[4G5G专题-37]：5G NR物理层-物理广播信道PBCH与主信息块MIB

第1章物理广播信道PBCH承载的内容

1.1 概述

1.3 PBCH在5G NR SSB中的位置

1.3 PBCH信道内部的子载波结构

1.4 SSB在时频资源上的位置

第2章 5G PBCH信道数据净荷的结构与内容

2.1 PBCH信道数据净荷的结构

2.2 PBCH信道数据净荷的内容

2.3 来自RRC层的MIB消息块

2.4 MIB与SIB的关系

第3章物理广播信道PBCH在射频资源的位置

3.1 SSB在频域上的位置示意图

3.2 LTE 同步信号在时域上发送周期的定义

3.3 SSB在频域上的位置示意图

3.4 LTE与NR的物理广播信道PBCH参数的对比

3.5 MIB消息的编码过程以及MIB消息到物理资源块PRB的映射过程

3.6 PBCH信道的子载波间隔

第1章物理广播信道PBCH承载的内容

1.1 概述

PBCH: physical Boardcast Channel, 物理广播信道，顾名思义，是蜂窝小区的广播信道。

PBCH信道承载的主要功能与内容如下：

（1）MIB消息：为小区提供广播播消息，主要承载的是MIB消息，用于终端获得接入无线接入网中所需要的必须的的、少量的小区信息。

MIB: Master information block，主信息块。

（2）L1的同步信息Timing（即解调参考信号DRMS），这是5G特有的，用于替代小区参考信号CRS.

虽然解调参考信号DRMS是5G特有的，但他并不是PBCH信道特有的，所有的下行物理层信道都具有此物理信号。

本文主要阐述PBCH信道本身以及MIB信息的内容。

解调参考信号DRMS在下一章中再阐述。

1.3 PBCH在5G NR SSB中的位置

PBCH信道的时频资源：位于符号1、2、3，其中符号1、3上占0~239所有子载波，共240子载波=12*20PRB，符号2上占用除去SSS占用子载波及保护SSS的空闲子载波以外的所有子载波。

PBCH的“座位”与PSS和SSB是紧紧相邻的！！！

1.3 PBCH信道内部的子载波结构

每一个PBCH RB的子载波组成：

（1）12个子载波分成3组，每个组包含4个子载波，每组包括1个DMRS子载波 + 3个PBCH信道的数据净荷PDU的子载波。

（2）解调参考信号DMRS：3个子载波符号

DMRS的位置：不固定，其offset=物理小区号 mod 4 得到。因此offset=0,1,2,3,4个值，只所以这样设计，主要是为了避免与同频率的邻区使用相同位置的DMRS。
DMRS解调：DMRS解调时，并不使用物理小区PCI ID解扰，需要通过其他手段避免同频小区之间的DMRS信号的干扰。当然，在实际部中，还是要尽量避免邻区使用相同频率。
DMRS序列的种类：8种Golden序列，可以用来区分小区中8个不同的波束。

（3）PBCH信道的数据净荷PDU： 9个子载波符号

长度：32bit，24个来自RRC层，8个比特来自L1层。
编码：采用Polar编码，生产大量的传输比特，通过PBCH的子载波传输。
波束：信息比特中包含3 bit的SSB 波束赋形的index，与DMRS中3bits Goden序列组合成6bit，标识64个波束。

1.4 SSB在时频资源上的位置

有两个可配置参数，共同决定了SSB的在频域上的位置。

offset-ref-low-scs-ref-PRB：决定了 $N_{SSB}^{CRB}$ 的位置
Kssb：决定了SSB相对于 $N_{SSB}^{CRB}$ 的位置

由RRC层进行配置。

第2章 5G PBCH信道数据净荷的结构与内容

2.1 PBCH信道数据净荷的结构

PRCH信道的数据共32bit（32bit为物理层编码前比特，编码后会生成更多的比特，因此需要20个PRB(20*12=240个子载波）
bit0-bit23来自RRC层。
bit24-bit31来自物理层自身。
当一个小区有多个波束时，每个波束有自己独立PBCH信道, 即每个波束拥有独立的MIB与解调参考信号DRMS.

