5GNR漫谈6：PDSCH和PUSCH信道设计

在前面的介绍中，我们了解到PDCCH承载的DCI，调度了PDSCH和PUSCH上承载的数据，指示具体的时频资源位置。现在我们来看看具体PDSCH信道如何承载发射数据。关键的传输处理过程所需要的参数在UE的用户面（USER-PLANE）DCI信息和控制面（CONTROL-PLANE）RRC指令里面携带。在漫谈5里面我们已经了解到用于调度PDSCH的取DCI format 1_0结构，同样用于调度PDSCH的还有DCI format 1_1。两者主要功能还是指示用于PDSCH调度的时频资源，转输块大小（TB size），调制方案（MCS）等等等等。
我们来看看，PDSCH、PUSCH信道和上层逻辑信道和传输信道的映射关系。

由上图可见，除了一部分BCCH（PBCH上承载的MIB信息），其它所有的上层逻辑信道中的专用信道和公共信道都承载在PDSCH信道上，可知这个信道任务量巨大，十分重要，典型如系统广播消息（SIB）都承载在这一信道上。PDSCH和PUSCH比特流处理过程大体一致，只是对于PUSCH信道，和LTE一样，支持传输预编码（DFT）和一部分的控制信息UCI复到PUSCH信道上。我们来看传输层的DL_SCH数据传到物理层后，需要进行的比特流处理流程，如下图所示，对于PUSCH，在模块9和模块10之间多一个DFT的传输预处理过程。

从上层MAC来的比特流，在物理层加工处理第一道工序，即为传输块（TB）CRC校验，数据大于3824比特长度时，用CRC24公式进行校验，否则采用CRC16进行校验。校验结果，附在比特数据后面，接收端进行相同的CRC校验，看结果是否与发送端一致，以此来判断接收的数据是否发生出错。然后再进行码块分割。


在进行码块分割之前，需要用到一些LDPC编码的参数。NR数据信道编码方式采用LDPC编码。为提高LDPC编码的效率以及减少系统的复杂度，根据码率和码长选择2种基图（Base Graph,BG）中的一种，来做LDPC编码。BG1 的大小是46x68，支持的最低码率为1/3，主要用于对吞吐要求较高、码率较高、码长较长的场景。BG2 的大小为42x52，主要用于对吞吐量要求不高，码率较低，码长较短的场景。基图选择模块，先于下一步码块（CB）分割和添加码块CRC，原因在于有些传输块大小不用进行码块分割时，直接进行信道编码。


码块分割的原则是，当采用BG1时，Kcb = 8448；当采用BG2时，Kcb = 3840。在这里，先不对LDPC编码过程进行详细的介绍，其本质是找到一个低密度稀疏矩阵H，使得码块C有

LDPC编码后，每个码块比特流进行速率匹配（Rate Matching，RM）。先进行比特选择，然后进行比特交织，形成冗余版本号（RV）。冗余版本号的数据，用于接收端HARQ重传时的合并译码，根据信道编码原理，发送的冗余数据越多，译码的成功概率就越大，当然信道的使用效率就下降。


对于下行信道PDSCH的编码数据，UE是要支持软合并的，支持多个冗余版本数据的软合并，意味着需要较大的内存开销，而对于终端而言，由于成本控制较为敏感，内存的增加意味着成本的增加，因此，需要多大的内存预留给HARQ进行软合并译码，需要进行权衡，不需要完全按照最大协议支持的传输块编码数据进行预留内存。当然，此时对于小传输块数据而言，预留的空间是足够给所有的软比特的。对于上行接收译码数据的缓存，由于基站对于内存的开销成本不敏感，完全可以按照最大传输块编码后的数据空间进行预留内存。

速率匹配的最后一步，需要将比特流进行交织，将数据打散在整个信道内，防止时域或者频域的突发衰落，给译码性能带来影响。编码交织，采用一行一行写入矩阵，一列一列读出的模式。交织矩阵的深度，受调制编码方案（MCS）影响。

码块级联，将每个CB块编码后的比特流串联起来。
码块级联后，需要对比特流进行加扰，消除用户之间，小区之间，码字之间的干扰，涉及到了的参数有RNTI，小区ID或PDSCH配置的ID，码字编码。

每个码字的数据加完扰后，将比特流按调制阶数映射为调制复数符号，即星座图。

然后进行复数符号的层映射。映射规则很简单，如果是一个码字，将所有复数符号依次映射到每一层。如果是两个码字，映射为5层的时候，第一个码字映射到前两层，第二个码字映射到后三层；映射为6层的时候，第一个码字映射到前三层，第二个码字映射到后三层；映射为7层的时候，第一个码字映射到前三层，第二个码字映射到后四层；映射为8层的时候，第一个码字映射到前四层，第二个码字映射到后四层；每一个码字的映射规则和单码字时相同，将复数符号依次映射到每一层，映射完为止。



需要注意的是，对于PUSCH，在将数据进行天线端口处理之前，支持（但不限于）类似于LTE的传输预编码，将层映射后的数据做一个DFT运算，实际发送的信号本质变成SC－FDMA，以降低信号的峰均比，减少UE的射频线性压力。图中的指数为正整数。

随后将每一层的数据映射到天条端口。这可以将其视为多天线预编码。如果没有采用CSI指示的时候，每一层映射到一个天线端口。

如果采用到CSI指示，则将层数据和经选择的加权矩阵W运算后，映射到CSI天线端口。CSI指示的具体值，来自于CQI测量，其本质上，是物理层测量的各种参考信号的信号质量，比如SNR，由其量化为一个具体的CQI比特。对于PDSCH的DMRS信号，与层映射数据经相同的W加权处理，然后才进行资源映射。



NR的资源映射，先将天线端口上的数据映射到虚拟资源块（VRB），然后采取与LTE一样，再将虚拟资源块（VRB）到物理资源块（RPB）的映射方式，目的是可以利用资源块交织。天线端口映射到VRB的时候，RE资源粒上包含了UE的DMRS，为与其它UE协同调度预留的DMRS，非零功率的CSI-RS，相位跟踪导频PTRS，以及被PDSCH声明却不用到的RE，如下图中所示的不同色彩的RE。


我们可以从BWP和CRB（载波带宽）的角度来看VRB到PRB的映射。

映射到天线端口后，得到各天线端口的频域数据，各天线端口的频域数据，按时域OFDM符号的顺序，一个一个进行IFFT变换，将频域数据转变为时域数据，然后在时域数据尾部截取CP长度的数据放在数据头部，这就形成了一个OFDM符号。

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