5G中的頻點計算及實例分析


http://www.waltek.com.cn/industry-news/456.html

 

什么是ARFCN

 

ARFCN,英文全稱Absolute Radio Frequency Channel Number,即絕對無線頻道編號,是指在GSM無線系統中用來鑒別特殊射頻通道的編號方案。

 

“ARFCN”一詞源自於GSM技術,隨着新技術的發展,延伸出其他類似術語,如UMTS / WCDMA的UARFCN,E-UTRAN / LTE的EARFCN,以及現在5G / NR的NR-ARFCN。

 

計算公式:

 

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

其中,FREF-Offs和NREF-Offs由下表給出,NREF為NR-ARFCN

 

 

 

補充說明:

 

(1) 信道柵格是頻帶中相鄰載波(信道)之間的距離,也是UE在小區搜索過程中掃描特定band的步長以獲得網絡所用頻率的准確信息。

 

(2) 3G/4G的信道柵格固定為100k,以此編號ARFCN,且不同Band均受此約束。而5G由於引入更高頻段(FR2),且支持不同參數集混合配置,故區分為兩種:全局頻率柵格(Global frequency raster, ΔFGlobal)和頻帶信道柵格(Operating bands channel raster, ΔFRaster)。

 

(3) ΔFGlobal用於定義絕對的NR-ARFCN,取值情況如上表;ΔFRaster是ΔFGlobal的整數倍,用於減小計算量(加快掃描速度),不同的Operating band有不同的NREF計數步長(ΔFRaster),FR1多為15kHz或100kHz。

 

(4) ARFCN必須是正整數,且需要滿足不同頻段的整數倍要求,由此,會導致CRB中心位置未必落在載波的中心處。

 

什么是GSCN

 

GSCN,英文全稱Global Synchronization Channel Number,即全球同步信道號,是用於標記SSB的信道號。

NR中,出現了SSB的概念,簡單的說就是由原來的主同步序列、輔同步序列、物理廣播信道和解調參考信號組合在一起構成的,也就是PSS、SSS、PBCH和DMRS在四個連續的OFDM符號內接收然后構成SSB,主要是用於下行同步。

 

每一個GSCN對應一個SSB的頻域位置SSREF(SSB的RB10的第0個子載波的起始頻率),GSCN按照頻域增序進行編號。

 

相關圖表:

 

▎SSB的頻域位置SSREF與GSCN的關系參考如下表:

 

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

 

同步柵格(Synchronization raster)是5G第一次出現的概念,其目的在於加快終端掃描SSB所在頻率位置。

 

▎3GPP定義了3個同步柵格,如下表:

 

 

以n41頻段為例,100MHz帶寬的載波,SCS=30kHz,有273個RB。如果按照1.2MHz掃描,1200/30=40個SCS,需要掃描273×12/40=82次就能掃完整個載波;如果按照15kHz的信道柵格,則需要掃描6552次才能完成。這顯然非常有利於加快UE同步的速度。

 

▎常見的n41、n77和n78的GSCN如下表:

 

 

補充說明:

 

在確定GSCN時,一般先根據SSB的中心頻率確定N值,再根據取整的N值去推算GSCN;但GSCN不是必須的,采用SSB中心頻率的ARFCN也是可以的。

 

GSCN一般用於SA組網模式下加快時頻同步速度,為繼續解讀MIB和SIB1消息;對於NSA則不太需要,RRC重配置消息中已經攜帶了NR的SSB頻點、NR頻段以及NR的帶寬信息,故終端不需要去掃描NR的SSB。

 

5G的同異頻指的是SSB的中心頻點是否相同,在鄰區關系配置中,也是配置SSB的中心頻點。

 

相關參數

 

相比於4G,在5G的各個物理信道(SSB/BWP)位置是靈活可變的,且可能采用不同的子載波帶寬(SCS),因此就需要相應的頻域參考坐標系。坐標系1以RB為步長,原點叫做參考RB(RRB),通常標記為NCRBXXX;坐標系2以SCS為步長,原點叫做PointA,通常標記為KXXX。需要注意的是,在坐標系概念下,SCS的大小是確定的,FR1固定為15kHz,FR2固定為60kHz。

 

 

 

公共資源塊:

 

Common Resource Block(CRB),是指整個物理載波頻率范圍內,以固定的子載波間隔(SCS,大小由SCS-SpecificCarrier IE中的subcarrierSpacing指定)將頻段划為為多個OFDM子載波,每12個子載波為一個CRB。

 

部分帶寬:

 

Bandwidth Part(BWP)由連續多個CRB組成,每個UE都有一個初始BWP,最多可以定義4個BWP,但任意時刻只能有一個處於激活狀態。不同BWP可以有不同的u值(不同子載波間隔,BWP IE 中的subcarrierSpacing),且各種物理信道(如PUCCH、PDCCH、PUSCH、PDSCH等)的只在BWP局限的范圍內定義資源。

 

Point A:

 

定義為CRB0的第0個子載波中心對應的頻率或ARFCN(L3為absoluteFrequencyPointA,L1為offset-ref-low-scs-ref-PRB)。

 

同步信號塊:

 

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

 

因此對於FR1有:

 

兩個公式:

 

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

 

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

 

一個計算實例

 

舉例:

 

下面是一個現網實際NSA組網的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:

 

這是一個n41頻段,SCS=30kHz,總CRB數為273個。

 

Point A頻率=503172×5/1000=2515.86MHz

SSB中心頻率=512964×5/1000=2564.82MHz

載波中心頻率=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

載波下邊沿頻率=2515.86 - 30kHz / 2 = 2515.853MHz

 

載波下邊保護間隔=2515.853 - (2565 - 50) = 853kHz

載波上邊保護間隔=100 - 98.280 - 0.853 = 867kHz

兩側的保護間隔都滿足100MHz要求的最小保護間隔為845kHz的要求。

 

如以SA模式接入該NR小區,那么MIB消息中的ssb-SubcarrierOffset應為0,SIB1消息中的offsetToPointA應為252。

 

關於中心頻點

 

如上例,載波中心頻率為2565MHz,SSB中心頻率為2564.82MHz,二者並不完全相同,相差6個30KHz的子載波,ARFCN相差36,即中心頻點的ARFCN=512964+36=513000,滿足規范要求的步長是6的整數倍。

 

由此可見,與4G的PSS/SSS同步信道中心必與載波中心、中心頻點ARFCN對齊不同,5G的三者之間可能是錯開的。這是因為:

 

1. 由於兩端的保護間隔可能不同,故載波ARFCN未必就對應到載波的中心頻點。

 

2. 當總的CRB數為偶數時,SSB中心與載波ARFCN對齊,否則SSB要低6個子載波。

 

因此,這些差異在參數配置時要特別注意,在gNodeB側要配置載波的ARFCN,在eNodeB側要配置NR的SSB ARFCN。

 

▎二者之間的換算關系,如下表:

 

 

▎下附不同載波帶寬、不同SCS帶寬下的最大可用CRB數,如下表:

 

 


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