NR 5G L1物理层

波形，数学原理和框架结构

下行链路传输波形是使用循环前缀的传统OFDM。 上行链路传输波形是使用循环前缀的常规OFDM，其中变换预编码功能执行可以被禁用或启用的DFT扩展。
具有可选 DFT 扩展的 CP-OFDM 的发送器框图：

参数配置基于指数可扩展的子载波间隔（f = 2 µ ×15 kHz，μ= {0,1,3,4}用于PSS，SSS和PBCH，μ= {0,1,2,3所有子载波间隔均支持普通CP，μ= 2支持扩展CP，12个连续子载波构成物理资源块（PRB），载波上最多支持275个PRB。
支持的传输 参数配置 :

1、UE可以配置有给定分量载波上的一个或多个带宽部分，其中每个只有一个可以是活动的； 有效带宽部分定义UE在小区的工作带宽内的工作带宽。 对于初始接入，并且直到接收到UE在小区中的配置，使用从系统信息检测到的初始带宽部分。
2、下行链路和上行链路传输被组织成具有10ms持续时间的帧，由10个1ms子帧组成。 每帧被分成两个大小相等的半帧，每个半帧有五个子帧。 时隙持续时间是具有正常CP的14个符号和具有扩展CP的12个符号，并且作为所使用的子载波间隔的函数在时间上缩放，使得在子帧中始终存在整数个时隙。
3、定时提前TA用于相对于下行链路帧定时调整上行链路帧定时。
上行链路 - - 下行链路时序关系：

4、支持在配对和非配对频谱上的操作。

下行

下行传输方案

1、物理下行链路共享信道（PDSCH）支持基于闭环解调参考信号（DMRS）的空间复用。 类型1和类型2 DMRS分别支持多达8个和12个正交DL DMRS端口。 对于SU-MIMO，每个UE支持多达8个正交DL DMRS端口，并且MU-MIMO支持每个UE多达4个正交DL DMRS端口。 SU-MIMO码字的数量是1-4层传输的数量，而2-8层传输的数量是2。
2、使用相同的预编码矩阵发送DMRS和对应的PDSCH，并且UE不需要知道预编码矩阵来解调传输。 发射机可以针对传输带宽的不同部分使用不同的预编码器矩阵，从而产生频率选择性预编码。 UE还可以假设在表示为预编码资源块组（PRG）的一组物理资源块（PRB）上使用相同的预编码矩阵。
3、支持时隙中2到14个符号的传输持续时间。
4、支持具有传输块（TB）重复的多个时隙的聚合。

物理下行链路共享信道的物理层处理

传输信道的下行物理层处理包括以下步骤：

• 传输块CRC附件;
• 代码块分割和代码块CRC附件;
• 信道编码：LDPC编码;
• 物理层混合ARQ处理;
• 速率匹配;
• 扰;
• 调制：QPSK，16QAM，64QAM和256QAM;
• 图层映射;
• 映射到分配的资源和天线端口。
  UE可以假设在其中将PDSCH发送到UE的每个层上存在具有解调参考信号的至少一个符号，并且可以由更高层配置多达3个附加DMRS。
  可以在附加符号上发送相位跟踪RS以帮助接收机相位跟踪。

