[5G NR PHY] Synchronization Signal Block (SSB)

1. SSB

SSB (Synchronization Signal Block) 은 PSS+SSS+PBCH의 세 가지 요소로 이루어져 있으며 grid 상에서는 다음과 같이 배치된다. SSB는 UE가 수신을 하기 위해 가장 먼저 수신해야 하는 블록이며 그렇기 때문에 grid 자체의 기준점을 모르는 상태에서 찾아야 하는 유일한 블록이다. SSB의 크기는 시간축으로는 4개 symbol, 주파수축으로는 240 RE (20 RB)에 해당한다. SSB의 목적은 UE로 하여금 시간축과 주파수축 상의 sync를 잡게 해주고 그에 더하여 최소한의 시스템 정보를 UE에게 제공하는 데에 있다. SSB는 언제든지 사용할 수 있도록 주기적으로 계속해서 전송된다.

 

2. PSS

PSS (Primary Synchronization Sequence)는 UE가 동기를 잡기 위하여 제일 먼저 찾아야 하는 신호이다. SSB의 중심 주파수는 아무 것이나 될 수 있는 것이 아니라 synchonization raster에 의해서 후보군이 정해져있기 때문에 UE는 synchronization raster에 적혀있는 주파수 중에 관심 주파수에 가서 PSS 검출을 시도하고 충분한 시간 후에도 검출이 안 되면 다음 관심 주파수에 가서 검출을 시도하는 식으로 PSS 검출이 시도된다.

PSS는 L=127인 m-sequence로 만들어지는데 동일한 m-sequence generator를 사용하되 cell ID값에 따라 \(N_{ID}^{(2)}=0, 1, 2\)일 때 각각 주파수 도메인에서 cyclic shift = 0, 43, 86 중의 하나를 적용한 버젼을 사용한다. m-sequence의 특성상 autocorrelation이 주파수상 1 RE만 밀리더라도 autocorrelation이 0이 되기 때문에 보상회로를 구성하면 1 RE 이내의 주파수 sync를 잡을 수 있다. 한편, 시간상의 sync는 3개의 PSS에 대응하는 matched filter를 통해 3개 중 하나가 검출이 되면 획득할 수 있다.

동기신호로 m-sequence를 이용하는 이유는 autocorrelation 특성이 \(\delta[n]\)이어서 주파수 sync 획득을 가능하다는 기본적인 특성 외에도 0,1이 거의 동등한 횟수만큼 나오는 near-zero property가 있어 DC component를 거의 발생시키지 않는다는 장점이 있다.

 

3. SSS

SSS (Secondary Synchronization Sequence)는 PSS를 통해 동기를 획득한 이후 더 정확한 동기를 잡기 위해 사용하는 신호이다. PSS의 경우 ID \(N_{ID}^{(2)}\)가 3종류 밖에 없기 때문에 목적으로 하는 기지국에서 보내는 PSS와 같은 ID를 사용하는 다른 기지국의 PSS와 혼입되어 정확한 동기를 얻지 못할 수도 있다. 따라서 더 다양한 ID를 부여하여 목적 기지국 외의 SSS에 의한 간섭을 배제할 필요가 있다.

SSS는 L=127인 Gold sequence로 만들어지는데 Gold sequence란 서로 다른 generator polynomial을 사용하는 두 m-sequence를 XOR곱해서 만들어내는 sequence이다. NR에서는 336가지 값을 가질 수 있는 \(N_{ID}^{(1)}\)과 3가지 값을 가질 수 있는 \(N_{ID}^{(2)}\)를 동시에 반영하여 총 1008개 종류의 서로 다른 Gold sequence를 만들어 사용한다.

 

4. PBCH

PBCH (Physical Broadcast Channel)는 UE가 cell ID 이후 처음으로 정보를 수신하게 되는 부분이다. 총 576(240+48+48+240)개의 RE로 구성되어 있으며 이 중 1/4인 144개 RE는 PBCH의 DM-RS로 할당되어 있다. 따라서 실제 PBCH의 정보를 담는 부분은 432 RE에 해당하는데, 각 RE는 QPSK로 되어있어 raw bit으로는 864 bits이며 56 bits의 information bits를 1/16 coding rate으로 polar code를 이용하여 encoding한 값들이 들어간다.

PBCH의 56 bits는 24 bits의 MSI (Minimum System Information)와 8 bits의 RMSI (Remaining Minimum System Information)와 24 bits의 CRC parity checker로 구성되어 있다. MSI와 RMSI를 구분짓는 이유는 MSI는 RRC의 관점에서는 MIB (Master Information Block)에 해당하는 정보를 보내는 것인데, SSB periodicity 이내 (최대 160 ms 이내)에서 변하는 bit들을 RRC parameter로 부를 수는 없기 때문이다. 예를 들면 RMSI는 SFN (System Frame Number)의 하위 4자리 LSB 들을 포함하고 있는데 이는 160 msec 안에 모두 바뀌는 bit들이다.