SSB là gì trong 5G NR?

CÂU HỎI MỞ ĐẦU

UE vừa bật lên chưa biết cell ID, chưa biết frame timing đầy đủ và chưa decode được system information. Vậy gNB phải phát thứ gì để UE có thể bắt đầu?

Nếu gNB chỉ phát user data, UE sẽ không biết sequence nào để search, không biết resource nào chứa thông tin broadcast và cũng chưa có channel estimate để demodulate broadcast channel. NR vì vậy gom những tín hiệu cần cho bước bootstrap ban đầu vào một block có cấu trúc xác định.

TÌM BLOCKPSS

Tạo known sequence để receiver có thể search một candidate synchronization block.

NHẬN DẠNG CELLSSS

Bổ sung cell-identity information và synchronization context sau PSS.

ESTIMATE CHANNELPBCH DM-RS

Cung cấp reference symbols để receiver estimate channel cần cho PBCH demodulation.

ĐỌC BROADCASTPBCH

Mang broadcast-channel information để UE tiếp tục dựng system context và tìm MIB.

SSB NẰM Ở ĐÂU TRONG INITIAL ACCESS?

Bài 21 nói receiver cần synchronization. Bài 22 xác định chính xác block mà receiver đang cố tìm và xử lý.

INITIAL-ACCESS FLOW

RF samples→ search →SSB candidate→ PSS / SSS →cell identity + timing context→ PBCH DM-RS →channel estimate→ PBCH →broadcast information

Một SSB là container vật lý cho chuỗi bootstrap này. Các bài 22 đến 27 sẽ tách từng thành phần ra để đi sâu.

01 · MỘT SSB CÓ KÍCH THƯỚC CỐ ĐỊNH THEO RESOURCE GRID

Một SS/PBCH block chiếm 4 OFDM symbols theo thời gian và 240 subcarriers liên tiếp theo tần số.

N_{\mathrm{sym}}^{\mathrm{SSB}}=4,\qquad N_{\mathrm{sc}}^{\mathrm{SSB}}=240

Vì một resource element là một subcarrier tại một OFDM-symbol position, rectangle của một SSB chứa:

N_{\mathrm{RE}}^{\mathrm{SSB}}=4\times240=960

TẦN SỐ240 subcarriers

k=0,\ldots,239

tương đối trong block

×

THỜI GIAN4 OFDM symbols

\ell=0,\ldots,3

tương đối trong block

→

SS/PBCH BLOCK960 RE positionskhông phải tất cả đều mang cùng loại signal

$k$ và $\ell$ ở đây là relative indexes bên trong SSB. Chúng chưa nói SSB nằm ở absolute subcarrier hay absolute OFDM symbol nào của carrier.

02 · BỐN OFDM SYMBOLS KHÔNG CÓ CÙNG NỘI DUNG

PSS nằm ở symbol 0, SSS nằm ở symbol 2, còn PBCH và PBCH DM-RS trải qua symbols 1, 2 và 3.

Signal / channel	Relative symbol	Relative subcarriers	Vai trò
PSS	$\ell=0$	$k=56,\ldots,182$	127 RE synchronization sequence
SSS	$\ell=2$	$k=56,\ldots,182$	127 RE synchronization sequence
PBCH	$\ell=1,3$	toàn 240-subcarrier span, trừ PBCH DM-RS RE	physical broadcast channel
PBCH	$\ell=2$	$k=0,\ldots,47$ và $k=192,\ldots,239$ , trừ DM-RS	hai vùng ngoài SSS
Set to 0	$\ell=0$	hai phía ngoài PSS	không phải PBCH data
Set to 0	$\ell=2$	$k=48,\ldots,55$ và $k=183,\ldots,191$	guard-like zero regions quanh SSS trong block mapping

PBCH DM-RS được xen vào các PBCH regions theo spacing 4 subcarriers. Offset của pattern là:

v=N_{\mathrm{ID}}^{\mathrm{cell}}\bmod4

Vì vậy sau khi UE đã xác định physical cell ID, nó biết DM-RS comb nằm ở residue class nào modulo 4. Đây là một ví dụ rất đẹp cho việc các stage initial access phụ thuộc lẫn nhau.