物理下行控制信道

物理下行链路控制信道（PDCCH）可以用于在PUSCH上调度PDSCH和UL传输上的DL传输，其中PDCCH上的下行链路控制信息（DCI）包括：

• 至少包含调制和编码格式，资源分配以及与DL-SCH相关的混合ARQ信息的下行链路指配;
• 上行链路调度许可至少包含与UL-SCH相关的调制和编码格式，资源分配和混合ARQ信息。
  除了调度之外，还可以使用PDCCH
• 用配置的授权激活和去激活配置的PUSCH传输;
• PDSCH半持续传输的激活和去激活;
• 通知一个或多个UE时隙格式;
• 向UE通知UE可以假设没有传输的PRB和OFDM符号的一个或多个UE;
• 用于PUCCH和PUSCH的TPC命令的传输;
• 用于一个或多个UE的SRS传输的一个或多个TPC命令的传输;
• 切换UE的有效带宽部分;
• 启动随机接入流程。
  UE根据相应的搜索空间配置在一个或多个配置的COntrol REsource SET（CORESET）中监视配置的监视时机中的一组PDCCH候选。
  CORESET由一组PRB组成，其持续时间为1到3个OFDM符号。 资源单元资源单元组（REG）和控制信道单元（CCE）在CORESET内定义，每个CCE包括一组REG。 控制信道由CCE的聚合形成。 通过聚合不同数量的CCE来实现控制信道的不同码率。 CORESET支持交错和非交错CCE到REG映射。
  极化编码用于PDCCH。
  承载PDCCH的每个资源单元组携带其自己的DMRS。
  QPSK调制用于PDCCH。

同步信号和PBCH

同步信号和PBCH块（SSB）由主同步信号和辅助同步信号（PSS，SSS）组成，每个信号占用1个符号和127个子载波，PBCH跨越3个OFDM符号和240个子载波，但在一个符号上留下未使用的部分SSS的中间部分如下图所示。
SSB 的时频结构：

SSB的周期性可以由网络配置，SSB可以发送的时间位置由子载波间隔确定。
在载波的频率范围内，可以发送多个SSB。这些SSB的PCI不必是唯一的，即不同的SSB可以具有不同的PCI。但是，当SSB与RMSI相关联时，SSB对应于具有唯一NCGI的单个单元。 这种SSB称为小区定义SSB（CD-SSB）。 PCell始终与位于同步栅格上的CD-SSB相关联。
极化编码用于PBCH。
除非网络已经将UE配置为采用不同的子载波间隔，否则UE可以假设SSB的频带特定的子载波间隔。
PBCH符号携带其自己的频率复用DMRS。
QPSK调制用于PBCH。

物理层流程

链路适配
具有各种调制方案和信道编码率的链路自适应（AMC：自适应调制和编码）被应用于PDSCH。 将相同的编码和调制应用于属于在一个TTI内和在MIMO码字内调度给一个用户的相同L2 PDU的所有资源块组。
对于信道状态估计目的，UE可以被配置为测量CSI-RS并基于CSI-RS测量来估计下行链路信道状态。 UE将估计的信道状态反馈给gNB以用于链路自适应。
功率控制
可以使用下行链路功率控制。
小区搜索
小区搜索是UE获取与小区的时间和频率同步并检测该小区的小区ID的过程。 NR小区搜索基于位于同步栅格上的主要和辅助同步信号以及PBCH DMRS。
HARQ
支持异步增量冗余混合ARQ。 gNB在DCI中动态地或在RRC配置中半静态地向UE提供HARQ-ACK反馈定时。
UE可以被配置为接收基于码块组的传输，其中可以调度重传以携带TB的所有码块的子集。
接收SIB1
PBCH上的MIB向UE提供用于监视PDCCH的参数，用于调度承载SIB1的PDSCH。 PBCH还可以指示不存在关联的SIB1，在这种情况下，UE可以指向从哪里搜索与SIB1相关联的同步信号和PBCH块的另一频率以及UE可以假设的频率范围。不存在与SIB1相关联的同步信号和PBCH块。 所指示的频率范围被限制在检测到同步信号和PBCH块的同一运营商的连续频谱分配内。

