為了滿足NR的要求，包括節(jié)能、各種numerology?和更高的載波頻率，需要盡可能減少分配給周期和靜態(tài)信號(hào)的資源，并在各個(gè)方面具有足夠的靈活性。對(duì)于初始接入，由于無效或過時(shí)的系統(tǒng)信息或失步，必須在下行中為UE周期性地提供同步信號(hào)，以獲得頻域和時(shí)域中的下行同步，以便在相關(guān)系統(tǒng)或隨機(jī)接入信息上進(jìn)行后續(xù)解調(diào)。因此，同步信號(hào)對(duì)一個(gè)系統(tǒng)也重要。

在LTE中，選擇Zadoff-Chu序列作為PSS序列是因?yàn)樗哂袃?yōu)良的性能、DFT操作前后的恒定幅度、“ideal”循環(huán)自相關(guān)和低互相關(guān)。因此，在一些典型案例中重新使用Zadoff-Chu序列仍然是有意義的。

支持NR-PSS比LTE-PSS和具有一定持續(xù)時(shí)間的SS突發(fā)更寬的傳輸帶寬。因此，作為增強(qiáng)方法，可以將LTE-PSS擴(kuò)展到頻域和時(shí)域。

在圖1中，說明了在一個(gè)OFDM符號(hào)中使用4倍數(shù)量的LTE?PSS?PRB在頻域中的重復(fù)，以使用15kHz?numerology?法總共占用4.32MHz帶寬。由于同步信號(hào)序列在每個(gè)子帶（即1.08MHz）中重復(fù)，因此支持較小帶寬的低成本終端將在僅接收同步信號(hào)的一部分的同時(shí)獲得同步。

這個(gè)重復(fù)原則可以擴(kuò)展到支持不同的numerology?：A）如果對(duì)不同的numerology?保持相同的SS帶寬和持續(xù)時(shí)間，則可以縮放頻域或時(shí)域中的重復(fù)次數(shù)。使用圖1中的示例，60kHz?numerology?可以在頻域中使用一次重復(fù)（即無重復(fù)），在時(shí)域中使用4次（即4個(gè)OFDM符號(hào)），這可以促進(jìn)持續(xù)時(shí)間內(nèi)的波束掃描。B）另一種選擇是為不同的numerology?保持相同數(shù)量的子載波。對(duì)于這個(gè)替代方案，SS波段將隨著numerology?的縮放而縮放。例如，60kHznumerology?符號(hào)將占用17.28MHz帶寬，在一個(gè)OFDM符號(hào)內(nèi)的頻域中重復(fù)4次。

一旦在NR中為SS傳輸保留了更寬的帶寬，則作為圖2中所示的另一種增強(qiáng)方法，也要延長(zhǎng)ZC序列以占據(jù)整個(gè)頻帶，其中“278”的數(shù)目只是一個(gè)示例。值得注意的是，這種方法可以利用ZC序列的優(yōu)點(diǎn)，如恒定的振幅和良好的自相關(guān)特性。如果使用更長(zhǎng)的序列，則需要進(jìn)一步優(yōu)化保留資源元素中的確切根值和長(zhǎng)度。

在該增強(qiáng)中，序列越長(zhǎng)意味著目標(biāo)序列上的檢測(cè)成功率越高，因?yàn)榛ハ嚓P(guān)特性越低。另一方面，與其他恒定振幅方法相比，ZC序列可以獲得更低的峰均比。為了支持不同的numerology?，如果使用與NR-PSS相同的長(zhǎng)度/子載波，則將縮放帶寬。

作為同步信號(hào)的基本功能，除了序列識(shí)別外，頻率和時(shí)間同步的準(zhǔn)確性也非常重要。接收機(jī)端的同步算法在后面起著重要作用。通常，基于接收機(jī)中的一些算法，如時(shí)域匹配濾波器和頻率誤差假設(shè)，從同步信號(hào)中獲取循環(huán)前綴長(zhǎng)度內(nèi)的初始時(shí)間同步和粗略頻率同步。

