公司的员工越多。
有效的管理公司的员工RE，把所有的员工按照职责，划分给一个的部门，一个个部门就相当于一个个信道，每个部门（信道）都拥有一定的员工（RE子载波）。
这些部门（信道）有些是广告宣传性的，如同步信号和广播信道；有些是辅助性的，如控制信道；有些是业务性的，如数据信道。
公司（小区）通过各个部门对外提供服务；而终端（手机）就是客户。
1.2 单小区的无线时频资源矩阵
单小区代表了：
（1）高频载波的中心频点：不同小区，其中心频率可能不相同。
（2）载波的带宽：10M/20M/...100M; 不同的带宽，所包含的承载用户数据的子载波的个数是不相同的。
（3）一组承载二进制数据的子载波时频资源矩阵
- 一组能够承载小区广播信息的广播信道资源
- 一组能够承载控制通信过程的控制信道资源
- 一组能够承载用户业务数据的业务信道资源
1.3 多小区的无线时频资源矩阵
第2章 手机对基站小区搜索过程
2.1 手机与基站同步
所谓同步，是指终端通过基站周期性的、在特定位置发送的二进制同步信号序列与基站进行频率、相位与10ms帧的同步以及小区同步。
这里其实有3个主要的过程：
（1）基站周期性基站周期性的、在特定位置发送同步信号。
（2）终端搜索基站发出来的同步信号，与基站进行同步。
（3）终端与基站同步之后，周期性的与基站维持同步状态。
只有同步之后，手机才能解调出小区广播的主信息块MIB和系统信息块SIB，因此同步是手机与基站建立通信的起点！！！
2.1 什么是小区搜索？
小区搜索，就是终端找到小区的过程。
什么叫找到小区的过程呢？
（1）终端要找到小区的高频载波的中心频点，并与在载波信号进行模拟信号的频率同步，因为只有频率相同，收发信号的双方的步调才能一致。
（2）终端要获得小区的带宽：这样终端才能知道小区有多少可以用于传输数据的子载波。
（3）终端要与小区的10ms帧进行比特频率同步、比特相位同步、10ms帧同步。这是这是因为10ms帧是结构化的二进制比特数据。
（4）终端要能够获取小区的信息。
2.2 什么是小区选择与驻留：
（1）什么是小区选择：根据上述过程中获取到的多个小区的信息，从众多的一个小区中，选择一个小区驻留。
（2）什么是小区驻留：
- 与小区的高频载波进行频率同步。
- 与小区的10ms帧进行比特频率同步、比特相位同步、10ms帧同步以及物理小区ID号：主同步PSS、辅同步SSS。
- 时刻获取该小区的信息，时刻监控该小区的状态：广播信道PBCH、主信息块MIB、系统信息块SIB
（3）什么是10ms帧同步
- 终端获取了小区的物理小区ID号
- 终端获取了主同步PSS、辅同步SSS信号在10ms帧中的位置，就可以了解到了小区10ms时频资源矩阵的结构。
2.3 LTE的小区搜索的过程？
首先是基站，在小区的10ms的时频资源矩阵的特定位置（同步信号PSS、SSS信号、小区参考信号、PBCH广播信道以及PDSCH信道）发送信号。
然后是任何一移动终端，环环相扣的与基站的小区进行同步，获取小区信息。
（1）UE开机
（2）初始频点设置
- 如果UE保存了上次关机时的频点和运营商信息，则开机后会先在上次驻留的小区频点上尝试。
- 如果没有，如果没有，就要在划分给LTE系统的频带范围做全频段扫描，发现信号较强的频点去尝试, 则从手机支持的频点的最低频点开始尝试，然后按照预定的频率步长依次进行尝试，直到直到所需要的小区信号。
而同步过程类似调频收音机搜索电台的过程.
