了解5G NR物理层| 5G PHY层概述

这个5G NR物理层提供了根据5G新无线电3GPP标准的PHY层模块的概述。介绍了PDSCH和PUSCH信道在5G物理层的处理。

简介：
第五代无线接入技术被称为NR(新无线电)。它遵循类似于GSM、CDMA和LTE的3GPP系列标准。几年来，3GPP组织一直在开发5G NR规范。第一个规范已于2017年12月发布，支持NSA(非独立)，其中5G兼容的终端依赖现有的LTE进行初始访问和移动。2018年6月，5G NR规格的SA版本已经确定，独立于LTE工作。5G NR技术有三种不同的用例，即eMBB(增强型移动宽带)、mMTC(大规模机器类型通信)和URLLC(超可靠低延迟通信)。5G PHY层在3GPP TS 38.200系列文档中有详细说明。

5G NR网络有两个主要组成部分，即UE(移动用户)和gNB(基站)。gnb在后端与5G Core连接。从gNB到UE的连接被称为下行链路，它使用PBCH、PDSCH和PDCCH通道来承载不同的数据/控制信息。从UE到gNB的连接称为上行链路，它使用PRACH、PUSCH和PUCCH通道。请参考>> . 5G NR组网结构．

5G NR命理学

5G NR支持FR1 (Sub 6GHz)和FR2(毫米波范围，24.25 ~ 52.6 GHz)两个频段。NR采用灵活的子载波间距，源自LTE中使用的基本15 KHz子载波间距。据此选择CP长度。如表1所示。请参考物理层定时单元>>．

μ	Δf = 2^μ酒精含量	循环前缀
0	15千赫	正常的
1	30千赫	正常的
2	60赫兹	正常,扩展
3.	120千赫	正常的
4	240千赫	正常的
5	480千赫	正常的

表1:μ，子载波间距，CP, PRBs

如表2所示，频率范围FR1和FR2使用不同的5G命理学。6 GHz以下的5G NR支持15/30 KHz的副载波间距，而毫米波波段支持60/120/240 KHz。在sub-6 GHz范围内支持的最大带宽为100 MHz，而在毫米波频率范围内支持的最大带宽为400 MHz。在LTE中，使用的最大BW为20 MHz。

参数	Sub-6 GHz范围	mmWave范围
载波聚合	最多16艘航母
每船载重	5/10/15/20/25/40/50/60/80/100兆赫	50/100/200/400兆赫
副载波间距	15/30/60千赫	60/120/240千赫
调制方案	Dl / ul: 256qam
米姆	DL:多达8层， UL:可达4层	DL:多达2层， UL:可达2层
双工模式	TDD(专注)，FDD	TDD
访问计划	DL: CP-OFDM, UL:CP-OFDM, DFT扩展OFDM

表2:3GPP Rel.15规定的5G NR Sub-6 GHz和毫米波参数

副载波间距(KHz)	15	30.	60	120	240
符号持续时间(µs)	66.7	33.3	16.7	8.33	4.17
CP持续时间(µS)	4．7	2．3	1.2(普通CP)， 4.13(扩展CP)	0.59	0.29
Max。标称系统BW (MHz)	50	One hundred.	100 (sub-6 GHz)， 200(毫米波)	400	400
FFT大小(最大)	4096	4096	4096	4096	4096
每个槽的符号	14	14	14(正常CP)， 12(延长CP)	14	14
每子帧槽位	1	2	4	8	16
每帧槽位	10	20.	40	80	160

表3:子载波间距、OFDM符号数和槽位

5G NR框架结构

一个帧的持续时间为10毫秒，由10个子帧组成，每个子帧的持续时间为1毫秒，类似于LTE技术。每个子名可以有2个^μ槽。每个槽通常由14个OFDM符号组成。10毫秒的无线电帧按照TDD拓扑一个接一个地连续传输。子帧具有固定的持续时间(即1ms)，其中插槽长度根据子载波间距和每个子帧的插槽数量而变化。如下图所示，15khz为1 ms, 30khz为500µs，以此类推。每个槽位根据普通CP和扩展CP分别占用14个OFDM符号或12个OFDM符号。