03 · CHECK BẰNG SỐ: 960 RE CỦA SSB ĐI ĐÂU HẾT?

Ta có thể cộng chính xác từng loại resource để kiểm tra mapping.

PSS

127

Symbol 0, subcarriers 56 đến 182.

SSS

127

Symbol 2, cùng 127-subcarrier central span.

PBCH DM-RS

144

60 RE ở symbol 1, 24 RE ở symbol 2 và 60 RE ở symbol 3.

PBCH

432

PBCH RE còn lại sau khi loại DM-RS khỏi PBCH regions.

SET TO 0

130

113 RE ở symbol 0 và 17 RE ở symbol 2.

127+127+144+432+130=960

Đây là một consistency check hữu ích. Nó cũng cho thấy câu “SSB có PSS, SSS và PBCH” vẫn còn quá thô nếu muốn implement receiver: PBCH DM-RS và zero regions chiếm một phần đáng kể của exact grid.

04 · INTERACTIVE GRID

Đổi PBCH DM-RS offset và click từng OFDM symbol để nhìn exact mapping thay đổi như thế nào.

Slider dưới đây thay $v$ từ 0 tới 3. Nó không thay PSS, SSS hay số lượng DM-RS; nó chỉ dịch comb DM-RS trong frequency theo physical cell ID modulo 4.

PBCH DM-RS offset $v=1$

v=N_{\mathrm{ID}}^{\mathrm{cell}}\bmod4

TOÀN SSB960 RE4 symbols × 240 subcarriers

PSS + SSS254 RE127 + 127

PBCH432 REkhông tính PBCH DM-RS

PBCH DM-RS144 REreference cho PBCH

SET TO 0130 REtheo mapping của block

k=239

tần số ↑

k=0

PSSSSSPBCHPBCH DM-RSset to 0

ĐANG CHỌNOFDM symbol 2click một cột khác để inspect mapping

PSS0RE

SSS127RE

PBCH72RE

PBCH DM-RS24RE

SET TO 017RE

Grid dùng đúng relative indexes $k=0,\ldots,239$ và $\ell=0,\ldots,3$ bên trong một SS/PBCH block. Màu PBCH chỉ tính các RE còn lại sau khi PBCH DM-RS đã puncture mapping.

Hãy chọn symbol 2. Bạn sẽ thấy central 127 RE thuộc SSS, hai vùng zero nhỏ nằm ngay hai bên SSS, còn PBCH và PBCH DM-RS chỉ nằm ở hai outer regions. Đây là symbol có cấu trúc phức tạp nhất trong SSB.

05 · BỐN THÀNH PHẦN, BỐN CÂU HỎI KHÁC NHAU

UE không xử lý tất cả resource của SSB theo cùng một cách.

PSS“Có candidate block ở đây không?”

Known sequence phù hợp cho detection/correlation và coarse synchronization hypothesis.

→

SSS“Đây là cell nào?”

Bổ sung cell-identity information và giúp hoàn thiện physical-layer cell ID.

→

PBCH DM-RS“Channel trên PBCH trông ra sao?”

Known reference để estimate channel và hỗ trợ PBCH processing.

→

PBCH“Cell broadcast gì để đi tiếp?”

Physical broadcast channel mang thông tin cần cho bước dựng system context tiếp theo.

06 · 240 SUBCARRIERS RỘNG BAO NHIÊU HZ?

Physical width của SSB phụ thuộc subcarrier spacing được dùng cho SS/PBCH block.

