5G无线技术基础自学系列 | 5G NR物理信道的使用

素材来源：《一本读懂5G技术》

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为了承载基站和终端之间的信息交互，我们需要把数据流和相应的控制信息放在相应的上、下行物理信道，然后分别映射到上、下行时频资源和空间资源上。手机一开机，需要和基站取得联系，获取必要的基站系统消息，这是小区搜索的过程，小区搜索过程完成了下行同步。手机要发送上行数据，还需和基站取得上行同步，以便让基站允许手机的上行接入，这就是随机接入过程。上下行同步完成后，就可以进行上下行数据传输了。这几个过程中，基站和手机交互的数据和控制信息都要通过具体物理信道或信号来承载。

11.4.1 小区搜索涉及的物理信道和信号

不仅在手机开机时要进行小区搜索，手机在移动过程中为了决定是否进行切换，也会不停地搜索邻小区，以便取得下行同步并估计该小区信号的接收质量。

小区搜索过程用到的物理信道和信号如图11-45所示。

图11-45 小区搜索下行同步过程

1）通过检测PSS/SSS信号，可以得到小区的PCI号，UE借此可以选择驻留小区。但是，由于PSS/SSS具体分布在哪几个符号上是不固定的，在频域上起始RB的位置也是不固定的，所以解调PSS和SSS之后，UE并没有彻底完成下行时频资源的同步。

2）从前面的知识可得知，PBCH解调参考信号DMRS的位置和PCI之间是有关系的，获得PCI之后，就可以确定PBCH DMRS的位置，根据PBCH DMRS的加扰序列和PBCH的净荷可以获得系统消息主消息块的信息。通过检测SSB块可以获取系统帧号、下行帧的起始时间位置，可以间接得到SSB的子载波带宽SCS和SSB索引、频点等信息。

3）RMSI（SIB1)承载着初始BWP中的信道配置，TDD小区的半静态时隙配比，以及其他UE接入网络的必要信息。上行接入时的可用时域、频域、码域资源也在系统消息RMSI中通知UE。但是RMSI需要在PDSCH上承载，因此UE接下来需要从PDSCH上把RMSI取下来。要读取PDSCH的数据，需要知道PDSCH的调度信息，这个就需要查看PDCCH上的信息了。

因此，小区搜索涉及的物理信道如图11-46所示。

图11-46 小区搜索涉及的物理信道

11.4.2 随机接入涉及的物理信道和信号

随机接入过程可以由许多事件触发，如处于空闲态的UE初始访问网络，终端到基站的连接重建、切换过程，失步状态时下行或上行数据到达等。随机接入过程就是终端和基站获取上行同步的过程。

随机接入过程涉及的物理信道如图11-47所示。

图11-47 随机接入上行同步过程

1）UE使用PRACH信道给基站发送随机接入的请求（Random Access Preamble）。Preamble的主要作用是告诉基站有一个上行接入请求，同时基站可以通过对Preamble的测量算出基站和UE之间的传输时延。

2）基站接受了UE的上行接入请求，将计算好的上行提前量TA值通过RAR告知UE。RAR信息需要在PDSCH信道上承载。要读取PDSCH的数据，需要知道PDSCH的调度信息，这个就需要查看PDCCH上的信息了。

3）手机接收到RAR消息后，就会在PUSCH信道上发送RRC连接建立请求，携带UE的初始NAS（非接入层）标识和建立原因等消息，这个消息的名称也叫Msg3。

4）基站接到RRC连接建立请求后，会给UE发送RRC连接建立完成消息，携带着高层信令承载的完整配置信息，该消息对应随机接入过程的Msg4。Msg4在PDSCH上承载，它的调度信息在PDCCH上。高层信令承载建立成功，标志着UE从空闲态进入到连接态，至此完成了随机接入。

因此，随机接入涉及的物理信道如图11-48所示。

图11-48 随机接入涉及的物理信道

11.4.3 下行数据传输涉及的物理信道和信号

手机和基站之间完成上下行同步，建立了连接后，可以进行下行数据的传输。在下行数据传输的过程中，手机要不断地测量基站的下行参考信号CSI-RS，完成对时间偏移和频率偏移的跟踪，获取相应的信道状态信息（CSI），将CSI的信息通过PUCCH/PUSCH信道反馈给基站。基站给手机发送下行数据的调度控制信道是PDCCH，指示了PDSCH的调度资源，下行数据通过PDSCH来发送。手机接收到下行发送的数据后，要判断是否正确接收，要给基站通过PUCCH/PUSCH反馈ACK/NACK。如果基站收到的反馈是NACK，就需要启动HARQ过程，对错误数据进行重传合并。下行数据传输的过程就是上述过程的不断循环，其中下行CSI-RS和上行CSI反馈出现的位置可能根据实际情况有所变化，如图11-49所示。

图11-49 下行数据传输过程

因此，下行数据传输涉及的物理信道如图11-50所示。

图11-50 下行数据传输涉及的物理信道

11.4.4 上行数据传输涉及的物理信道和信号

手机和基站之间完成上下行同步建立了连接后，可以进行上行数据的传输。在上行数据传输的过程中，手机要不断地给基站发送上行参考信号（SRS），供基站探测终端位置和信道质量。手机要给基站发送上行数据，首先需要手机向基站申请资源，申请的方法是在PUCCH信道上发送UCI信息，UCI信息里包含着上行资源调度请求（SR）。基站要给手机PDCCH信道发送上行资源的授权（UL Grant）。这个上行资源授权信息是一个下行控制信息，所以在DCI信息中，不是UCI信息。

手机知道了基站给自己分配的上行资源后，就通过PUSCH信道发送上行数据，顺便把缓存状态报告（Buffer State Report，BSR）上报给基站，告诉基站手机有多少数据存在上行的缓冲区里。基站要通过PDCCH信道给手机反馈ACK/NACK。如果手机收到的反馈是NACK，就需要启动HARQ过程，对错误数据进行重传合并。上行数据传输的过程就是上述过程的不断循环，其中上行SRS信号出现的位置可能根据实际配置有所变化，如图11-51所示。

图11-51 上行数据传输过程

因此，上行数据传输涉及的物理信道如图11-52所示。

图11-52 上行数据传输涉及的物理信道