（3）判断依据
- 接收小区的主同步信号PSS，以接收信号强度来判断这个频点周围是否可能存在小区。
（4）解调主同步信号PSS：5ms半帧同步
PSS的信号检测：在设置的中心频点周围收PSS（主同步信号）
PSS的频域位置：PSS占用了中心频带的6RB，因此可以兼容所有的系统带宽。
PSS的时域周期：该信号以5ms为周期重复。
PSS的时域位置：在子帧#0发送。
PSS的内容和结果：PSS是ZC序列，具有很强的相关性，因此可以直接检测并接收到，并得到如下的效果：
- 可以得到物理小区组内的ID； #物理小区id号，作为后续信道解码时的小区扰码。
- 可以确定5ms半帧的时隙边界；
- 可以知道循环前缀的长度
- 可以知道采用的是FDD还是TDD（因为TDD的PSS是放在特殊子帧里面的位置有所不同，基于此来做判断）
不能获得的结果：由于它是5ms重复，因为在这一步它还无法获得10ms帧同步；
（5）解调辅同步信号SSS: 10ms全帧同步
PSS信号检测：5ms时隙同步后，在PSS基础上向后搜索SSS
SSS的内容与结果：
- 由两个随机序列组成，前后半帧的映射正好相反。
- 只要接收到两个SSS就可以确定10ms的边界，达到了帧同步的目的。
- SSS信号携带了小区组ID。
- 跟PSS结合就可以获得物理层小区ID（CELL ID = 小区主id+小区组内id），该物理小区ID号，用于后续信道的小区扰码。
（6）解调小区参考信号CRS: 精确频率与时隙同步
- 进一步的精确时隙与频率同步
- 小区信道的质量评估，小区质量越过，终端与小区的频率和时隙同步就越精确。
（7）解调PBCH广播信道： 通过广播信道获取小区信息。
PBCH的时隙位置：PBCH在子帧#0的slot #1上发送，就是紧靠PSS。
PBCH的主要内容：
- 系统帧号
- 小区带宽信息
- PHICH的配置
- 天线配置
- SIB1消息的位置
系统帧号以及天线数设计相对比较巧妙：SFN位长为10bit，也就是取值从0-1023循环。
在PBCH的MIB广播中只广播前8位，剩下的两位根据该帧在PBCH 40ms周期窗口的位置确定，第一个10ms帧为00，第二帧为01，第三帧为10，第四帧为11。
PBCH的40ms窗口手机可以通过盲检确定。
而天线数隐含在PBCH的CRC里面，在计算好PBCH的CRC后跟天线数对应的MASK进行异或。
（10）至此，UE实现了和eNB的定时同步；
（11）解调PDSCH：获取SIB消息
要完成小区搜索，仅仅接收PBCH是不够的，因为PBCH只是携带了非常有限的系统信息。
更多更详细的系统信息是由SIB携带的，因此此后还需要接收SIB，即UE接收承载在PDSCH物理信道上的BCCH广播信息。
为此必须进行如下操作：
- 接收物理控制格式指示信道PCFICH，此时该信道的时频资源可以根据物理小区ID推算出来，通过接收解码得到PDCCH的symbol数目；
- 在PDCCH信道域的公共搜索空间里查找发送到到SI-RNTI的候选PDCCH，如果找到一个并通过了相关的CRC校验，那就意味着有相应的SIB消息，于是接收PDSCH，
- 译码后将SIB上报给高层协议栈；
- 不断接收SIB，上层（RRC）会判断接收的系统消息是否足够，如果足够则停止接收SIB
至此小区搜索过程才差不多结束。
第3章 5G NR小区搜索过程与LTE的异同
3.1 主要的相同点
5G NR小区搜索的流程与LTE大体相同。
3.2 主要的不同点
（1）新增同步信号块SSB（synchronization signal block）：
LTE的主同步信号PSS、辅同步信号SSS、小区参考信号CRS、物理广播信道PBCH，这四个“部门”是在时频资源的组织上，它们相互独立的、相互隔离的。
而在5G NR中，把这4个与小区相关的同步信号、信道对应的时频资源，架构化的组织在了一起，形成一个新的SSB。
（2）新增解调参考信号DMRS （De-modulation Reference Signal）
LTE小区参考信号CRS被解调参考信号DMRS所替代，CRS是小区级别的，而DMRS是信道级别的，每个信道都有自己独立的解调参考信号，作用与小区参考信号类似。
之所以做这样的改动，主要原因是：
- 5G的带宽很大，因此整个小区级的参考信号偏差较大
- 5G支持BWP, 不同的BWP需要有自己独立信道质量测量，不同的BWP需要独立的参考信号，而不是整个基站小区的参考信号。
- 5G支持波束赋形，不同的波束需要有自己独立的信道质量测量，不同的波束需要独立的参考信号。
基于上述原因，5G给每个信道定义了独立的DRMS参考信号，代替整个小区的参考信号CRS。
（3）同步信号SSB的位置适应5G可变子载波带宽的场合，不同于LTE采用固定位置。
后续：
关于各个物理信号、物理信道的内容、作用、以及在它们频域中的位置、在时域中的位置，在后续章节中探讨，并将从PSS和SSS信号开始。