5G NR頻率配置方法

張建國 徐恩 肖清華

【摘? 要】首先介紹了5G NR和LTE在小區搜索和頻率配置方面的差異，指出NR的頻率配置涉及到信道柵格、同步柵格、Point A和系統帶寬的配置。然后以3 400 MHz—3 500 MHz為例，給出了NR的信道柵格、同步柵格和Point A的配置方法，建議3 400 MHz—3 500 MHz的信道柵格配置為3 450 MHz（SCS=30 kHz）和3 450.18 MHz（SCS=60 kHz），同步柵格的位置配置為3 404.640 MHz，Point A的位置配置為3 400.860 MHz。最后，給出了3 400 MHz—3 500 MHz的信道柵格、同步柵格和Point A的示意圖。

【關鍵詞】5G NR;SSB;NR-ARFCN;Point A

1? ?引言

LTE的PSS/SSS和PBCH在載波的中心，UE搜索到PSS/SSS信號后可以確定載波的中心頻率以及PCI（Physical Cell Identity，物理小區地址），通過讀取PBCH信道，可以獲得系統帶寬。因此，LTE的頻率配置只需要設置載波的中心頻率和系統帶寬即可，載波的中心頻率通過信道柵格（Channel Raster）來定義，信道柵格固定為100 kHz。

相比于LTE，NR的小區搜索則復雜得多，UE首先搜索PSS/SSS信號，確定SSB（Synchronization Signal Block，同步塊）的中心頻率和PCI;然后通過讀取PBCH信道，獲得SSB的子載波頻率偏移（即kSSB）和用于SIB1的PDCCH配置信息，確定CORESET0（Control Resource Set，控制資源集合）的頻率位置和帶寬;最后通過讀取SIB1，獲得Point A（通過高層參數offsetToPointA傳遞）的位置和系統帶寬。因此，NR的頻率配置涉及到同步柵格（Synchronization Raster）、信道柵格、Point A和系統帶寬的配置等。

NR有兩大FR，分別是FR1（450 MHz～6 000 MHz）和FR2（24 250 MHz～52 600 MHz）。國內5G初期部署在FR1，中國移動5G試驗網頻率是2 515 MHz—2 675 MHz（室外）和4 800 MHz—4 900 MHz（室分）;中國電信5G試驗網頻率是3 400 MHz—3 500 MHz;中國聯通的5G試驗網頻率是3 500 MHz—3 600 MHz。為了簡便起見，本文接下來以中國電信的3 400 MHz—

3 500 MHz為例來分析NR的頻率配置，3 400 MHz—3 500 MHz在頻段n77（3 300 MHz—4 200 MHz），可以配置的最大系統帶寬是100 MHz，當系統帶寬為100 MHz時，子載波間隔（Sub-Carrier Spacing，SCS）可以取值30 kHz或60 kHz。

2? ?信道柵格的配置方法

全局頻率柵格（Global Frequency Raster）定義為一組RF參考頻率，即FREF，定義的頻率范圍為0到100 GHz，粒度是FGlobal。RF參考頻率由NR絕對無線頻率信道號（NR Absolute Radio Frequency Channel Number， NR-ARFCN）來定義，NR-ARFCN的范圍是[0， …， 3279165]，NR-ARFCN和FREF的關系根據公式（1）來計算：

FREF=FREF-Offs+ΔFGlobal（NREF-NREF-Offs）? ? （1）

在公式（1）中，FREF的單位是MHz;NREF是參考頻率編號，也就是NR-ARFCN;FREF-Offs是頻率起點，單位是MHz;NREF-Offs是頻點起始號。FREF和NREF-Offs的含義如表1所示：

信道柵格FRaster是全局頻率柵格ΔFGlobal的一個子集，也即FRaster的粒度可以等于或大于ΔFGlobal，信道柵格大于全局頻率柵格的目的是為了減少UE的計算量。

信道柵格有兩類，一類是基于100 kHz的信道柵格，一類是基于SCS的信道柵格，如15 kHz、30 kHz等。基于100 kHz信道柵格可以確保與LTE共存，因為LTE的信道柵格也是100 kHz，主要集中在2.4 GHz以下的頻段。基于SCS的信道柵格可以確保在載波聚合的時候，聚合的載波之間不需要預留保護帶，從而提高頻率利用率。

