5G NR中物理层信号传输过程

NR中物理层信号传输过程：

下面就简单介绍一下在5G中物理层的信号是怎样的一个完整的传输过程，为了能有一个宏观上的概念。这里只讲procedure，不具体到很细节的内容。在学习的过程中我也有很多模糊和理解不到位的地方，欢迎大家和我一起讨论。
涉及到高层的这里不介绍，物理层处理的起点是MAC层传下来的TB，终点是生成基带OFDM信号，然后将基带OFDM信号变成射频信号，通过天线发射出去。这个过程涉及到很多步骤，参考下面这个图。

TB到CW

1、TB是指传输块，MAC发往物理层的组织形式，都是一些01信息。TB第一步要经过CRC循环冗余校验。CRC就是加入了一定的冗余信息以保证你的信息具有一定的检错或者纠错能力，说白了就是一种信元编码。就好像你写了一封信，正经的内容写完了，你又加了一句：“如果你收到信的时候信封被拆封了，那么说明我的信已经被别人看了，你最好给我回个电话”一样。

2、从高层下来的TB有时会过大，那么过大的TB就要经过码块分割，分割为适合下一步处理的大小，要注意分割之后还要加CRC。

3、分割后的码块要经过信道编码，就比如汉明码、卷积码、Turbo码、Polar码等，使得接收端可以检测或者纠正传输中发生的错误，实现了可靠传输。

4、编码后的信号，有时太多，分给它的资源却太少或信号太少，分的资源太多，那么就要进行速率匹配，以实现信息和资源的匹配。简单说就是信息多了就扔掉一些，信息少了就重复一些。

5、速率匹配后的码块，从一个个的单个码块又串联在一起，形成的就是码字CW（code word）。

说白了码字codeword其实就是TB的变形。

MIMO、OFDM实现过程

1、此时的码字仍然是一个个的0和1，这些0和1要进行扰码操作。扰码就是将信息bit和扰码序列相乘得到新的加扰后的序列。扰码序列会根据小区ID、子帧编号和UE ID的不同而不同，在5G中，由于不再是LTE那样以子帧为单位进行调度，而是以符号为单位，所以5G中扰码序列一般不再与时域的信息有关。进行加扰的目的就是上行避免不同的UE之间的干扰，下行避免不同的小区之间的干扰。
2、加扰后的bit要进行调制，如下图

从此从0和1的bit变为复数值。5G中多数采用QAM调制，就是用不同的幅度和相位表示不同的01 bit，在数学表达上，调制后的符号可以表示为复数值，图中的I路和Q路分别是复数值的实部和虚部。具体的调制以及为什么要进行调制可以参考另一篇文章https://blog.csdn.net/m0_45416816/article/details/96572794
3、调制后得到的复数值信号，要进行层映射。现在的系统最多可以同时处理2个码字，也就是说前面所说的从TB到CW的这个过程，目前可以有2个这样的过程并行进行。所以在层映射的过程中，包括1个码字的映射和2个码字的映射。这里所说的1个码字或者2个码字，指定是码字流，也就是一串码字流或是两串码字流。单码字流最多可以映射到4层，双码字流最多可以映射到8层。从协议38211中直接把层映射的表格拿过来如下。从表中可以很清楚的了解层映射的方式，以单码字映射到3个层为例，映射方式就是把码字按顺序分到层1一个、层2一个、层3一个，然后又层1一个、层2一个…双码字映射方式与单码字类似，以双码字映射到7个层为例，码字流1映射到层1一个、层2一个、层3一个，然后又层1一个、层2一个… 码字流2映射到层1一个、层2一个、层3一个、层4一个，然后又层1一个、层2一个…


4、层映射之后的复数值信息进行预编码，就是将各层输出的结果看做一个向量，与一个预编码矩阵相乘，得到预编码的结果就可以直接进行天线端口映射了。这部分内容可以参考38211中6.3.1.5。层映射和预编码两步合起来，其实就是为了将码字映射到各个天线端口上进行发射。这里就涉及到物理天线数和天线端口数，因为在4G和5G中，多天线系统是为了将信号除了频域分集、时域分集以外，在加入空间分集，也就是不同的信号走不同的路。物理天线数就是多天线系统中实际的天线个数，决定了空间分集的理论上限，但如果不同的物理天线所形成的“路”太近了，那么也就失去了空间分集的意义，此时不同的物理天线就是一条“路”，所以天线端口数就是实际的“路”的多少。也就是天线端口数≤物理天线数。
5、从一个天线端口出来的一系列复数信号，每个复数信号都与一个子载波相乘，然后一系列子载波相加，就可以得到一个OFDM符号。过程可以这么描述，但在实际中，子载波也是复数信号，是一个复指数信号，根据欧拉公式，也有实部和虚部，分别是一个sin函数和一个cos函数，在设备中存在的形式其实是一张表，这张表给出了每个采样时刻每个子载波的sin函数和cos函数的幅值。天线端口的复数信号和表中的值进行相乘，所有相乘的结果再相加，就是某一个采样时刻的OFDM符号的幅值。一系列采样时刻的OFDM符号的幅值构成OFDM符号，该数字符号再经过D/A转换、功放、射频等一系列操作最终发射出去。当然后面这些都是实现上的问题。至于采样间隔具体是多少，和什么有关系，也可以参考我的另一篇文章https://blog.csdn.net/m0_45416816/article/details/98349772

这就是宏观上物理层的信号过程的一个简单描述，每个单独的部分又有很多的知识。