在NR中，對(duì)于可能的低成本終端，TRP和終端之間可能存在較大的頻率誤差，并且缺少來自頻繁靜態(tài)參考信號(hào)的跟蹤，這將挑戰(zhàn)終端中的同步算法復(fù)雜性。因此，選擇作為同步信號(hào)的序列應(yīng)考慮處理大頻率誤差時(shí)的檢測(cè)復(fù)雜度。

如果使用Costas陣列作為NR-PSS序列，如圖3所示，其中為NR-PSS保留的資源元素（RE）由給定OFDM符號(hào)內(nèi)的Costas陣列確定。通過這種結(jié)構(gòu)，可以以較低的復(fù)雜度獲得頻率和時(shí)間同步，并且沒有明顯的模糊性。

由于稀疏的RE分配，與其他RE相比，每個(gè)RE的功率將顯著提高，大概有12.3dB的增益。然而高值是否會(huì)引入意外的帶外發(fā)射。

圖4中以一個(gè)OFDM符號(hào)說明了基于LTE PSS的增強(qiáng)PSS設(shè)計(jì)，即Zadoff–Chu序列，其中（a）是頻域中的重復(fù)，（b）是加長(zhǎng)序列。

為了對(duì)性能進(jìn)行評(píng)估，這里使用了以下模擬設(shè)置：

• 載頻4GHz

• 為NR-PSS分配288個(gè)子載波（即4.32 MHz），子載波間隔為15 kHz

• 具有100 ns時(shí)域縮放值的CDL-C信道，速度為3公里/小時(shí)

• gNB和UE上分別有1個(gè)發(fā)射機(jī)天線和2個(gè)接收機(jī)天線

在評(píng)估中，選擇ZC序列作為源信號(hào)，并且UE將掃描接收到的樣本以從一組候選者中搜索序列，候選者的大小確定從NR-PSS支持多少ID。

圖5顯示了無頻率誤差的漏檢率與SNR的關(guān)系，其中（a）分別為10ms周期性和（b）為20ms周期性。在模擬中，時(shí)域搜索窗口為40ms。對(duì)于重復(fù)情況，使用根為29的LTE?R8的序列。為模擬中的加長(zhǎng)案例選擇的序列未針對(duì)較長(zhǎng)的尺寸進(jìn)行優(yōu)化。此外，還假設(shè)搜索窗口中的重復(fù)項(xiàng)在匹配濾波器之前沒有相干地組合。

結(jié)果表明，在相同的搜索窗口下，由于窗口中的序列資源較少，周期越大，漏檢率越高，窗口中的重復(fù)次數(shù)越多，漏檢率也越高。增強(qiáng)方案具有相似的性能，對(duì)于重復(fù)性和更長(zhǎng)的尺寸，比原始方案獲得約6db的增益。

為了進(jìn)行公平比較，為所有方案保留的資源元素的數(shù)量必須相同，這意味著N次周期將在一個(gè)周期中有N次重復(fù)。結(jié)果如圖5所示，其中比較了周期為10ms的短LTE PSS和周期為40ms的長(zhǎng)增強(qiáng)PSS。

初始小區(qū)搜索是蜂窩通信系統(tǒng)中的一個(gè)基本屬性，因此，如果沒有它，網(wǎng)絡(luò)的其余功能幾乎沒有用處。此外，很難預(yù)測(cè)不同類型的UE在未來將支持什么頻帶配置。因此，初始小區(qū)搜索功能必須能夠在NR可部署的所有小區(qū)頻帶中以快速有效的方式執(zhí)行，因此也可以在具有非常大帶寬的10+GHz頻帶中執(zhí)行以搜索UE。

初始小區(qū)搜索在與首選PLMN建立連接的過程中有幾個(gè)目的：

• 將UE LO固定到網(wǎng)絡(luò)頻率，

• 在符號(hào)和子幀級(jí)別將UE固定到網(wǎng)絡(luò)定時(shí)，

• 識(shí)別隨機(jī)接入的其他特定于運(yùn)營(yíng)商的屬性。

LTE同步信號(hào)的檢測(cè)通?；诠β首V估計(jì)，見圖6。這里，UE記錄蜂窩頻帶段上的功率，通常在多個(gè)子幀上平均，以達(dá)到足夠準(zhǔn)確的功率譜估計(jì)。