對于SUL（Supplementary Uplink，補充上行）頻帶和頻帶n1、n2、n3、n5、n7、n8、n20、n28、n66和n71，還定義了FREF-shift，即在FREF的基礎上增加了一個偏移，如公式（2）所示：

定義shift的目的是為了確保UE發射的LTE信號和NR信號不產生干擾。LTE上行信號使用的是SC-FDMA，實質是單載波時域調制，為了避免基帶DC（Direct Current，直流成分）部分的發射信號造成頻率選擇性衰落，從而對該DFT內所有信號的EVM（Error Vector Magnitude，誤差向量幅度）產生負面影響，LTE將基帶數字的DC與模擬DC錯開半個子載波寬度（即7.5 kHz），本振泄露在模擬DC部分產生的干擾，不會影響到DC處的信號，因此，基帶DC信號被調制在了載波偏移7.5 kHz地方。由于NR上行可以使用OFDM信號，基帶DC信號沒有7.5 kHz的偏移，如果不設置7.5 kHz的偏移，則NR信號和LTE信號共存時就會產生干擾。

信道柵格上的RF參考頻率與對應的資源單元（Resource Element， RE）之間的映射關系與傳輸信道帶寬分配的RB數NRB有關系，其映射規則如下：

如果NRB mod2=0，則nPRB =NRB/2」， k=0;

如果NRB mod2=1，則nPRB =NRB/2」， k=6。

其中，nPRB是物理資源塊編號，k是資源單元指示，該映射規則適用于DL和UL。

LTE的下行方向有一個未使用的子載波，即DC子載波，由于DC子載波不參與基帶子載波的調制，因此信道柵格指示的頻率正好是傳輸信道帶寬的中心，而NR的DC子載波也參與基帶子載波的調制，從而導致NR信道柵格指示的頻率與傳輸信道帶寬的中心頻率之間有1/2個子載波的偏移。

在RF頻率和配置帶寬BWconfig給定的情況下，同時滿足公式（3）和公式（4）的FREF，其對應的信道柵格NREF即為可用的信道柵格。

上式中，BWconfig=NRB×12×SCS，BWGuard為最小保護帶，Flower_edge和Fhigh_edge為給定的起始頻率和終止頻率。

公式（3）和公式（4）適合于只有單個參數集（Numerology）的情形，如果配置了多個參數集，3GPP TR38.817協議給出了FR1在不同系統帶寬下的底部和上部保護帶。對于3 400 MHz—3 500 MHz，Flower_edge和Fhigh_edge分別是3 400 MHz和3 500 MHz，如果SCS=30 kHz，則NRB=273，對應的BWconfig=273×12×30 kHz=98.28 MHz，底部和上部的保護帶分別是845 kHz和875 kHz，可以計算出NREF=

630 000，對應的頻點是3 450 MHz。如果SCS=60 kHz，則NRB=135，對應的BWconfig=135×12×60=97.2 MHz，底部和上部的保護帶分別是1 550 kHz和1 250 kHz，可以計算出NREF=630 006，對應的頻點是3 450.18 MHz。

3? ?同步柵格的配置方法

同步柵格用于指示SSB的頻率位置，UE可用同步柵格獲取SSB的頻率位置。同步柵格與對應的SSB的資源單元的映射規則如下：

全局同步柵格（Global Synchronization Raster）定義了在所有頻率上，SSB的頻率位置SSREF，其對應的編號是GSCN（Global Synchronization Channel Number），對于3 000 MHz—24 250 MHz，SSREF=3 000 MHz+N×1.44 MHz，其中N=0～14 756，對應的GSCN的編號是7 499+N，即GSCN的范圍是7 499～22 255。

在RF頻率和SSB的帶寬BWSS給定的情況下，同時滿足公式（5）和公式（6）的同步柵格即為可用的同步柵格。

上式中，BWSS為SSB的帶寬，BWSS=NRB_SS×12×SCSSS，NRB_SS固定為20，BWGuard為最小保護帶，Flower_edge和Fhigh_edge為給定的起始頻率和終止頻率。

