5G NR物理层协议一致性测试，PSS、SSS同步和PDCCH解码的全流程验证

在5G NR(New Radio)网络部署中，物理层协议一致性测试是确保基站与终端设备遵循3GPP标准规范的关键环节。其中，PSS/SSS同步和PDCCH解码作为物理层的核心功能，其测试验证直接关系到终端能否准确接入网络并实现可靠通信。本文将系统阐述这两项功能的全流程验证方法，结合协议规范与实际测试案例，揭示测试中的技术要点与挑战。

一、PSS/SSS同步测试：从信号检测到帧同步

1. 同步信号结构与功能

5G NR的同步信号由主同步信号(PSS)和辅同步信号(SSS)组成，二者与PBCH(物理广播信道)共同构成同步信号块(SSB)。PSS用于时域同步并获取小区ID的NID2部分，SSS用于频域同步并获取小区组ID的NID1部分，二者结合计算出物理小区ID(PCI=3×NID1+NID2)。SSB的时域位置由同步栅格(Synchronization Raster)定义，频域位置由GSCN(Global Synchronization Channel Number)确定，支持灵活部署以满足不同频段需求。

2. 测试流程与关键参数

信号生成与配置：根据3GPP TS 38.141标准，测试仪需生成符合规范的PSS/SSS序列。例如，PSS采用长度为127的m序列，SSS采用Gold序列，二者在SSB的第一个和第三个OFDM符号内传输。测试中需配置子载波间隔(如15kHz、30kHz)、带宽(如100MHz)和时隙配比(如DDDDDDDSUU)。

时域同步检测：终端将接收机调谐至指定频点，对PSS进行互相关检测以获取时域同步。例如，在100MHz带宽、30kHz子载波间隔下，时隙配比为DDDDDDDSUU时，PSS位于每个时隙的前两个符号，终端通过检测PSS的峰值位置确定系统帧边界。

频域同步与PCI计算：根据PSS位置定位SSS，在频域对SSS进行互相关检测以获取频域同步。例如，SSS在第三个OFDM符号内传输，终端通过解码SSS获得NID1，结合PSS的NID2计算PCI。

PBCH解码与帧同步：终端利用PCI解码PBCH DMRS(解调参考信号)，获取SSB index和半帧号，进而解码PBCH payload中的MIB(主信息块)，完成帧同步和系统信息获取。例如，MIB包含系统帧号(SFN)的4位LSB信息，结合PBCH的时频位置可确定完整帧号。

3. 测试挑战与解决方案

波束扫描与帧定时模糊：5G NR采用波束赋形技术，SSB可能在不同波束上传输，导致帧定时模糊。例如，当SSB以TDM方式扫描28个波束时，终端需通过PBCH DMRS隐式指示符号索引或子帧索引以解决定时歧义。

频段差异与信号覆盖：不同频段(如FR1的450MHz-7.125GHz、FR2的24.25GHz-52.6GHz)的信号传播特性差异显著，测试需覆盖全频段场景。例如，毫米波频段需通过OTA(空中接口)测试验证信号覆盖与同步性能。

二、PDCCH解码测试：从盲检到DCI获取

1. PDCCH结构与功能

PDCCH(物理下行控制信道)用于传输DCI(下行控制信息)，指导终端接收PDSCH(物理下行共享信道)或发送PUSCH(物理上行共享信道)。其资源分配通过CORESET(控制资源集)定义，频域由多个6RB组成，时域占1-3个OFDM符号。PDCCH采用CCE(控制信道元素)聚合，聚合等级(1/2/4/8/16)决定其鲁棒性。

2. 测试流程与关键参数

CORESET配置与搜索空间定义：测试仪需配置CORESET参数(如频域位置、CCE聚合等级)和搜索空间(Search Space)，指示终端盲检PDCCH的位置。例如，Type0-PDCCH搜索空间用于公共DCI，Type1-PDCCH用于用户专用DCI。

盲检与RNTI匹配：终端根据分配的RNTI(如C-RNTI、SI-RNTI)对PDCCH candidate进行盲检。例如，PDCCH DCI通过CRC校验码携带RNTI信息，终端需解扰CRC并匹配自身RNTI以解码DCI。

DCI解码与资源调度：终端成功解码DCI后，获取PDSCH/PUSCH的资源分配、调制编码方案(MCS)等信息。例如，DCI格式1_0用于调度PDSCH，包含频域资源分配(RBG位图)、时域资源分配(K0参数)等字段。

3. 测试挑战与解决方案

聚合等级与盲检次数：高聚合等级(如16)可提升PDCCH可靠性，但增加终端盲检复杂度。测试需验证终端在最大盲检次数(如44次/slot)内的性能。例如，3GPP TS 38.141定义了不同聚合等级下的盲检次数限制，测试仪需模拟极限场景以验证终端合规性。

HARQ反馈与重传机制：PDCCH本身不支持HARQ重传，测试需验证终端在PDCCH解码失败时的处理逻辑。例如，若终端未反馈PDSCH的ACK/NACK，基站需在下一个调度周期重传PDSCH，但PDCCH调度信息需重新发送。

三、全流程验证：从同步到控制信道解码

1. 集成测试环境搭建

测试需构建包含基站、终端模拟器和信号分析仪的闭环系统。例如，使用R&S CMWflexx综测仪生成5G NR信号，通过HEAD30变频器支持毫米波频段OTA测试，结合ATS1000暗室模拟真实传播环境。

2. 端到端测试案例

初始接入测试：验证终端从开机到完成随机接入的全流程。例如，终端通过检测PSS/SSS完成同步，解码PBCH获取MIB，读取SIB1获取RACH配置，发送Msg1(PRACH前导码)，接收Msg2(RAR)中的PDCCH调度信息，最终完成接入。

移动性管理测试：验证终端在小区间切换时的同步与控制信道性能。例如，源小区通过PDCCH调度终端读取目标小区的SSB，完成切换准备与执行。

3. 自动化测试与数据分析

测试仪需支持自动化脚本执行与数据分析。例如，通过Python脚本控制CMWflexx生成测试用例，自动记录终端的同步时间、PDCCH解码成功率等指标，生成符合3GPP规范的测试报告。

四、结语

5G NR物理层协议一致性测试是保障网络性能与终端兼容性的基石。PSS/SSS同步测试确保终端准确接入网络，PDCCH解码测试验证控制信道可靠性，二者共同构成物理层功能验证的核心。随着5G向垂直行业拓展，测试需覆盖更多场景(如工业互联网、车联网)，推动5G技术持续演进。