GHI CHÉP 20 · INITIAL ACCESS

UE bật nguồn thì chuyện gì xảy ra?

Khi vừa mở receiver, UE chưa có timing của cell, chưa biết physical cell ID và cũng chưa đọc được cấu hình broadcast của gNB. Nhiệm vụ đầu tiên là biến một dải RF chưa biết thành một SS/PBCH block có thể đồng bộ, nhận dạng và giải mã.

CÂU HỎI MỞ ĐẦU

Nếu UE chưa biết cell đang phát ở thời điểm nào, làm sao nó có thể decode bất cứ thứ gì?

Một receiver đã connected có rất nhiều context: carrier, bandwidth, timing, numerology, cell identity, control configuration và scheduling. Nhưng ở bước đầu tiên, phần lớn context đó chưa tồn tại. UE chỉ có RF capability, các band nó hỗ trợ và một chiến lược tìm kiếm do implementation hoặc higher layer quyết định.

Vì vậy gNB cần phát một cấu trúc mà UE có thể tìm thấy khi chưa có connection context. Trong NR, cấu trúc trung tâm của bước này là SS/PBCH block, thường gọi ngắn là SSB.

UE CHƯA BIẾT

Cell timing nằm ở đâu trong sample stream?

UE CHƯA BIẾT

Physical cell ID của cell đang nghe là bao nhiêu?

UE CHƯA BIẾT

PBCH nằm ở resource nào và channel hiện tại làm biến dạng nó ra sao?

UE CẦN ĐẠT TỚI

MIB và thông tin timing đủ để tiếp tục tìm initial control cho SIB1.

BỨC TRANH TỔNG THỂ

Từ “tôi chỉ thấy samples” tới “tôi đã đọc được MIB” là một chuỗi state transition.

STAGE 1 · FINDCandidate carrier + $I/Q$ scan một frequency region và tìm synchronization pattern trong sample stream

PSS / SSS→

STAGE 2 · SYNC + IDENTIFYTiming + PCIreceiver có candidate timing và physical cell ID

SSB + DM-RS→

STAGE 3 · OBSERVE PBCHChannel estimateextract đúng resources và equalize PBCH hypothesis

decode + parse→

STAGE 4 · BOOTSTRAPMIB acquiredđủ context để đi tiếp tới initial common control và SIB1

Đây là mental model của bài này, không phải một thuật toán receiver bắt buộc. 3GPP định nghĩa signals, resource mapping và thông tin UE phải có được. Cách scan frequency, cách correlate, estimator nào được dùng hoặc bao nhiêu hypothesis chạy song song là lựa chọn implementation.

INTERACTIVE MAP · UE BIẾT THÊM GÌ SAU MỖI BƯỚC?

Đi qua từng checkpoint và theo dõi ba thứ: UE đã biết gì, vẫn chưa biết gì, và output nào mở khóa bước tiếp theo.

Đây là interactive phù hợp với một bài overview: không mô phỏng estimator, mà cho thấy uncertainty giảm dần từ candidate carrier tới MIB. Các bài 20–27 sẽ zoom vào từng signal và thuật toán cụ thể hơn.

CURRENT STATE

Candidate NR carrier

Receiver chọn một frequency region đáng kiểm tra và thu I/Q samples.

UE BIẾT THÊM

RF capability và band đang được scan
một candidate carrier / frequency hypothesis
complex I/Q sample buffer

VẪN CHƯA BIẾT

cell timing
physical cell ID
SSB candidate nào là đúng
MIB và SIB1

BƯỚC TIẾP

Tìm một synchronization pattern đã biết trong sample stream.

OUTPUTI/Q buffer

1 / 6

01 · TRƯỚC PSS, UE ĐANG TÌM CÁI GÌ?

UE không thể FFT đúng một SSB nếu nó còn chưa biết SSB bắt đầu ở sample nào.

Ở góc nhìn baseband, receiver có một stream các complex samples. Một đoạn trong stream đó có thể chứa SSB, nhưng biên OFDM symbol chưa chắc đã biết chính xác. Carrier cũng có thể còn residual frequency error do oscillator và Doppler.

FREQUENCY SEARCH

Supported bands, stored information và synchronization raster có thể thu hẹp nơi receiver cần kiểm tra.

→

SSB / BEAM CANDIDATES

candidate Acandidate Bcandidate C

Một deployment có thể phát nhiều SSB candidates theo các transmission directions khác nhau. UE cần tìm candidate phù hợp trước khi decode tiếp.

incoming

I/Q

correlation score

Một peak mạnh tạo ra một candidate timing để receiver kiểm tra tiếp, không phải bằng chứng cuối cùng rằng toàn bộ cell đã được nhận dạng.