上行

上行传输方案

1、PUSCH支持两种传输方案：基于码本的传输和基于非码本的传输。
2、对于基于码本的传输，gNB在DCI中向UE提供发送预编码矩阵指示。 UE使用该指示从码本中选择PUSCH发送预编码器。 3、对于基于非码本的传输，UE基于来自DCI的宽带SRI字段确定其PUSCH预编码器。
4、PUSCH支持基于闭环DMRS的空间复用。 对于给定的UE，支持多达4层传输。 代码字的数量是一个。 当使用变换预编码时，仅支持单个MIMO层传输。
5、支持时隙中1到14个符号的传输持续时间。
6、支持TB重复的多个时隙的聚合。
7、支持两种类型的跳频，时隙内跳频，以及在时隙聚合的情况下，时隙间跳频。
8、可以在PDCCH上使用DCI调度PUSCH，或者可以在RRC上提供半静态配置的授权，其中支持两种类型的操作：

• 使用DCI触发第一PUSCH，随后在DCI上接收到RRC配置和调度之后的PUSCH传输，或者
• 通过数据到达UE的发送缓冲器来触发PUSCH，并且PUSCH传输遵循RRC配置。

物理上行链路共享信道的物理层处理

传输信道的上行链路物理层处理包括以下步骤：

• Transport Block CRC附件;
• 代码块分割和代码块CRC附件;
• 信道编码：LDPC编码;
• 物理层混合ARQ处理;
• 速率匹配;
• 扰;
• 调制：π/ 2 BPSK（仅限变换预编码），QPSK，16QAM，64QAM和256QAM;
• 层映射，变换预编码（通过配置启用/禁用）和预编码;
• 映射到分配的资源和天线端口。
  UE在发送PUSCH的每个跳频点上的每个层上发送具有解调参考信号的至少一个符号，并且可以由更高层配置多达3个附加DMRS。
  可以在附加符号上发送相位跟踪RS以帮助接收机相位跟踪。

物理上行控制信道

物理上行链路控制信道（PUCCH）携带从UE到gNB的上行链路控制信息（UCI）。 存在五种格式的PUCCH，这取决于PUCCH的持续时间和UCI有效载荷大小。

• 格式＃0：具有最多2比特的小UCI有效载荷的1或2个符号的短PUCCH，其中UE复用容量高达6个UE，在同一PRB中具有1比特有效载荷;
• 格式＃1：4-14个符号的长PUCCH，具有最多两个比特的小UCI有效载荷，其中UE复用容量高达84个UE而没有跳频，36个UE在同一个PRB中具有跳频;
• 格式＃2：具有大于两个比特的大UCI有效载荷的1或2个符号的短PUCCH，在相同PRB中没有UE复用能力;
• 格式＃3：具有大UCI有效载荷的4-14个符号的长PUCCH，在相同PRB中没有UE复用能力;
• 格式＃4：具有中等UCI有效载荷的4-14个符号的长PUCCH，在相同PRB中具有多达4个UE的复用容量。
  最多两个UCI比特的短PUCCH格式基于序列选择，而多于两个UCI比特的短PUCCH格式频率复用UCI和DMRS。 长PUCCH格式对UCI和DMRS进行时间复用。 对于长PUCCH格式以及持续时间为2个符号的短PUCCH格式，支持跳频。
  可以在多个时隙上重复长PUCCH格式。
  当UCI和PUSCH传输在时间上一致时，由于UL-SCH传输块的传输或者由于在没有UL-SCH传输块的情况下触发A-CSI传输，支持在PUSCH中的UCI复用：
• 通过打孔PUSCH复用携带1或2比特的HARQ-ACK反馈的UCI;
• 在所有其他情况下，UCI通过速率匹配PUSCH复用。
  UCI包含以下信息：
• CSI;
• ACK/NAK;
• 调度请求。
  QPSK和π/ 2 BPSK调制可用于具有多于2比特信息的长PUCCH，QPSK用于具有多于2比特信息的短PUCCH，并且BPSK和QPSK调制可用于具有多达2个信息的长PUCCH位。
  变换预编码应用于长PUCCH。
  用于上行链路控制信息的信道编码在表中描述：
  

