5G通信技术 课件 第5章 5G空中接口物理层

5G空中接口物理层中国电信星火计划--东南大学5G无线网技术王霄峻wxj@东南大学移动通信国家重点实验室止于至善前言止于至善前言5G的无线侧技术相对于LTE发生了许多变化，5G也称其为新空口（NewRadio,NR）。本章首先介绍5G无线空口的协议栈，并针对物理层进行解析，梳理5G的帧和信道结构。最后，对5G上下行的物理信号和信道进行重点讲解。课程目标止于至善3学完本课程后，您应该能：了解5G无线空口的协议栈掌握5G的波形、时频资源和帧结构掌握5G各层信道结构与信道映射掌握5G上下行信道与信号课程目标止于至善5G无线空口协议5G空口信道结构5G上行物理信道和信号0101030305055G空口基础参数及帧结构01025G下行物理信道和信号0104接口和协议栈

：Uu接口止于至善5OSI模型种的层次概念接口和协议栈

：Uu接口止于至善65G用户面增加加入新的协议层SDAP，完成QoS映射功能控制面协议栈用户面协议栈接口和协议栈

：

控制面——NAS止于至善7NAS传输协议栈接口和协议栈

：控制面——NAS止于至善8NAS传输协议栈——UE—AMF接口和协议栈

：控制面——NAS止于至善9NAS传输协议栈——UE—SMF接口和协议栈

：用户面-PDU会话止于至善10接口和协议栈

：Uu接口止于至善11UE之间的通信协议分层接口和协议栈

：Uu接口止于至善12信道与承载Uu接口：RRC层止于至善13RRC是空中接口控制面的主要协议栈（TS38.331）UE与gNodeB之间传送的RRC消息依赖于PDCP、RLC、MAC和PHY层的服务。RRC处理UE与NG-RAN之间的所有信令，包括UE与核心网之间的信令，即由专用RRC消息携带的NAS信令。携带NAS信令的RRC消息不改变信令内容，只提供转发机制。

NAS信令RRCPDCPRLCMACPHY系统消息准入控制安全管理小区重选测量上报切换和移动性NAS消息传输无线资源管理Uu接口：RRC层——支持3种RRC状态止于至善14状态特征RRCIDLE公共陆地移动网络(PublicLandMobileNetwork，PLMN)选择系统信息广播小区重选的移动性NAS配置的用于接收核心网寻呼的非连续接收(DRX)参数5GC发起的寻呼5GC管理的寻呼区域RRCINACTIVE（相比LTE新增）PLMN选择系统信息广播小区重选的移动性NG-RAN配置的用于接收RAN寻呼的DRX参数NG-RAN发起的寻呼NG-RAN管理的基于接入网的通知区域(RAN-basedNotificationArea，RNA)为终端建立SGC和NG-RAN之间的连接(包括控制平面和用户平面的连接)NG-RAN和UE保存UE接入层的上下文信息NG-RAN知道UE在哪个RNA区域RRCCONNECTED为终端建立5GC和NG-RAN之间的连接(包括控制平面和用户平面的连接)NG-RAN和UE都保存UE的上下文信息NG-RAN知道UE所属的小区可以传输用户数据网络控制终端的移动性，包括相关的测量Uu接口：RRC层止于至善15NR中支持3种RRC状态：RRC_IDLE态、RRC_INACTIVE态（相比LTE新增）和RRC_CONNECTED态。RRC_INACTIVE态：类似于RRC_IDLE，将基于参考信号的测量执行小区重选，且不向网络提供测量报告。当网络需要向UE发送数据（如下行数据到达）时，网络会寻呼UE，UE进行随机接入以连接到网络中。当UE需要发起上行业务时，它会向当前小区发起随机接入过程以便同步并连接到网络中。与RRC_IDLE相比的不同之处在于，UE和gNodeB会保存之前的与RRC_CONNECTED态相关的配置（如AS上下文、安全相关配置和无线承载等），以便UE在随机接入过程之后，恢复并使用原有的配置，以降低接入时延。gNodeB会保持5GC和NG-RAN之间的连接（包括NG-C和NG-U连接），进一步缩短恢复等待时间。小区重选之于RRC_INACTIVE态：最后提供服务的RAN节点保存UE上下文以及与服务AMF和UPF相关联的UE特定的NG连接。当重选，且UE从RRC_INACTIVE态恢复为RRC_CONNECTED态时，新小区须能从旧小区中获取UE上下文，以重新恢复RRC连接。如获取失败，网络指示UE执行RRC连接建立流程（即重新建立一个新的连接）。Uu接口：SDAP层止于至善16