Trong thực tế UE có thể tận dụng band information, synchronization raster, cached information hoặc implementation-specific scan strategy để giảm search space. Bài này tập trung vào PHY progression sau khi receiver đang kiểm tra một candidate NR synchronization signal.

02 · PSS TẠO ĐIỂM BÁM ĐẦU TIÊN

Receiver biết trước cấu trúc PSS, nên correlation có thể biến một sample stream dài thành một timing candidate rõ ràng.

NR có ba PSS hypotheses tương ứng với ba giá trị $N_{ID}^{(2)}$ . Receiver có thể correlate received samples với các hypotheses đã biết. Khi một correlation metric tạo peak đủ thuyết phục, UE có một candidate vị trí của PSS và biết giá trị $N_{ID}^{(2)}$ tương ứng.

correlation metric

hypothesis 0

hypothesis 1

hypothesis 2

candidate timing

Peak của một hypothesis tại một sample index tạo ra candidate để kiểm tra tiếp. Threshold, normalization và cách implementation tính metric không bị 3GPP bắt buộc theo đúng hình này.

PSS thường được dùng để hỗ trợ coarse timing và frequency synchronization trong receiver implementation. Tuy nhiên chỉ PSS vẫn chưa cho UE toàn bộ physical cell ID và chưa cho phép đọc MIB.

03 · SSS HOÀN THIỆN PHYSICAL CELL ID

Sau khi PSS thu hẹp search space, SSS cho UE phần identity còn thiếu.

SSS cung cấp $N_{ID}^{(1)}$ . Khi ghép với $N_{ID}^{(2)}$ từ PSS, physical cell ID được xác định bằng:

N_{ID}^{cell}=3N_{ID}^{(1)}+N_{ID}^{(2)}

VÍ DỤ MINH HỌA

N_{ID}^{(1)}=217,\qquad N_{ID}^{(2)}=1

N_{ID}^{cell}=3\cdot217+1=652

Đây là giá trị minh họa để thấy cách hai synchronization signals ghép lại thành một identity. Nó không mô tả một cell cụ thể ngoài thực tế.

PSS $N_{ID}^{(2)}\in\{0,1,2\}$ 3 possibilities

SSS $N_{ID}^{(1)}\in\{0,\ldots,335\}$ 336 possibilities

→

PHYSICAL CELL ID1008 possible PCIs

0\ldots1007

Tới đây UE đã đi từ “có một peak giống PSS” tới “tôi đang nghe một candidate cell có physical cell ID xác định”. Nhưng nó vẫn chưa có MIB.

04 · PSS VÀ SSS KHÔNG ĐỨNG RIÊNG, CHÚNG NẰM TRONG SSB

Một SS/PBCH block gom synchronization signals và broadcast channel vào cùng một khối time-frequency.

frequency ↑

symbol 3

PBCH + PBCH DM-RS

symbol 2

PBCH / DM-RS

unused

SSS · 127 subcarriers

unused

PBCH / DM-RS

symbol 1

PBCH + PBCH DM-RS

symbol 0

unused here

PSS · 127 subcarriers

unused here

subcarrier index04856183192240

4 OFDM symbols → time

Schematic này giữ đúng mental model quan trọng: SSB rộng 240 subcarriers và dài 4 OFDM symbols; PSS/SSS chỉ chiếm 127 subcarriers ở vùng giữa của symbol tương ứng. PBCH và PBCH DM-RS dùng các resource còn lại theo mapping chi tiết của TS 38.211.

Theo TS 38.211, SS/PBCH block dùng một vùng rộng 240 subcarriers và kéo dài bốn OFDM symbols. PSS nằm ở symbol đầu, SSS ở symbol thứ ba theo indexing tương đối của block, còn PBCH và PBCH DM-RS chiếm các resource còn lại theo mapping được định nghĩa.

05 · TRƯỚC KHI DECODE PBCH, RECEIVER CẦN BIẾT CHANNEL

PBCH DM-RS cho receiver reference symbols đã biết để estimate channel trên SSB.

RX GRIDPBCH REsbị channel làm scale/rotate

REFERENCEPBCH DM-RSknown symbols

→

ESTIMATEchannelmagnitude + phase behavior

→

PBCHequalized symbolsready for demapping

BEFORE EQUALIZATION

PBCH QPSK bị channel scale/rotate

→

DM-RS → CHANNEL ESTIMATE $\widehat{H}[k]$ known reference cho receiver

→

AFTER EQUALIZATION

points trở về gần QPSK references

Đây là cùng một logic đã học ở channel estimation: nếu transmitter và receiver cùng biết một reference symbol, receiver có thể quan sát symbol đó sau channel và suy ra một estimate đủ dùng để equalize data nằm gần nó.