支持5G NR118金宝搏抽水这有助于在数据传输中实现非常低的延迟。它支持2、4或7个OFDM符号。

图中为5G NR资源网格，时间轴为符号，频率轴为子载波。12个子载波组成一个物理资源块(PRB)。5G NR单槽位支持24 ~ 275路信令。占用的BW为34.56 MHz(最小)和396 MHz(最大)的120 KHz子载波间距。一个SS/PBCH块在时域占用4个OFDM符号，在频域占用24个PRBs。5G NR SS包括LTE指定的PSS和SSS。

使用PDSCH和PUSCH理解5G物理层

在5G NR中，下行链路(从gNB到UE)和上行链路(从UE到gNB)中有各种物理通道。下行通道:PDSCH, PDCCH, PBCH
上行通道:PRACH, PUSCH, PUCCH
下行链路和上行链路都有特定的物理信号，用于各种目的。前置DMRS(解调参考信号)用于PDSCH和PUSCH信道。我们将考虑在下行链和上行链中都使用CP的OFDM。上行链路也使用DFT传播OFDM与CP，以提高覆盖率。

PDSCH通道通过5G NR物理层处理

让我们了解使用5G NR物理层模块的PDSCH通道处理。PDSCH通道用于承载DL用户数据、UE特定上层信息(二层及以上)、系统信息和分页。让我们了解通过5G NR物理层模块或块处理PDSCH通道数据(即传输块)。传输块大小计算在3GPP TS 38.214(第5.1.3.2节)中提到。也可以参考传输块大小计算TBS计算页面>>
如图所示，CRC被添加到每个传输块以提供错误检测。
➤下图是根据传输块大小(小或大)绘制的LDPC基础图。
➤现在传输块被分割成代码块。每个代码块都附加了CRC。
➤每个代码块都使用LDPC编码器单独编码，编码过程后进行速率匹配。
➤进行码块拼接，形成码字，通过PDSCH信道传输。在一个PDSCH信道上同时传输大约2个码字。单个码字用于1至4层，其中2个码字用于5至8层。
➤在层映射之前，所有的码字都被打乱和调制以生成复杂的数据符号。它采用QPSK、16QAM、64QAM和256QAM调制方案。
调制的数据符号被映射到4层或8层。
➤这些层被映射为PDSCH使用的天线端口数量，复杂的调制数据符号被映射到资源网格中的RBs(资源块)，根据子载波间距。天线端口范围为{1000，…，1011}。在UE接收端用于信道估计和均衡的资源元素映射期间插入DMRS值。资源元素(Resource Element)映射后产生OFDM信号。
➤下行PDSCH由5G NR物理层反向模块组成的终端接收，以便在将信息传递给上层之前解码传输块。

通过5G物理层PUSCH通道处理

让我们了解通过5G物理层模块或块处理PUSCH通道数据(即传输块)。PUSCH通道用于传输UL SCH和一、二层控制信息。PUSCH处理中UL传输块的流程与上述相同。在PDSCH处理中，除了上面所列的π/2-BPSK调制方案外，它还使用了额外的π/2-BPSK调制方案。它还使用DMRS信号进行信道估计和均衡处理，以帮助解码过程。
➤除了上述区块之外，PUSCH处理还使用了层映射操作后的变换预编码。这是可选的，并且是特定于UE实现的。DFT变换预编码用于单层传输。PUSCH支持单个码字，最多可映射4层。
➤5G NR终端采用基于码本的传输和基于非码本的传输。
在5G NR中，为了在gNB接收器上有更容易的解码过程，资源网格的映射是在时间之前按频率进行的。

5G PHY层(5G L1)参考

5G物理层(L1)规格在以下3GPP 5G New Radio (NR)系列文档中定义。
3GPP TS 38.201:一般描述
3GPP TS 38.202:物理层提供的服务
3GPP TS 38.211:物理通道和调制
3GPP TS 38.212:多路复用和信道编码
3GPP TS 38.213:控制的物理层程序
3GPP TS 38.214:数据的物理层程序
3GPP TS 38.215:物理层测量

参考其他5G层的概述，包括5G NR MAC层>>，5G NR RLC层>>和各种RRC IEs >>了解5G协议栈。

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