根據(jù)搜索結(jié)果，使用與不同帶寬的功率譜匹配的濾波器識(shí)別出一些候選同步頻率。

在確定了候選同步頻率之后，搜索更精細(xì)的頻率網(wǎng)格以說明UE中的LO頻率錯(cuò)誤并查找PSS/SSS等。關(guān)于上述描述，NR與LTE相比有很大不同：

• NR不提供LTE中的始終在線CRS信令。因此，記錄功率譜將更加耗時(shí)，并且不夠可靠。

• NR將允許稀疏同步信令，需要比LTE更多的時(shí)間平均，以實(shí)現(xiàn)相同的結(jié)果。

• 更高的頻帶將需要使用開環(huán)精度更差的晶體，通常高達(dá)40ppm，而不是10ppm，因此需要更大的搜索網(wǎng)格來搜索候選同步位置。

與LTE的另一個(gè)區(qū)別是，LTE將跨越更寬的頻帶，最高可達(dá)數(shù)GHz。這反過來將允許每個(gè)蜂窩頻帶有更多的載波和頻帶內(nèi)有更多的載波組合。此外，NR將從sub-GHz工作到100GHz，從而產(chǎn)生比LTE更多的蜂窩頻帶。

在LTE中，同步信號(hào)位于載波帶寬的中心。如果沒有功率譜估計(jì)，該位置是不可取的，因?yàn)樵谖粗獛挼妮d波上搜索同步時(shí)，它不允許不同載波帶寬的協(xié)同作用，見圖8。圖中的假設(shè)是UE已經(jīng)識(shí)別出一個(gè)具有已知帶寬（在當(dāng)前搜索間隔的左側(cè)）的LTE載波，并且即將嘗試向具有未知帶寬的（頻譜）相鄰LTE載波同步。對(duì)于圖8（a）中的LTE情況，UE必須執(zhí)行六次同步嘗試以覆蓋LTE中允許的六種可能的載波帶寬。如圖8所示，在所有可能的情況下，在所有的同步位置都可以檢測(cè)到一個(gè)同步，或者在所有的同步位置都可以檢測(cè)到一個(gè)同步。因此，在不知道載波帶寬的情況下，位于中心的同步顯然是不利的。

然而，也可能存在到邊緣同步位置的優(yōu)選方法。這部分取決于所討論的蜂窩頻帶的屬性，例如，共享該頻帶的載波的數(shù)量及其頻帶分配。使總體同步時(shí)間最小化的一個(gè)理想特性是寬帶載波（假定為具有更多用戶的載波）比窄帶載波同步更快。假設(shè)采用順序方法，這將轉(zhuǎn)化為寬帶載波分配在頻譜的低端，而窄帶載波位于頻譜的高端。這還意味著高度不公平的同步過程嚴(yán)重依賴于蜂窩頻帶內(nèi)的載波頻帶位置。這種詳細(xì)的控制和不公平的程序當(dāng)然既不可能，也不可取。通過允許靈活的同步位置，可以在不考慮蜂窩頻帶劃分的情況下保持有效的同步方案。

允許靈活的同步位置以及較低的同步持續(xù)時(shí)間需要不同的同步方法。使用每個(gè)蜂窩頻帶的允許絕對(duì)同步位置的先驗(yàn)知識(shí)，即獨(dú)立于載波帶寬內(nèi)的相對(duì)位置，是這樣一種方法。通過仔細(xì)設(shè)計(jì)合適的位置，與更快的初始小區(qū)搜索和網(wǎng)絡(luò)接入相比，額外開銷方面的成本可以忽略不計(jì)，即使同步位置明顯多于頻帶內(nèi)的載波。

仿真結(jié)果表明，在為PSS保留相同數(shù)量的RE的情況下，它們可以在沒有頻率誤差的情況下具有相似的性能。在模擬中，假設(shè)每個(gè)子載波的SNR，這導(dǎo)致SS的SNR值不同，因?yàn)閮蓚€(gè)備選方案的子載波數(shù)量不同。對(duì)于較短的周期性，即時(shí)域中的更多重復(fù)，與在頻域中具有更多資源的較長(zhǎng)周期性方案相比，LTE?PSS可以在時(shí)域中獲得一些分集。