随机接入

支持两种不同长度的随机接入前导序列。 应用长序列长度839，子载波间隔为1.25和5kHz，短序列长度139应用子载波间隔15,30,60和120kHz。 长序列支持无限制集和类型A和类型B的受限集，而短序列仅支持不受限制的集。
利用一个或多个PRACH OFDM符号以及不同的循环前缀和保护时间来定义多个PRACH前导码格式。 要使用的PRACH前导码配置在系统信息中提供给UE。
UE基于最近的估计路径损耗和功率斜坡计数器来计算用于重传前导码的PRACH发送功率。 如果UE进行波束切换，则功率斜坡的计数器保持不变。
系统信息为UE提供信息以确定SS块与RACH资源之间的关联。用于RACH资源关联的SS块选择的RSRP阈值可由网络配置。

物理层流程

链路适配
支持四种类型的链路自适应如下：

• 自适应传输带宽;
• 自适应传输时长;
• 传输功率控制;
• 自适应调制和信道编码率。
  对于信道状态估计目的，UE可以被配置为发送gNB可以用于估计上行链路信道状态的SRS并且在链路自适应中使用该估计。
  上行链路功率控制
  gNB确定期望的上行链路发送功率，并向UE提供上行链路发送功率控制命令。 UE使用所提供的上行链路发射功率控制命令来调整其发射功率。
  上行链路时序控制
  gNB确定期望的定时提前设置并将其提供给UE。 UE使用所提供的TA来确定其相对于UE观察到的下行链路接收定时的上行链路发送定时。
  HARQ
  支持异步增量冗余混合ARQ。 gNB使用DCI上的上行链路授权来调度每个上行链路传输和重传。
  UE可以被配置为发送基于码块组的传输，其中可以调度重传以携带传输块的所有码块的子集。

载波聚合

载波聚合
在载波聚合（CA）中，聚合两个或更多个分量载波（CC）。 UE可以根据其能力在一个或多个CC上同时接收或发送。 连续和非连续CC都支持CA. 部署CA时，帧定时和SFN在可以聚合的单元之间对齐。
增强上行链路
结合UL / DL载波对（FDD频带）或双向载波（TDD频带），UE可以配置有附加的增强上行链路。 增强上行链路与聚合上行链路的不同之处在于UE可以被调度为在增强的上行链路上或在被增强的载波的上行链路上发送，而不是同时在两者上发送。

传输信道

物理层为MAC和更高层提供信息传输服务。 物理层传输服务由数据通过无线接口传输的方式和特性来描述。对此的适当术语是“传输信道”。 这应该与传输的内容的分类明确分开，这与MAC子层的逻辑信道的概念有关。
下行链路传输信道类型是：

1. 广播 信道 （ BCH ）的特点是：

• 固定的，预定义的传输格式;
• 请求在小区的整个覆盖区域中广播，要么作为单个消息，要么通过波束形成不同的BCH实例。

2. 下行链路共享信道（ DL-SCH ）的特征在于：

• 支持HARQ;
• 通过改变调制，编码和发射功率来支持动态链路自适应;
• 可以在整个小区中播放;
• 使用波束成形的可能性;
• 支持动态和半静态资源分配;
• 支持UE不连续接收（DRX）以实现UE电量节省;

3. 寻呼信道（ PCH ）的特点是：

• 支持UE不连续接收（DRX）以实现UE电量节省（DRX周期由网络指示给UE）;
• 请求在小区的整个覆盖范围内广播，要么作为单个消息，要么通过波束形成不同的BCH实例;
• 映射到物理资源，也可以动态地用于流量/其他控制信道。
  上行链路传输信道类型是：

1. 上行链路共享信道（ UL-SCH ）的特征在于：

• 使用波束成形的可能性;
• 通过改变发射功率和潜在的调制和编码来支持动态链路自适应;
• 支持HARQ;
• 支持动态和半静态资源分配。

2. 随机接入信道（ RACH ）的特征在于：

• 有限的控制信息;
• 碰撞风险。