2.2 PBCH信道数据净荷的内容：32比特

SFN[1:6]：10m系统帧号的高位
SCS common[7]：是否为通用的子载波间隔。
SSB tone Offset[8:11]: SSB的偏移
DMRS type[12]： DMRS的类型，实际上是指示了DMRS在PBCH中的位置。
SIB1 config index[13:20]：SIB1的配置索引，实际上就是SIB1的类型。
cellBarred[21]：小区是否允许接入
IntraFreq[22]：是否允许小区进行同频重选
Spare[23]：填充
SFN[24:27]：10m系统帧号的低位
hfn[28]：5ms的半帧号，0或1.
SSB MSB[29: 31]：3bit的波束标识号，用于与DMRS的8种序列（3bits），标识64个不同的波束。

2.3 来自RRC层的MIB消息块

MIB ::= SEQUENCE {

systemFrameNumber BIT STRING (SIZE (6)), //10ms帧所在的帧号，与LTE相同，NR系统帧为10 bits，从0—1023；
subCarrierSpacingCommon ENUMERATED {scs15or60, scs30or120}, //设置子载波的间隔, 15K, 30K, 60K, 120K......
ssb-SubcarrierOffset INTEGER (0…15), //SSB子载波的偏移
dmrs-TypeA-Position ENUMERATED {pos2, pos3}, //指定DRMS在PBCH RB中的位置
pdcch-ConfigSIB1 INTEGER (0…255), //SIB1的配置选项
cellBarred ENUMERATED {barred, notBarred}, //UE是否允许驻留在此小区的指示信息
intraFreqReselection ENUMERATED {allowed, notAllowed}, //是否允许小区同频重选
spare BIT STRING (SIZE (1)) //填充

2.4 MIB与SIB的关系

（1）UE刚开机，无信息请求，无SIB存储
（2）UE开机
（3）小区搜索（PSS和SSS）,PBCH解码获取MIB;
（4）解码和存储MIB
（5）检查小区是否为BAR，如果是，停止流程；如果否，进一步处理其他消息；
（6）使用MIB中参数解码SIB1，储存结果；
（7）根据SIB1指示，请求和解码其他SIBs消息；
（8）小区特定的天线端口（cell-specific antenna port）的数目：1或2或4。

第3章物理广播信道PBCH在射频资源的位置

3.1 SSB在频域上的位置示意图

3.2 LTE 同步信号在时域上发送周期的定义

PSS的周期：固定的5ms

SSS的周期：固定的5ms

PBCH的周期：固定的10ms

3.3 SSB在频域上的位置示意图

PSS/SSB/PBCH是一起的，因此它们的发送周期是相同的。

SSB的发送周期是发送周期可以定制的。
SSB默认的发送周期是20ms。
一个发送周期内连续发送的SSB的个数是可以定制的，上图的示意图中，一次发送4个连续的SSB，实际是一次发送4个波束的SSB.

3.4 LTE与NR的物理广播信道PBCH参数的对比

Parameters	4G(LTE)	5G (NR)
传输信道	BCH	BCH
物理信道	PBCH	PBCH
（广播）周期	重发周期10ms，更新周期40ms	可配置，默认发送周期20ms, 更新周期80ms
信道编码	Tail Bit Convolution encoding: 尾比特卷积编码	Polar Coding: Polar码
调制方式	QPSK	QPSK
资源分配	频域6个RB(72个子载波) 第一个子帧第二个slot的0，1，2，3个符号	在OFDM的符号1，2，3上发送在符号1&3的0-239子载波；当符号2用于子载波0-47和192-239

3.5 MIB消息的编码过程以及MIB消息到物理资源块PRB的映射过程

（1）RRC层按照协议规定，向物理层发送MIB信息更新。

NR是32bit
LTE是14bit+10bit；

（2）物理层对MIB消息添加CRC。

NR添加24bit CRC, 得到56bits的数据。32bit有效数据扩展成了56bits
LTE添加16bit的CRC，得到40bits的数据。24bit有效数据扩展成了40bits

（3）物理层对MIB消息进行物理层编码和速率匹配RM(Rate Match)

NR得到864bits的编码后的数据。32bit有效数据扩展成了864bits，采用QPSK编码，需要432个RE.
LTE得到480bits的编码后的数据。24bit有效数据扩展成了480bits, 采用QPSK编码，需要240个RE.

对这32比特的包装：

（4）更新间隔：

NR的是80ms，
LTE是40ms；

（5）调制

NR: QPSK调制, 2bits
LTE: QPSK调制，2bits

（6）RE时频资源映射

NR: 864/2=432个RE , 24个PRB
LTE: 480/2=240个RE , 6个PRB

3.6 PBCH信道的子载波间隔

PBCH信道的子载波间隔与主同步信号PSS/辅同步信号SSS使用相同在子载波间隔。

主同步信号PSS/辅同步信号SSS的子载波间隔取决高频载波的频段。

如下图所示：

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