5G NR 协议学习：物理层

5G是第五代移动通信的简称，当然，就像4G有另一个名字LTE一样，5G也有另一个名字：NR（New Radio），新空口。

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虽然5G的正式商用还没有开始，但是5G第一个版本的标准协议已经在2018年底冻结，本文主要总结了R15协议中物理层的主要内容，方便后续查阅。

首先给出物理层协议的下载地址，3GPP协议的38.2xx系列：

http://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/38_series/

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1、38.201：概述

物理层的协议是38.2xx系列，其中38.201是物理层的概述，简单介绍了物理层协议的主要内容，包括：多址接入方式，帧结构，物理信道和调整方式，信道编码，物理层处理流程，以及物理层测量等。

除了38.201之外，物理层协议还有另外6个文档，分别详细介绍了上述主要内容，各个协议之间的关系可以用下图表示：

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2、38.202：物理层的功能和服务

38.202是物理层协议除了概述之外最短的一个文档，主要介绍了终端侧物理层各个信道的模型和处理流程。

从终端侧到基站侧的上行处理流程如下图所示：

- Higher-layer data passed to/from the physical layer

- CRC and transport-block-error indication

- FEC and rate matching

- Data modulation

- Mapping to physical resource

- Multi-antenna processing

- Support of L1 control and Hybrid-ARQ-related signalling

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从终端侧到基站侧的上行处理流程如下图所示：

- Higher-layer data passed to/from the physical layer;

- CRC and transport-block-error indication;

- FEC and rate matching;

- Data modulation;

- Mapping to physical resource;

- Multi-antenna processing;

- Support of L1 control and Hybrid-ARQ-related signalling.

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上下行的处理流程基本相同，唯一的差别就是方向相反。

3、38.211：物理信道和调制

物理层的核心协议之一，详细介绍了物理层的帧结构，物理资源，上下行信道信号的产生过程等。

NR与LTE系统都基于OFDM传输。两者主要有两点不同：

（1）LTE只支持一种子载波间隔15KHz，而NR目前支持5种子载波间隔配置；

（2）LTE上行采用基于DFT预编码的CP-Based OFDM，而NR上行可以采用基于DFT预编码的CP-Based OFDM，也可以采用不带DFT的CP-Based OFDM。

211协议主要包含下面内容：

3.1、帧结构：

帧，子帧，时隙等。

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3.2、物理资源

天线端口，时频资源格，RB，RE，载波带宽。

3.3、通用函数

各种调制方式、序列产生方式，OFDM时域信号。

3.4、物理层上行信道/信号：

PUSCH加扰、调制、层映射、预编码、资源映射等；

PUCCH Format0-4序列产生、加扰、调制、预编码和映射；

PRACH序列产生和资源映射；

DM-RS、PT-RS和SRS信号产生和映射等。

3.5、物理层下行信道/信号：

PDSCH加扰、调制、层映射、天线端口映射、资源映射等；

PDCCH CCE，加扰、调制和资源映射等；

PBCH加扰、调制和资源映射等；

DM-RS，PT-RS，CSI-RS参考信号的产生和映射；

SSS和PSS同步信号的产生和映射。

4、38.212：复用和信道编码

212协议主要包含下面内容：

4.1、传输信道与物理信道的映射关系

4.2、信道编码相关流程

CRC计算，分段和CRC添加；

信道编码方式：Polar码，LDPC码，小码块的编码；

速率匹配等。

4.3、上行传输信道和控制信息

上行共享信道（UL-SCH）:CRC添加，LDPC Graph选择，分段与CRC添加，信道编码，速率匹配，码块拼接，数据和控制信心的复用；

上行控制信息（PUCCH上传输）：UCI信息产生，分段和CRC添加，信道编码，速率匹配，码块拼接，复用；

上行控制信息（PUSCH上传输）：UCI信息产生，分段和CRC添加，信道编码，速率匹配，码块拼接，复用。

4.4、下行传输信道和控制信息

广播信道：序列产生，加扰，CRC添加，信道编码，速率匹配；

下行共享信道和寻呼信道：CRC添加，LDPC Graph选择，分段和CRC添加，信道编码，速率匹配，码块拼接；

下行控制信道：DCI格式，CRC添加，信道编码，速率匹配。

5、38.213：物理层过程（控制）

213协议主要包含下面内容：

1.   同步流程：小区搜索，传输时间调整，辅小区激活时间
   

2.   无限链路监视：UE需要监视主小区的链路质量
   

3.   链路重配流程
   

4.   上行功率控制
   

5.   随机接入流程
   

6.   UE报告控制信息流程：
   

HARQ-ACK码本判决（CBG-based HARQ-ACK，Type-1 HARQ-ACK，Type-2 HARQ-ACK）

在上行控制信道上报告UCI

在上行共享信道上报告UCI

7.   UE接收控制信息流程
   

8.   UE-Group公共信令：时隙配置信令，非连续传输指示，SRS切换
   

9.   带宽相关操作
   

10.   UE监视Type0-PDCCH公共搜索区域
    

6、38.214：物理层过程（数据）

214协议主要包含下面内容：

1. 下行功率控制
   

2. 物理下行共享信道相关流程
   

UE接收PDSCH信号流程：传输方案，资源分配（时域，频域），调制方式确定和对应码率等（TBS表格），资源映射（RB层次和RE层次），UE接收下行参考信号；

UE发送CSI信道流程：CSI信息框架，报告配置，基于PUCCH和PUSCH传输；

UE PDSCH处理时间。

3.  物理上行共享信道相关流程
   

UE发送PUSCH信号流程：传输方案（基于码本传输，非码本传输），资源分配（时域，频域），变换预编码（Transform precoding），调制方式确定和对应码率等；

UE参考信号流程：DM-RS，PT-RS，SRS；

UE PUSCH 调频流程；

UE PUSCH准备过程时间。

7、38.215：物理层测量

215协议主要包含下面内容：

1. UE测量能力

2. NR-RAN测量能力