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
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