SDAPPDCPRLCMACPHY完成流(5GQoSflow)到无线承载(DRB)的QoS映射在上下行数据包中打上标识QoSflowID(QFI)相比LTE，用户面新增协议层SDAP(ServiceDataAdaptationProtocol)，TS37.324默认SDAP实体的建立和释放，均由RRC配置Uu接口：SDAP层止于至善17Uu接口：SDAP层止于至善18主要功能：1、负责QoS流与DRB（数据无线承载）之间的映射2、为上下行数据包添加QFI（QoSFlowID）标记3、反射QoS流到DRB的映射（用于上行SDAPPDU）注：只有当UE接入的核心网是5GC，才存在SDAP层的处理。SDAP只应用于用户面数据，而不用于控制面数据。Uu接口：SDAP层止于至善19SDAP实体用于处理与SDAP相关的流程每个独立的PDU会话对应一个独立的SDAP实体。也即是说，如果一个UE同时有多个PDU会话，将会建立多个SDAP实体。SDAP实体从上层接收到的数据，或发往上层的数据被称作SDAPSDU；SDAP实体从PDCP层接收到的数据，或发往PDCP层的数据被称作SDAPPDU。多个QoS流可以映射到同一个DRB上。但是在上行，同一时间一个QoS流只能映射到一个DRB上，但后续可以修改并将一个QoS流映射到其他DRB上。QoS流介绍止于至善20Page20控制粒度基于QoSflow执行QoS控制N3Tunnel非双连接下，同一PDUsession的服务流采用同一隧道5GQoSflow类型GBRQoSflow和Non-GBRQoSflow5GQoSflow与DRB的映射支持多对一PDU会话和QoS流对应关系1个PDU会话N个QoS流PDU会话和N3隧道对应关系1

个PDU会话1条N3隧道QoS流和DRB对应关系N个QoS流1条DRB5GQoS

Flow是5G系统中QoS转发处理的最小粒度。映射到相同5GQoSFlow的所有报文都接受相同的转发处理（例如，调度策略、队列管理策略、速率整形策略、RLC配置等）。提供不同的QoS转发处理需要不同的5GQoSFlow。PDUSession，QoSFlow和RB的对应关系Uu接口：PDCP层功能止于至善21用户面IP头压缩加/解密控制面完整性校验复制检测重排序