B_{\mathrm{SSB}}=240\,\Delta f_{\mathrm{SSB}}

Ví dụ nếu SSB dùng subcarrier spacing $30\,\mathrm{kHz}$ :

B_{\mathrm{SSB}}=240\times30\,\mathrm{kHz}=7.2\,\mathrm{MHz}

Vì 240 subcarriers bằng $20\times12$ subcarriers, ta có thể nói SSB có frequency span tương đương 20 resource-block widths. Tuy nhiên không nên diễn giải SSB như một PDSCH allocation gồm 20 PRB. Đây là SS/PBCH block với mapping riêng của nó.

07 · SSB KHÔNG ĐỒNG NGHĨA “240 SUBCARRIERS Ở GIỮA CARRIER”

UE phải tìm SSB ở một frequency location hợp lệ; block không cần trùng carrier center hay BWP center.

carrier resourcesSSB · 240 SCcarrier resources

Hình cố ý đặt SSB lệch khỏi center để phá mental model sai rằng synchronization block luôn nằm chính giữa carrier.

Trước khi decode đủ broadcast configuration, UE dựa vào những frequency hypotheses/raster mà specification cho phép để search. Sau đó các quantities như common-resource-grid reference và SSB offset mới được đặt vào full carrier context chi tiết hơn.

08 · MỘT SSB KHÁC MỘT SS BURST SET

SSB là một block 4-symbol × 240-subcarrier. SS burst set là tập các candidate SS/PBCH blocks xuất hiện ở những time positions xác định.

HALF-FRAME CANDIDATE REGION

SSB 0SSB 2SSB 4SSB n

Các ô trên chỉ minh họa candidate positions, không biểu diễn một Case A/B/C/D/E cụ thể. Standard quy định candidate positions theo SSB pattern; network không bắt buộc phải phát mọi candidate.

Candidate SS/PBCH blocks trong một half-frame được index theo thứ tự thời gian. Khi UE đã có SSB index/context, index đó còn liên quan tới các procedure phía sau như PBCH processing, beam association và mapping tới random-access opportunities.

09 · UE KHÔNG GIẢ ĐỊNH SSB PHÁT LIÊN TỤC MỖI SLOT

SS/PBCH blocks có burst timing và periodicity; initial cell search phải đợi đúng cửa sổ thời gian.

Với initial cell selection, TS 38.213 cho phép UE giả định các half-frames chứa SS/PBCH blocks xuất hiện với periodicity 2 radio frames:

T_{\mathrm{initial\ search}}=2\times10\,\mathrm{ms}=20\,\mathrm{ms}

Khi UE đã có serving-cell configuration, SSB reception periodicity có thể được cấu hình khác. Vì vậy $20\,\mathrm{ms}$ là mental anchor rất hữu ích cho initial search, không phải tuyên bố mọi serving cell mãi mãi chỉ dùng đúng periodicity đó.

10 · TẠI SAO MỘT CELL CÓ THỂ PHÁT NHIỀU SSB?

Một deployment có thể truyền các SSB khác nhau theo các spatial directions khác nhau để UE tìm được một beam phù hợp.

gNBSSB burst set

SSB 0SSB 1SSB 2SSB 3

UEđo candidate mạnh hơn

Đây là nền tảng trực giác của beam sweeping: thay vì chỉ phát một synchronization block theo một radiation pattern duy nhất, gNB có thể phát nhiều SSB instances ở các time positions khác nhau và dùng spatial transmission khác nhau. UE có thể quan sát một SSB mạnh hơn các SSB khác.

11 · NẾU NHÌN TỪ CODE RECEIVER, SSB PROCESSING LÀ MỘT CHUỖI GIẢM UNCERTAINTY

Mỗi thành phần trong SSB mở khóa một phần thông tin cần cho stage kế tiếp.

01

SEARCH

Scan candidate frequency/time hypotheses

Receiver lấy sample windows ở các frequency hypotheses phù hợp với initial-access search.