對于3 400 MHz—3 500 MHz，其SSB的子載波間隔只能配置為30 kHz，因此BWSS=20×12×30 kHz=7.2 MHz，BWGuard=845 kHz。根據公式（5）和公式（6），可以計算出SSREF的可能位置是3 404.640+n×1.44 MHz，n=0， …， 63，對應的GSCN=7 780， …， 7 843。

SSB的放置服從同步柵格，而PDCCH/PDSCH所在載波中心頻率的放置服從信道柵格，SSB的RB和公共資源塊（Common Resource Block， CRB）之間不一定完全對齊，SSB的子載波0與SSB子載波0所在的CRB的第一個子載波之間的偏移為kSSB個子載波。對于FR1，kSSB的取值是0～23，單位是15 kHz;對于FR2，kSSB的取值是0～11，單位是60 kHz。SSB子載波0所在的CRB的第一個子載波與CORESET0的第一個子載波之間頻率偏移為Offset個RB，單位是CORESET0的RB帶寬。

通常SSB只占整個信道帶寬的一部分，SSB放在信道的邊緣，可以確保SSB所在的OFDM符號的數據信道，頻率是連續的，因此有利于基站的調度。對于3 400 MHz—3 500 MHz，假定SSB在第一個可用的GSCN=7 780，其對應的SSREF=3 404.640 MHz，以SSREF=3 404.64 MHz為中心頻點，可以計算出SSB的子載波0的中心頻率是3 401.040。

4? ?Point A的配置方法

由于NR在同一個載波上支持多個參數集，不同參數集的RB在頻域上占用的頻率（以Hz為單位）是不相同的，為了保證不同參數集的RB對齊，NR引入了Point A、公共資源塊（Common Resource Block， CRB）、物理資源塊（Physical Resource Block， PRB）、虛擬資源塊（Virtual Resource Block， VRB）等概念。

對于不同的子載波間隔配置，CRB的編號在頻域上從0開始，并往上遞增，CRB0的子載波0的中心就是Point A，PRB是CRB的一個子集。Point A采用絕對頻點來表示，通過以下兩種方式確定：

（1）PCell下行的offsetToPointA表示Point A與UE初始小區選擇所使用的SSB的子載波0的中心頻率之間的頻率偏移，以PRB為單位來表示，且假定FR1采用15 kHz的子載波間隔，FR2采用60 kHz的子載波間隔。

（2）其它情況下，以ARFCN表示Point A的頻率位置，ARFCN通過系統消息SIB1的高層參數absoluteFrequencyPointA通知給UE。

對于3 400 MHz—3 500 MHz，假設以SCS=30 kHz的子載波0的中心頻點（3 400.860 MHz）為Point A，對應的NREF=626 628，對于SCS=30 kHz，第一個可用的PRB的子載波0的中心頻點即為Point A，對應著CRB0;對于SCS=60 kHz，第一個可用的PRB的子載波0的中心頻點是3 401.850 MHz，與Point A相差720 kHz，對應著CRB1。

SSB的子載波0的中心頻率與Point A相差180 kHz，對應著1個PRB，因此offsetToPointA=1。由于SSB的子載波0的中心頻率和Point A之間的頻率差值正好是CRB的整數倍，因此kSSB=0。

上文中的Point A與SCS=30 kHz的CRB0的子載波0的中心頻點恰好相一致。實際上，Point A也可以放在實際分配的載波之外，只要滿足Point A與SCS=30 kHz的CRB0的子載波0（3 400.860 MHz）相差720 kHz即可。必須相差720 kHz的原因是SCS=60 kHz的一個CRB是720 kHz。

3 400 MHz—3 500 MHz的信道柵格、同步柵格和Point A的位置示意圖如圖1所示。

5? ?結束語

本文是以3 400 MHz—3 500 MHz為例給出了信道柵格、同步柵格和Point A的計算過程，其它頻率的計算過程可以參照本文給出的計算方法。需要注意的是，本文的同步柵格放在了信道帶寬的底部，在實際配置的過程，也可以根據干擾條件、信道帶寬等因素合理確定同步柵格在頻率上的位置，做到既能避免干擾又能確保對基站的調度的影響最小。

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