PBCH DM-RS còn liên quan tới SSB index/hypothesis theo các rule physical-layer tương ứng. Chi tiết sequence và index mapping sẽ được tách thành bài riêng, vì bài overview chỉ cần giữ mental model: DM-RS giúp receiver biến “PBCH bị channel làm méo” thành “PBCH có thể equalize và decode”.

06 · PBCH LÀ BROADCAST CHANNEL ĐẦU TIÊN UE CẦN DECODE

Sau equalization, receiver đi qua demapping, descrambling, rate recovery và polar decoding để lấy broadcast payload.

01Equalized QPSKcomplex PBCH symbol estimates

→

02LLRssoft demapping

→

03Descramblingremove PBCH scrambling relation

→

04Rate recoveryundo rate matching structure

→

05Polar decoderecover BCH payload candidate

→

06CRC / payloadvalidate candidate and parse bits

Đây là receive-side overview đã giản lược để giữ flow đọc. TS 38.212 định nghĩa chi tiết payload generation, scrambling, CRC, polar coding và rate matching; implementation receiver có thể tổ chức các bước nội bộ khác nhau.

TS 38.300 nêu PBCH dùng QPSK và polar coding. TS 38.212 định nghĩa broadcast-channel coding chain chi tiết hơn, gồm payload generation, scrambling, CRC, channel coding và rate matching.

07 · MIB LÀ CẦU NỐI TỪ SSB SANG INITIAL CONTROL

MIB không chứa mọi cấu hình của cell. Nó chỉ đưa cho UE những mảnh thông tin tối thiểu để đi tiếp.

PBCH DECODEDMIBbootstrap information

TIMINGSystem Frame Numbermột phần frame context để tiếp tục procedure

GRID / COMMON PHYcommon SCS + $k_{SSB}$ giúp đặt SSB/common resources vào frequency-grid context

INITIAL CONTROLpdcch-ConfigSIB1đầu mối để derive CORESET#0 / SearchSpace#0

MIB→CORESET#0 + SearchSpace#0→PDCCH→SIB1

dmrs-TypeA-Position · common reference-signal contextcellBarred · cell statusintraFreqReselection · reselection indication

Đây chính là lý do bài tiếp theo của learning graph không phải PRACH. Sau MIB, UE vẫn cần tìm CORESET#0 và SearchSpace#0, monitor PDCCH và đi tới SIB1.

08 · MỖI BƯỚC LOẠI BỎ MỘT PHẦN “CHƯA BIẾT”

Nhìn initial cell search như một quá trình giảm dần uncertainty.

Checkpoint	UE có thêm gì?	Vẫn chưa có gì?
Candidate carrier	frequency hypothesis + $I/Q$ buffer	cell timing, PCI, MIB
PSS detected	timing candidate + $N_{ID}^{(2)}$	full PCI, MIB
SSS detected	physical cell ID	PBCH payload
PBCH DM-RS processed	channel estimate for PBCH hypothesis	decoded broadcast payload
PBCH decoded	BCH/PBCH payload candidate + timing/index context	parsed MIB, SIB1
MIB parsed	bootstrap information for initial common control	SIB1 và RRC access context

09 · NẾU NHÌN TỪ CODE RECEIVER, FLOW NÀY TRÔNG RA SAO?

PHY implementation thường biến cùng một progression thành buffers, hypotheses, metrics và decoder states.

RF / ADC

Thu candidate carrier và tạo sample buffer

Receiver chọn candidate carrier, thu $I/Q$ và ghi samples vào buffer để các detector phía sau xử lý.

OUTPUT ·

I/Q

buffer

↓

PSS DETECTOR

Tìm timing candidate và identity subset

Chạy correlation hoặc matched-filter style metric cho các PSS hypotheses; giữ lại candidate sample timing và $N_{ID}^{(2)}$ .

OUTPUT · timing candidate +

N_{ID}^{(2)}

↓

SYNC REFINEMENT

Refine timing và residual frequency error

Ước lượng/correct residual frequency error và căn FFT window đủ tốt để extract các resource của candidate SSB.

OUTPUT · corrected samples + FFT-window hypothesis

↓

SSS DETECTOR

Hoàn thiện physical cell ID

So sánh SSS hypotheses phù hợp với candidate PSS và lấy $N_{ID}^{(1)}$ để hoàn thiện PCI.