路由和重复（双连接场景时）SDAP

PDCPRLCMACPHYUu接口：PDCP层功能止于至善22（1）对IP报头进行压缩/解压缩以减少空口传输的比特数。（2）对数据（包括控制面数据和用户面数据）进行加密/解密。（3）对数据进行完整性保护。控制面数据必须进行完整性保护，用户面数据是否需要完整性保护取决于配置。（4）基于定时器的SDU丢弃：PDCPSDU丢弃功能主要用于防止发送端的传输buffer溢出，丢弃那些长时间没有被成功发送出去的SDU。（5）路由。在使用SplitBearer的情况下，PDCP发送端会对报文进行路由。（6）重排序和按序递送。在NR中，RLC层只要重组出一个完整的RLCSDU，就送往PDCP层。也就是说，RLC层是不会对RLCSDU（即PDCPPDU）进行重排序的，其发往PDCP层的RLCSDU可能是乱序的。这就要求PDCP的接收端对从RLC层接收到的PDCPPDU进行重排序，并按序递送给上层。Uu接口：PDCP层止于至善23PDCP层只应用在映射到逻辑信道DCCH和DTCH的无线承载（RadioBearer，RB）上，而不会应用于其他类型的逻辑信道上。也就是说，系统信息（包括MIB和SIB）、Paging以及使用SRB0的数据不经过PDCP层处理，也不存在相关联的PDCP实体。除SRB0外，每个无线承载都对应一个PDCP实体。一个UE可建立多个无线承载，因此可包含多个PDCP实体，每个PDCP实体只处理一个无线承载的数据。基于无线承载的特性或RLC模式的不同，一个PDCP实体可以与1、2或4个RLC实体相关联。对于Non-split承载，每个PDCP实体与1个UMRLC实体（单向）、2个UMRLC实体（双向，每个RLC实体对应一个方向）或1个AMRLC实体（一个AMRLC实体同时支持2个方向）相关联。对于Split承载，由于一个PDCP实体在MCG和SCG上均存在对应的RLC实体，所以每个PDCP实体与2个UMRLC实体（同向）、4个UMRLC实体（每个方向各2个）或2个AMRLC实体（同向）相关联。Uu接口：PDCP层处理流程图止于至善24发送端：（1）来自RRC层的控制面数据或来自SDAP层的用户面数据（PDCPSDU）会先缓存在PDCP的传输buffer中，并按顺序为每个数据包分配一个序列号SN，SN指示了数据包的发送顺序。（2）对用户面数据进行头部压缩处理。头部压缩只应用于用户面数据（DRB），而不应用于控制面数据（SRB）。用户面数据是否进行头部压缩处理是可选的。（3）基于完整性保护算法对控制面数据或用户面数据进行完整性保护，并生成MAC-I验证码，以便接收端进行完整性校验。控制面数据必须进行完整性保护，而用户面数据的完整性保护功能是可选的。Uu接口：PDCP层处理流程图止于至善25发送端（续）：（4）对控制面数据或用户面数据进行加密，以保证发送端和接收端之间传递的数据的保密性。除了PDCPControlPDU外，经过PDCP层的所有数据都会进行加密处理。（5）添加PDCP头部，生成PDCPPDU。（6）如果RRC层给UE配置了复制功能，则UE在发送上行数据时，会在两条独立的传输路径上发送相同的PDCPPDU。如果建立了SplitBearer，PDCP可能需要对PDCPPDU进行路由，以便发送到目标承载上。路由和复制都是在PDCP发送实体里进行的。Uu接口：PDCP层处理流程图止于至善26接收端：（1）从RLC层接收到一个PDCPDataPDU后，会先移除该PDU的PDCP头部，并根据接收到的PDCPSN以及自身维护的HFN得到该PDCPDataPDU的RCVD_COUNT值，该值对后续的处理至关重要。（2）使用与PDCP发送端相同的加解密算法对数据进行解密。（3）对解密后的数据进行完整性校验。如果完整性校验失败，则向上层指示完整性校验失败，并丢弃该PDCPDataPDU。Uu接口：PDCP层处理流程图止于至善27接收端（续）：（4）判断是否收到了重复包，如果是，则丢弃重复的数据包；如果不是，就将PDCPSDU放入接收buffer中，进行可能存在的重排序处理，以便将数据按序递送给上层。（5）对数据进行头部解压缩。如果解压缩成功，将PDCPSDU递送给上层；如果解压缩失败，解压缩端会将反馈信息发送到压缩端以指示报头上下文已被破坏。Uu接口：RLC层止于至善28RLC（RadioLinkControl）主要提供无线链路控制功能：纠错、分段、重组等包含三种传输模式：TM、UM和AMRLC层位于PDCP层（或RRC层）和MAC层之间通过SAP与PDCP层（或RRC层）进行通信，并通过逻辑信道与MAC层进行通信RLC配置是逻辑信道级的配置，一个RLC实体只对应一个UE的一个逻辑信道RLC实体从PDCP层接收到的数据，或发往PDCP层的数据被称作RLCSDU（或PDCPPDU）RLC实体从MAC层接收到的数据，或发往MAC层的数据被称作RLCPDU（或MACSDU）TM（透明模式）UM（非确认模式）AM(确认模式）分段和重组纠错

