【5G NR】5G NR 小区搜索流程简介和核心算法分析

5G NR小区搜索流程

5G NR小区搜索过程是UE（用户设备）在开机或需要重新建立连接时，在网络中寻找并接入适合的服务小区的关键步骤。

以下是5G NR小区搜索过程的一般性描述：

1. 频率调谐：UE首先会根据指定频段的同步栅格，调整到特定的频率，尝试在该频率上检测同步信号。这是小区搜索的起始点。
2. PSS/SSS检测：UE会尝试检测主同步信号（PSS）和辅同步信号（SSS）。这些信号在时频资源中有固定的位置，通过检测PSS和SSS，UE可以获得与基站的符号同步和帧同步，同时获得物理小区ID（PCI）的一部分信息。PSS和SSS的成功检测是后续步骤的基础。如果探测失败，UE可能会重新调整频率，再次尝试探测。
3. 成功获得PSS, SSS后，UE尝试解码PBCH：成功同步后，UE利用PSS和SSS提供的信息尝试解码物理广播信道（PBCH）。
4. 成功解码PBCH后，UE解码MIB消息：PBCH上承载了主信息块（MIB），UE通过解码PBCH获取MIB。MIB包含了解码其他系统信息所需的关键参数。
5. 根据MIB消息中的PDCCH有关SIB1配置，查找CORESET0和搜索空间：UE使用MIB中的信息来配置物理下行链路控制信道（PDCCH）的搜索空间，并查找用于传输SIB1的CORESET0（控制资源集）。
6. 搜索空间盲检DCI 1_0：在配置的搜索空间中，UE盲检测（blindly decode）下行控制信息（DCI）格式1_0，这是用于调度系统信息块（SIB1）的DCI。
7. 根据DCI 1_0，获取DCI 1_0 for SI-RNTI：一旦检测到DCI 1_0，UE会使用系统信息无线网络临时标识（SI-RNTI）来进一步验证和获取DCI 1_0的具体内容。
8. 探测和解码PDSCH上承载的SIB1消息：使用DCI 1_0中提供的信息，UE能够找到并解码物理下行共享信道（PDSCH）上承载的SIB1消息。
9. 解码SIB1和其他SIB消息：SIB1包含了解码其他系统信息块（SIB）所需的关键参数。UE会继续解码其他SIB消息，以获取完整的网络配置和接入信息。

这些步骤共同构成了5G NR小区搜索和初始接入过程的核心部分。成功完成这些步骤后，UE将能够接入网络并开始正常的数据传输和通信。

小区搜索的流程图如下:

图1 5G小区搜索流程

在小区搜索流程中，PSS,SSS检测过程、PBCH解码、PDCCH解码和PDSCH解码涉及到基带下行解码的多个加速器。

首先我们介绍一下用于PSS和SSS检测流程设计和涉及的核心算法。

图2 PSS和SSS检测流程

以上是PSS和SSS检测的CSM模块流程设计，通过FFT、矢量数据抽取、数据相关和最大值搜索等核心算法，完成对PSS和SSS序列的探测，在确认小区PCI的同时，完成时频同步，为后续PBCH解调做准备。

快速傅里叶变换

傅里叶变换用于将信号从时域转换到频域，在数字信号处理的领域通常需要对信号进行从时域到频域的转  换。在计算机系统中，由于计算的点是离散的，想要进行傅里叶变换就需要做离散傅里叶变换，而快速傅里叶变换就是为了加速离散傅里叶变换所产生的一类算 法。原先的 DFT 算法的复杂度是 O(N²),  而快速傅里叶变换则将复杂度将为了O(NlogN)⁴3]。快速傅里叶算法的基本运算是蝶形运算，快速傅里叶变换就是由若干级的蝶形运算迭代而成，图3 即为快速傅里叶变换中的蝶形运算。

图3 快速傅里叶变换中的蝶形运算

以按时间抽取的8点基2快速傅里叶计算为例，其算法如图4.3所示。可以看 到，首先进入蝶形运算的数据并不是顺序的，而是进行了重新排序。从数据的二 进制序号来看，是将码位进行了倒序。在顺序排列的情况下二进制数从0到7分 别是000、001、010、011、100、101、110、111,经过倒序之后的二进制码变为

000、100、010、110、001、101、011、111,即0、4、2、6、1、5、3、7。

图4 按时间抽取的8点基2快速傅里叶算法

对数据重新排序之后，就可以对数据进行蝶形运算。图中按时间抽取的8 点 基 2 快速傅里叶计算共需要进行三级的蝶形运算，其中第一级参与蝶形运算的 两个数据之间的距离是1,第二级参与蝶形运算的两个数据之间的距离是2,第三 级参与蝶形运算的两个数据之间的距离是4。更通常地说，对于2°点快速傅里叶变换，蝶形运算共有n 级，并且第k 级蝶形运算的两个数据之间的距离是2K。

FIR 滤波器(滑动相关)

滑动相关运算可以看作是L 阶直接型FIR滤波器，图5为L 阶直接型 FIR 滤波器的示意图。可以看出， FIR 滤波器由一个“抽 头延迟线”加法器和乘法器的集合构成。给每个乘法器提供的其中一个操作数就

是一个 FIR 系数。对于直接型 FIR 滤波器来说，需要进行大量的一维卷积运算，也就是乘法和加法。

图5 直接型 FIR 滤波器