5G物理层介绍

1、时域资源：帧、子帧、时隙、符号的概念

无线帧	基本的数据发送周期
子帧	部分控制信息的发送周期
时隙	数据调度和同步的最小单位
符号	调制的基本单位

2、帧结构

2.1）一个无线帧长度为10ms

2.2）每个无线帧由10个长度为1ms的子帧构成

3、Numerology

3.1）Numerology是OFDM系统的基础参数集合，包含子载波间隔、循环前缀长度、TTI长度和系统带宽

3.2）LTE仅支持15kHZ子载波带宽，5G则支持15/30/60/120/240/60kHZ子载波带宽

子载波配置	子载波带宽	循环前缀	每时隙符号数	每子帧时隙数	每无线帧时隙数	每时隙时长ms
0	15	Normal	14	1	10	1
1	30	Normal	14	2	20	0.5
2	60	Normal	14	4	40	0.25
3	120	Normal	14	8	80	0.125
4	240	Normal	14	16	160	0.0625
2	60	Extended	12	4	40	0.25

频段	支持的子载波间隔
小于1GHZ	15KHZ、30KHZ
1GHZ~6GHZ	15/30/60KHz
24GHZ~52.6GHZ	60/120KHz

4、NR Slot格式

4.1）Slot基本构成：Downlink、Flexible、Uplink

4.2）Slot类型：

Type1	全下行：DL-only slot
Type2	全上行：UL-only slot
Type3	全灵活资源：Flexible-only slot
Type4	至少一个上行或下行符号，其余灵活

4.3）与LTE相比：

a）灵活性：可以调整到符号级别

b）多样性：类型更多，支持更多的场景和业务类型

4.4）NR TDD当前主流的时隙结构（静态配置）

a）case1：2.5ms单周期（4:1）

b）case2：2.5ms双周期（7:3）

c）case3：2ms单周期（3:1）

d）case4：5ms单周期（8:2）

5、频率资源

RE	Resource Element，物理层资源的最小粒度，时域1个OFDM符号，频域1个子载波。
RB	Resource Block，数据信道资源分配频域的基本调度单元，频域连续12个子载波
RBG	RB Group，频域单位。{2，4，8，16}个RB
REG	RE Group，控制信道资源分配基本组成单位，时域1个OFDM符号，频域12个子载波
CCE	Control Channel Element，控制信道资源分配基本调度单位，频域6个REG

6、BWP

6.1）基本概念

a）BWP：Bandwidth Part，NR新概念，网络侧给UE分配的一段连续的带宽资源，它是5G UE接入NR网络的必备配置。

b）UE级：不同的UE可配置不同的BWP，UE的所有信道资源配置均在BWP内进行分配和调度。

6.2）BWP的分类

litial BWP	UE初始接入阶段使用的BWP（通过系统消息获取）
Dedicated BWP	UE在RRC连接态配置的BWP，协议规定，1个UE最多可以通过RRC信令配置4个dedicated BWP
Active BWP	UE在RRC连接态某一时刻激活的BWP，是dedicated BWP中的1个，协议规定，UE在RRC连接态，某一时刻只能激活1个配置的dedicated BWP
Default BWP	UE在RRC连接态时，当BWP inactiving timer 超时后UE所工作的BWP，也是dedicated BWP中的1个，通过RRC信令指示UE哪一个配置的dedicated BWP作为default BWP

7、信道管理

7.1）信道映射（上行）

7.2）信道映射（下行）

8、NR物理信道的使用

8.1）小区搜索涉及的物理信道：PSS/SSS --> PBCH --> PDCCH --> PDSCH

8.2）随机接入涉及的物理信道：PRACH --> PDCCH --> PDSCH --> PUSCH

8.3）下行数据传输涉及的物理信道：PDCCH --> PDSCH --> PUCCH/PUUSCH

8.4）上行数据传输涉及的物理信道：PUCCH --> PDCCH --> PUSCH --> PDCCH

9、下行物理信道

PBCH	物理广播信道，QPSK，用于系统消息MIB的广播
PDCCH	物理下行控制信道，QPSK，承载调度及传输格式、HARQ信息等
PDSCH	物理下行共享信道，QPSK/16QAM/64QAM/256QAM，承载用户专用信息

