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【技篇226】⽼司机解读NB-IOT系列14：NB-IoT之下⾏主同步信号NPSS

吴⽼司上篇已经谈到NB的物理层帧结构，本篇开始将深⼊分析NB的物理层信道（或信号），本篇主要谈下⾏主同步信

号NPSS。

1信道之于“⽹优四剑客”

对于⽆线优化⼈员来说，物理层信道（或信号）是优化的基本功之⼀，也可以说是必杀技。这些信道就如⼀条⼀条的

路，多条路交错、互通就汇成了⼀个路⽹，从⽽四通⼋达。同理，这些信道相互配合⼯作，就可以成就⽹优中著名

的“四剑客”：⼩区搜索（CellSearch）、下⾏传输DLTransmission、随机接⼊InitialAccess、上⾏传输UL

Transmission。这四货（F4）就是咱们接下来扯淡的主线。

但是在介绍这⼏个货之前，就得先好好理解好⼀些物理信道，这就像当年你要想看流星花园，你得先省下⼏个钱然后去

⽹吧⼀样。

下⾯重点介绍下⾏主同步信号NPSS。在介绍NPSS之前⼜要先打个基本功，了解下ZC序列的⽣成和特性。

2先来劈个腿，练练基本功-Zadoff-ChuSequence

Zadoff-ChuSequence，简称ZC序列，别名“臭⾖腐”序列。

tips:

请尝试⽤中国式英⽂发⾳去读Zadoff，速度快点，连着读⼏遍，看有没有臭⾖腐的味道了。

请注意，ZC序列是咱们理解LTE、NB同步信号最最核⼼的部分，换句话说如果你不懂ZC序列，你看同步信道那就只能

是雾⾥看花了。

正如Zadoff-ChuSequence的名称⼀样，它不是单个的数字，⽽是⼀个特殊的序列，它在LTE中被⼤量使⽤（在2G、

3G中没⽤），你不妨度娘下，会看到N多的介绍资料。

我们先来理解下ZC序列是怎么⽣成的，就如你学习WCDMA技术必须知道OVSF码的⽣成⼀样。

这⾥简要讲解下：

◢N_zc代表需要⽣成的序列的长度，如在本图中值为63，所以在第⼆列、第三列就有了63个值，注意因为是复数，所

以有I、Q两个⽀路（重点关注）。

◢q代表是根序列的索引，⽣成任何⼀个ZC序列都需要赋⼀个根索引值（重点关注），这跟我们在LTE中PRACH序列⽣

成必须赋值u值⼀样⼀样的道理。

◢m是代表这个序列的第m+1个序列点的值，如图中最左边的序列号。

ZC序列能在4G及以后的系统中⼤量使⽤，是因为这个序列具有很多好的特性，下⾯讲解⼏个最重要的：

◢Thisquencehasaconstantamplitude.也就是说它具有恒定幅度序列特性，这点⼤家只要看⽣成的公式，形式为

e^(-jtheta)。如果你还记得⼤学课程的话，这个⽤欧拉公式Eulerform展开，e^(-jtheta)=cos(theta)-jsin(theta).你将会

看到这是个复数，有实部和虚部，如果在坐标轴上表⽰就是分布在⼀个圆上，幅度就是圆的半径，是恒定不变的（这⾥

即为1）。

◢ZeroAutocorrelation.也就是说这个序列的⾃相关性很好。如上图，如果你⽤这个公式⽣成了⼀个序列，同时进⾏循

环移位N位(Ncanbe1,2,....,sizeofquence-1).如果你对原序列和循环移位N后的序列进⾏相关性运算，你会惊奇的

环移位N位(Ncanbe1,2,....,sizeofquence-1).如果你对原序列和循环移位N后的序列进⾏相关性运算，你会惊奇的

发现结果是0（itisalmost0）.