PDCPRLCMACPHYUu接口：RLC层功能止于至善29（1）分段/重组（Segmentation/Reassembly，只适用于UM和AM模式）RLCSDU。在一次传输机会中，一个逻辑信道可发送的所有RLCPDU的总大小是由MAC层指定的，其大小通常并不能保证每一个需要发送的RLCSDU都能完整地发送出去，所以在发送端需要对某些（或某个）RLCSDU进行分段以便匹配MAC层指定的总大小。相应地，在接收端需要对之前分段的RLCSDU进行重组，以便恢复出原来的RLCSDU并递送给上层。（2）通过ARQ来进行纠错（只适用于AM模式）。MAC层的HARQ机制的目标在于实现非常快速的重传，其反馈出错率在1%左右。对于某些业务，如TCP传输（要求丢包率小于10-5），HARQ反馈的出错率就显得过高了。对于这类业务，RLC层的重传处理能够进一步降低反馈出错率。（3）对RLCSDU分段进行重分段（Re-segmentation，只适用于AM模式）。当一个RLCSDU分段需要重传，但MAC层指定的大小无法保证该RLCSDU分段完全发送出去时，就需要对该RLCSDU分段进行重分段处理。Uu接口：RLC层功能止于至善30（4）重复包检测（DuplicateDetection，只适用于AM模式）。出现重复包的最大可能性为发送端反馈了HARQACK，但接收端错误地将其解释为NACK，从而导致了不必要的MACPDU重传。当然，RLC层的重传（AM模式下）也可能带来重复包。（5）RLCSDU丢弃处理（只适用于UM和AM模式）。当PDCP层指示RLC层丢弃一个特定的RLCSDU时，RLC层会触发RLCSDU丢弃处理。如果此时既没有将该RLCSDU丢弃，也没有将该RLCSDU的部分分段递交给MAC层，则AMRLC实体发送端或UM发送端实体会丢弃指示的RLCSDU。也就是说，如果一个RLCSDU或其任意分段已经用于生成了RLCPDU，则RLC发送端不会丢弃它，而是会完成该RLCSDU的传输（这意味着AMRLC实体发送端会持续重传该RLCSDU，直到它被对端成功接收）。当丢弃一个RLCSDU时，AMRLC实体发送端并不会引入RLCSN间隙。（6）RLC重建。在切换流程中，RRC层会要求RLC层进行重建。此时，RLC层会停止并重置所有定时器，将所有的状态变量重置为初始值，并丢弃所有的RLCSDU、RLCSDU分段和RLCPDU。在NR中，RLC重建时接收端是不会往上层递送RLCSDU的。这是因为NR中的RLC层不支持重排序，只要收到一个完整的RLCSDU，就立即往上层递送，所以接收端不会缓存完整的RLCSDU。Uu接口：RLC层止于至善31RLC三种模式分别支持的RLC功能一个TM实体或UM实体只具备发送或接收数据的功能，而不能同时配置收发功能；而AM实体既包含发送功能，也包含接收功能。在同一RLC实体（或配对的RLC实体）内讨论具体的流程才有意义，不同的RLC实体之间相互独立。Uu接口：MAC层止于至善32MAC（MediumAccessControl）层主要功能包含：映射、复用、HARQ和无线资源分配信道映射和复用纠错：HARQ技术无线资源分配调度