OUTPUT · physical cell ID

↓

SSB RESOURCE EXTRACTOR

Đưa FFT bins về đúng PSS, SSS, PBCH và DM-RS REs

Receiver dùng timing, PCI và SSB hypothesis hiện có để map received FFT bins về các resource elements cần thiết.

OUTPUT · extracted SSB resources

↓

PBCH RECEIVER

Estimate channel, equalize và decode PBCH

Dùng PBCH DM-RS để estimate channel, sau đó equalize, QPSK demap, descramble/rate-recover, polar decode và kiểm tra CRC.

OUTPUT · valid PBCH payload candidate

↓

MIB PARSER

Parse MIB và ghép bootstrap timing/index context

Parse các MIB fields và ghép những timing/index bits được physical layer mang thêm trong PBCH processing.

OUTPUT · MIB + bootstrap context

↓

NEXT STATE

Dựng initial control search cho SIB1

Dùng MIB để derive common control context, rồi đi tiếp tới CORESET#0, SearchSpace#0, PDCCH và SIB1.

OUTPUT · initial control search

Một implementation thật có thể parallelize nhiều bước, giữ nhiều candidates cùng lúc và retry với frequency/timing hypotheses khác. Standard không bắt receiver phải có đúng state machine như diagram này.

10 · BA CHỖ RẤT DỄ HIỂU NHẦM

PSS ≠ FULL CELL ID

PSS chỉ cho một phần identity. SSS mới cung cấp phần còn lại để hình thành physical cell ID.

MIB ≠ ALL SYSTEM INFORMATION

MIB chỉ là bootstrap information. SIB1 và các system information khác nằm ở bước sau.

CELL SEARCH ≠ RANDOM ACCESS

Cell search là downlink acquisition. PRACH thuộc giai đoạn UE bắt đầu tạo uplink access sau khi đã có thêm system context.

Một chỗ khác cũng dễ lẫn là từ “synchronization”. Cell search bao gồm việc acquire time/frequency synchronization với cell theo TS 38.213, nhưng exact estimator, loop, CFO correction strategy và threshold là implementation details.

11 · SPECIFICATION LAYER

Phần nào là 3GPP quy định, phần nào là cách VietWireless diễn giải?

3GPP QUY ĐỊNH

PSS/SSS và cell-search purpose; SS/PBCH block resource mapping; PBCH coding; MIB fields và ý nghĩa.

VIETWIRELESS DIỄN GIẢI

Cách nhìn theo state transition: samples → PSS candidate → cell ID → channel estimate → PBCH → MIB.

IMPLEMENTATION-DEPENDENT

Scan strategy, correlation implementation, threshold, estimator, parallel hypotheses và retry logic.

3GPP TS 38.300 Release 18, ETSI TS 138 300 V18.8.0, clause 5.2.4 và 5.2.5.3: SSB overview, PBCH characteristics và cell-search system view ·mở specification ↗

3GPP TS 38.213 Release 18, ETSI TS 138 213 V18.8.0, clause 4.1: cell search, PSS/SSS và SS/PBCH block assumptions ·mở specification ↗

3GPP TS 38.104 Release 18, ETSI TS 138 104 V18.13.0, clause 5.4.3.1: synchronization raster và GSCN cho system acquisition khi vị trí synchronization block chưa được explicit signalling ·mở specification ↗

3GPP TS 38.211 Release 18, ETSI TS 138 211 V18.8.0, clause 7.4.3.1: resource mapping cho PSS, SSS, PBCH và PBCH DM-RS ·mở specification ↗

3GPP TS 38.212 Release 18, ETSI TS 138 212 V18.8.0, clause 7.1: BCH/PBCH payload generation và channel coding ·mở specification ↗

3GPP TS 38.331 Release 18, ETSI TS 138 331 V18.8.0: MIB ASN.1 và field descriptions ·mở specification ↗

12 · NỐI LẠI TOÀN BỘ FLOW

Candidate carrier: receiver đã có một frequency hypothesis và $I/Q$ buffer, nhưng chưa có cell timing, PCI hay MIB.
PSS: tạo candidate timing và cung cấp $N_{ID}^{(2)}$ .
SSS: cung cấp $N_{ID}^{(1)}$ để hoàn thiện physical cell ID.
SSB: gom PSS, SSS, PBCH và PBCH DM-RS vào một block chung.
PBCH DM-RS: cho receiver reference để estimate channel phục vụ PBCH decoding.
PBCH: qua QPSK demapping và polar-coded BCH processing để recover broadcast payload.
MIB: cung cấp bootstrap information để UE đi tiếp tới common control và SIB1.
Chưa xong initial access: sau MIB vẫn còn CORESET#0, SearchSpace#0, PDCCH, SIB1, cell selection và random access.