这意味着啥？正交！

正交意味着啥？完全区分！

完全区分意味着啥？⽆⼲扰！⽆⼲扰！！⽆⼲扰

咱通信系统，这么多专家，多年求索，⼀直以来孜孜以求的不就是相关性为0嘛，正交⽆⼲扰吗？

Itiswonderful！

这样的话，以后在每个⼩区中，可以每个⽤户拿这个码的不同循环移位来做区分，这将是意见如此美妙的事情哦。

◢CrosscorrelationoftwoZadoffChuquenceis1/Sqrt(Nzc).也就是说ZC序列的互相关性也很好，这⾥不展开讲了。

正因为ZC序列具有很多好的特点，在LTE中被⼤量使⽤，以下列举下在LTE中使⽤了ZC序列的信号或者信道，仅列举

不细讲：

i)PrimarySynchronizationSignal(PSS)(socalledprimarysynchronizationchannel)

ii)randomaccesspreamble(PRACH)

iii)PUCCHDMRS

iv)PUSCHDMRS

v)soundingreferencesignals(SRS).

⼩伙伴们有⽊有惊呆？你知道为什么吴⽼司会说在LTE中⼤量使⽤的原因了吗？

3NPSS信号作⽤和资源映射

◢NB中的信道都是单独设计的

既然是新设计的，那就名称要变下，⼜图省事，就每个信道前加了⼀个N。

◢NPSS基于短ZC序列（终于知道吴⽼司为什么要花⼤篇幅讲ZC序列了吧，呵呵）

◢NPSS的作⽤是⽤于终端完成时间和频率同步

请注意，与LTE不同，PSS序列⼀共有三个，通过PSS携带了⼩区组内ID信息，在计算PCI中需要⽤到。但是NB中

NPSS只有⼀条，不携带有PCI的信息，这是因为考虑到NB终端低成本，终端同步检测的复杂度尽量低。

◢固定在每个帧的第5号⼦帧上发送，周期为10ms，占⽤整个⼦帧

我们知道在LTE中PSS频域上是占⽤中间6个PRB宽度，时域上占⽤1个符号symbol的宽度，那么这⾥为什么是占⽤⼀

个⼦帧的宽度呢？我的理解是相⽐于LTE频域上宽度较宽，终端解调同步信号的时候能充分获得频域增益，⽽NB中仅

有180K带宽，频域分集增益的缺失需要时域分集增益来弥补，所以原LTEPSS占⽤1个符号宽度就被扩展到整个⼦帧

了。

◢占据频域的0~10号11个⼦载波

◢时域上固定预留前3个符号

同步时还没获取到场景信息，也就是终端还不能了解到系统采⽤的是三种部署⽅式的哪种，即⽆法区分是ST、IB还是

GB，所以只能按最保守、最复杂的情况来做，即IB。⽽IB中因为前3个符号需要为LTEPDCCH预留资源，所以NB⼲脆

就不管你采⽤什么部署⽅式，统统将前3个符号预留出来，不去“撩”⼈家了。

◢Inband场景下遇到LTECRS的RE时按实际占⽤RE数量进⾏打孔处理

因为PSS中本来就没传数据，只是信号，所以打⼏个孔也没关系。举个例⼦，⽐如LED显⽰屏是由很多的发光点构成

的，偶尔坏掉⼀两个，你也能很难看出来，尤其是户外的那种⼤显⽰屏。你不妨想象⼀下。如果是信道，传的是真⾦⽩

银的数据data的话，那就没这么随便了，后续讲解NPDSCH信道映射的时候会谈到。

4NPSS信号的⽣成

有了ZC序列的基础知识，下⾯可以看NPSS是如何⽣成的，⼜是如何映射的。如下图，将LTE和NB的主同步信号⽣成

公式放在⼀起进⾏对⽐：

◢NB基础序列为长度11的短ZC序列，LTE中为长度63的长序列

◢NB公式中u的取值固定为5，也就是NPSS所有⼩区都是相同的；⽽PSS中u有三个，25,29,34，这就是为什么PSS中

可以携带部分PCI信息的根本原因（组内ID号）。

◢列为伪随机的⼆进制序列S(l)

请注意，l是从3开始到13，说明ZC序列⽣成后，从第三个symbol开始，乘以掩码值后再进⾏频域上映射，最后进⾏时

域映射。

5结束语

本篇主要讲到NB的下⾏主同步信号NPSS，重点是ZC序列和NPSS的，细节⾮常多，理解起来⾮常困难，但是如果⼀

旦get到⼀些技能，相信后续的信道学习也会轻松很多。下期吴⽼司接着撩NSSS信号。