概述

同步过程是移动终端获得无线网络的时间和频率的过程，是终端接入网络的前提。终端要知道网络在哪个时间，哪个频率上发送什么消息，才能正确接收网络下发的信息，而同步过程就是为了使终端知道这个时间和频率信息而进行的一系列神操作。
先来一张整体概念图。

额，这图里面第一步就是时间/频率同步了，下面还讲个啥？
其实这里第一步的时间与频率同步所指的是一般意义上，我们在通信系统课程中会学到的，接收端与发射端在时间域和频率域上的同步。它并不在5G协议的规定范围之内，一般都是由芯片厂家自己实现的。这一步常用的方法有互相关检测和自相关检测等，也就是通过将接收信号与已知信号(PSS)做互相关来检测已知信号的位置，或者通过对接收信号自身做自相关来检测循环前缀（CP）的位置。
这一步是为了获得OFDM的符号同步（时间同步）和检测同步信号所在频率（频率同步）。

5G 同步过程

在具体的协议栈实现中，第一步的时间和频率同步是可以和后面的PSS和SSS的解码过程放在一个过程中来实现的。例如，一个可能的实现过程：

1. 终端将射频接收机调谐到指定频点;
2. 在时域对PSS做互相关检测以取得时域同步，同时获得小区ID（NID2）;
   （在SSB的第一个symbol时间内，SSB频域范围内只有PSS信号，因此可以对它做相关检测; 相反，因为SSS所在的第三个symbol时间内还有PBCH，所以无法对它做时域相关检测，参见图2）
3. 根据PSS的位置可以获得SSS的位置，在频域对SSS做互相关检测，可以获得频域同步并同时获得小区组ID（NID1）;
4. 由小区ID和小区组ID可以获得PCI，由PCI又可以进一步解码PBCH DMRS, 从而获得SSB index和half frame number，因为这些都是生成DMRS的组成部分;（38.211 7.4.1.4）
5. 最后利用对DMRS的信道估计，终端解码PBCH并获得系统消息MIB。
   这里是一个matlab对上述过程的模拟程序：
   https://www.mathworks.com/help/5g/examples/NR-Synchronization-Procedures.html

5G同步信号与4G同步信号的差异

5G的同步过程整体上与LTE的同步过程类似。不同的地方有以下几点：

1. 同步信号时域和频域位置不同
   
   图1
   如图1, LTE的PSS和SSS和PBCH的时域和频域位置在系统中是固定的，始终占据系统带宽的中心频率部分，并且PSS和SSS和PBCH并没有严格的绑定关系。
   但是在5G中，PSS和SSS和PBCH被绑定在一起，称为SSB，它的结构是下面这样：
   
   图2
   另外，
   
   图3
   如图3, 5G中SSB的时域和频域位置不固定，并且在5ms的半帧周期内，可能有多个SSB。
   其实，5ms内这些SSB的传输的起始位置是按照下面这个表确定的：
   
   表中的$L_{max}$就是5ms内SSB传输的数目，n则表示SSB的index，这个index在5ms内是唯一的。

而在频域上，SSB的位置是由网络根据GSCN（Global Synchronization Channel Number）来确定的，一般位于系统带宽的下部。（38.101 5.4.3.1）

2. 子载波间隔不同
   LTE的子载波间隔固定为15k，但是NR中的PBCH子载波间隔根据频段不同而不同。GSCN与频段与PBCH 子载波间隔的关系如下：
   
   
   
   参考：https://ziyubiti.github.io/2018/02/28/5gnrssb/

3. 生成方式不同
   LTE中PSS是一个长度为62的Zadoff-Chu序列;而NR中PSS是一个长度为127的m序列。
   LTE中SSS是一个长度为62的m序列，而NR中SSS是长度为127的gold序列。
   （其实我就是想讲一下OAI中PSS和SSS的生成代码，没想到得先把NR的同步过程给搬出来。）

4. PCI数目不同
   LTE中定义了504个PCI，分为168个组，分别对应168个SSS;每组包含3个小区，分别对应3个PSS。
   NR中定义了1008个PCI，分为336组，分别对应336个SSS;每组包含3个小区，分别对应3个PSS。

5G同步过程与4G同步过程的差异

正是由于NR与LTE在同步信号上的差异，导致它的同步过程也有不同于LTE的地方。

1. NR中普遍采用了beamforming，同步信号SSB是在不同的beam上发送的。因此，同步过程的一个目的就是要找到最优的beam。这个过程是通过确定SSB的index来完成的。
   5ms周期中SSB的index与beam是一一对应的关系，通过确定最优SSB的index就可以找到最优的beam direction。如下图：
   
2. 通过确定SSB的频域位置可以根据其他参数（$k\_ssb$, $N_{CRB}^{SSB}$等）得出pointA的位置，从而实现对BWP的管理。

参考资料：
关于时频同步，这方面的研究有很多，随便举几个例子：
https://pdfs.semanticscholar.org/7ed3/b6ae356d1c3385a783ee8a5c56eceaa8860b.pdf
一篇关于同步过程的博士论文，里面讨论了MIMO和多用户协调系统的同步，当然，我只参考了最简单的SISO的同步过程介绍。
https://arxiv.org/pdf/1507.02032.pdf
2010到2014时间和频率同步研究总结。
http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download;jsessionid=02D41A2B8F70A9CDAD6D4F32E5E9E8DA?doi=10.1.1.137.736&rep=rep1&type=pdf
OFDM中的频率同步研究
https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=8675913
5G同步过程研究

关于LTE的同步过程可以参考：
http://blog.sina.com.cn/s/blog_927cff0101019un0.html
https://blog.csdn.net/jxwxg/article/details/53234194

当然还有：
http://www.sharetechnote.com/

最后

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