OUTPUT · candidate regions

↓

02

PSS

Detect synchronization candidate

Correlation với known PSS hypotheses tạo timing/cell-group hypothesis ban đầu.

NEXT · Bài 23

↓

03

SSS

Hoàn thiện physical cell identity

SSS processing bổ sung phần identity còn thiếu và refinement context.

NEXT · Bài 24

↓

04

PBCH DM-RS

Estimate channel cho PBCH

Sau khi biết cell identity, receiver biết DM-RS comb offset và có known reference để estimate channel.

NEXT · Bài 26

↓

05

PBCH

Demodulate và decode broadcast channel

Receiver dùng channel estimate để equalize PBCH resources rồi tiếp tục channel decoding và MIB-related processing.

NEXT · Bài 27 và 27

12 · SÁU CHỖ DỄ NHẦM VỀ SSB

SSB ≠ PSS

PSS chỉ là một thành phần 127 RE trong symbol 0 của toàn block.

SSB ≠ MỘT OFDM SYMBOL

Một SSB kéo dài 4 OFDM symbols.

SSB ≠ SS BURST SET

SSB là một block; burst set là tập candidate/transmitted blocks theo time structure.

PBCH ≠ TOÀN SSB

PBCH chia sẻ block với PSS, SSS, PBCH DM-RS và zero resources.

PBCH ≠ “CHỈ MIB”

PBCH processing còn có additional physical-layer payload/context; Bài 27 và 27 sẽ tách PBCH khỏi MIB.

SSB INDEX ≠ CELL ID

PCI nhận dạng cell; SSB index nhận dạng block candidate/transmission trong SSB timing structure của cell.

13 · SPECIFICATION LAYER

3GPP định nghĩa exact resource mapping và time-location rules; cách receiver search/threshold/process candidates vẫn là implementation.

3GPP QUY ĐỊNH

SS/PBCH block có 4 OFDM symbols, 240 contiguous subcarriers, exact PSS/SSS/PBCH/PBCH-DMRS mapping và candidate time locations.

VIETWIRELESS DIỄN GIẢI

Container mental model, RE accounting, receiver dependency flow và trực giác beam sweeping.

IMPLEMENTATION-DEPENDENT

Search order, FFT strategy, correlation engine, threshold, candidate pruning, beamforming weights và parallel processing.

3GPP TS 38.211 Release 18, ETSI TS 138 211 V18.8.0, clause 7.4.3.1 và Table 7.4.3.1-1: SS/PBCH block gồm 4 OFDM symbols, 240 contiguous subcarriers và exact PSS/SSS/PBCH/PBCH-DMRS mapping ·mở specification ↗

3GPP TS 38.213 Release 18, ETSI TS 138 213 V18.8.0, clause 4.1: candidate SS/PBCH block time locations, SSB index context và assumptions cho cell search ·mở specification ↗

14 · NỐI LẠI TOÀN BỘ Ý

SSB: là SS/PBCH block, không phải chỉ PSS hay chỉ một OFDM symbol.
Kích thước: 4 OFDM symbols × 240 contiguous subcarriers = 960 RE positions.
PSS: 127 RE ở symbol 0, central subcarriers 56 đến 182.
SSS: 127 RE ở symbol 2, cùng central span.
PBCH: nằm ở symbols 1, 2 và 3, với PBCH DM-RS puncture các reference RE tương ứng.
PBCH DM-RS: comb offset phụ thuộc $N_{\mathrm{ID}}^{\mathrm{cell}}\bmod4$ .
SS burst set: là tập candidate/transmitted SSBs theo time structure; một SSB chỉ là một block trong tập đó.
Beam sweeping: nhiều SSB transmissions có thể được dùng với các spatial directions khác nhau, nhưng SSB index không nên bị đồng nhất với một universal beam ID.
Receiver flow: tìm PSS → xử lý SSS → dùng PBCH DM-RS → decode PBCH → tiếp tục MIB/system-information path.