 

物理信道	信道编码	调制方式	层数	波形
PDSCH	LDPC	QPSK、16/64/256QAM	1~8层	CP-OFDM
PBCH	Polar	QPSK	1	CP-OFDM
PDCCH	Polar	QPSK	1	CP-OFDM

9.1）加扰：信息比特随机化，以利用信道编码的译码性能

9.2）调制：将加扰后的码字进行调制，生成复数值的调制符号

9.3）层映射：将复数调制符号映射到一个或多个发射层中

9.4）天线端口映射：将每个发射层中的调制符号映射到相应的天线端口

9.5）RE映射：将每个天线端口的复数调制符号映射到相应的RE上

9.6）波形生成：每个天线端口信号生成OFDM符号信号

10、NR帧结构重构（CRS Free）：5G不再使用CRS（小区参考信号），减少了约10%左右资源开销，避免了小区间CRS干扰，提升了频谱效率。

11、下行物理信号：

PSS/SSS	主同步信号/辅同步信号
DMRS for PBCH	PBCH的解调参考信号
DMRS for PDSCH	PDSCH的解调参考信号
DMRS for PDCCH	PDCCH的解调参考信号
PT-RS	相位跟踪参考信号，用于高频场景
CSI-RS	channel state information，信道状态指示参考信号

TLE	功能	NR
SS(PSS/SSS)	小区下行同步	SS(PSS/SSS)
CRS	小区下行测量	SSB/CSI-RS
	PDCCH/PBCH相干解调	DMRS for PBCH
		DMRS for PDCCH
CRS	PDSCH相干解调	DMRS for PDSCH
CRS	CSI报告	CSI-RS
--	波束管理（NR新增）
--	相位跟踪（NR新增）	PT-RS

 

12、SSB（Synchronization Signaling Block）

12.1）SSB = PBCH + PSS/SSS

12.2）可以配置在载波的任意一个位置

时域上	PBCH + PSS/SSS共占用4个符号
频域上	PBCH + PSS/SSS占用240个子载波（其中PSS/SSS占用127个子载波）

 

13、PSS/SSS

PSS：Primary Synchronization Signal 主同步信号

SSS：Second Synchronization Signal 辅同步信号

主要作用：

a）用于UE下行同步，包括帧同步和符号同步

b）获取小区PCI

特点：

a）时域上占用一个符号，频域上占用127个子载波

b）小区ID：0~1007，其中3个PSS，336个SSS

14、PBCH

14.1）用于获取用户接入网络中的必要信息，如系统帧号SFN，初始BWP的位置和大小等信息

14.2）时域上占用连续4个符号，频域上占用20个RB，组成一个SS/PBCH block

14.3）PBCH信道占用SSB中的符号1和符号3，以及符号2的部分RE

15、SSB发送机制

每个SSB block都能够独立解码，并且UE解析出来一个SSB后，可以获取小区ID、SFN、SSB index（类似于波束ID）等信号

Sub3G	定义最大4个SSB block（TDD系统支持2.4~6GHZ也可以配置8个SSB block）
3~6GHZ	最大8个SSB波束
6GHZ以上	最大64个SSB波束

16、广播信道窄波束

16.1）初始小区搜索SSB默认周期为20ms，在5ms内发完

16.2）PBCH的周期为80ms，在这80ms内SSB重复4次

17、上行物理信道

PUSCH	物理上行数据信道，QPSK、16/64/256QAM，承载用户专用数据
PUCCH	物理上行控制信道，QPSK，承载ACK/NACK，SR（调度信息），CSI-Report
PRACH	物理随机接入信道，承载随机接入前导

18、上行物理信号

DMRS for PUSCH	PUSCH的解调参考信号
DMRS for PUCCH	PUCCH的解调参考信号
SRS	Sounding参考信号，提供给基站作为下个MIMO预编码的输入
PT-RS	相位跟踪参考信号