PDCPRLCMACPHYUu接口：MAC层功能止于至善33MAC子层为上层协议层提供数据传输和无线资源分配服务，MAC层主要功能如下。（1）映射：MAC负责将从逻辑信道接收到的信息映射到传输信道上。（2）复用：MAC的信息可能来自一个或多个无线承载，MAC层能够将多个承载复用到同一个传输块（TransportBlock，TB）上以提高效率。（3）解复用：将来自PHY层在传输信道承载的TB块解复用为一条或者多条逻辑信道上的MACSDUs。（4）HARQ：MAC利用HARQ技术为空中接口提供纠错服务。HARQ的实现需要MAC层与PHY层的紧密配合。（5）无线资源分配：MAC提供基于服务质量的业务数据和用户信令的调度。Uu接口：物理层止于至善34错误检测FEC、加扰/解扰速率匹配物理信道的映射调整和解调频率同步和时间同步无线测量MIMO处理射频处理PDCPRLCMACPHYPHY层位于空口协议栈的最底层主要完成传输信道到物理信道映射及执行MAC层的调度具体的功能：CRC添加、信道编码、调制、天线口映射等Uu接口——二层总结——Layer2Structure止于至善35DownlinkLayer2StructureUplinkLayer2StructureUu接口——二层总结——DataFlowExample止于至善36DataFlowExample止于至善5G无线空口协议5G空口信道结构5G上行物理信道和信号0101030305055G空口基础参数及帧结构01025G下行物理信道和信号0104Multinumerologies止于至善NR支持Multinumerologies(不同的子载波宽度和前缀配置)LTE仅支持15KHz子载波，5G的子载波宽度和时隙数可以灵活配置，更方便支持各种类型的业务后续将引入包含2到3个符号的miniSlot形式，支撑超低时延业务需求子载波配置子载波宽度循环前缀每时隙符号数每帧时隙数每子帧时隙数Cyclicprefix015Normal14101130Normal14202260Normal144043120Normal148084240Normaormal1432032260extended124041

slot=14symbols1

subframe=4slots1

frame=10subframes=40slots1

subcarrier=60KHzMultinumerologies（续）止于至善39μ的选择取决于各种因素，包括：部署类型（室内/室外、宏基站/小基站等）载波频率业务需求（时延、可靠性和吞吐量等）硬件损伤（振荡器相位噪声）移动性实现的复杂性等。举例：较宽的子载波间距可用于延迟关键型服务（如uRLLC）、覆盖区域较小和载波频率较高的场景；较窄的子载波间距可以用于载波频率较低、覆盖区域较大、窄带设备和演进型多媒体广播/多播服务（eMBMS）的场景。Multinumerologies（续）止于至善40协议规定不同频段支持的子载波间隔如下表：时域资源：帧，子帧，时隙，符号的概念止于至善41空口时域的通用结构，在不同的制式下，满足数据传输及控制的需求无线帧子帧子帧子帧……时隙时隙时隙……上下行子帧的分配单位符号符号符号符号基本的数据发送周期最小时间单元，调制的基本单位，数据调度和同步的最小单位……帧结构止于至善42一个无线帧长度为10ms；每个无线帧由10个长度为1ms的子帧构成；帧结构（续）止于至善43每个系统帧由10个子帧组成，每个子帧长为1ms，系统帧的编号范围为0~1023。每个系统帧会被分成2个大小相等的半帧，每个半帧包含5个子帧。一个系统帧内的子帧编号范围为0~9；半帧0包含子帧0~4，半帧1包含子帧5~9。无线帧和子帧的长度固定，从而允许更好地保持LTE与NR间共存。不同的是，5GNR定义了灵活的子构架，时隙和符号长度可根据子载波间隔灵活定义。帧结构（续）止于至善44一个时隙包含14个OFDM符号（使用正常循环前缀），或12个OFDM符号（使用扩展的循环前缀）；OFDM符号的长度与其子载波间距成反比：子载波间距越大，一个OFDM符号的长度越短；相应地，时隙的长度、每个子帧包含的时隙数，也会随着选择的Numerology的不同而变化。不同的子载波间隔对应的每子帧包含的时隙数如下表：NR时隙（Slot）格式止于至善45Slot内OFDM符号分类：Downlink，denotedasD，用于下行传输；Flexible，denotedasX，可用于下行传输，上行传输，GP或作为预留资源；Uplink，denotedasU，用于上行传输Slot类型Type1：全下行，DL-onlyslotType2：全上行，UL-onlyslotType3：全灵活资源，Flexible-onlyslotType4：至少一个上行或下行符号，其余灵活配置不同的时隙格式类似于LTE中不同的TDD上下行子帧配比。不同之处：NR的时隙格式中，上下行分配是OFDM符号级别；而LTETDD中的上下行分配是子帧级别。NR时隙格式的变种更多，更灵活。有利于缩短下行反馈时延和上行调度时延，满足超低时延业务需求。XDUDXXUDXUDXUDXUDXUType1:DL-only

slotType2:UL-only

slotType3:Flexible-only

slotType4-1Type4-2Type4-3Type4-4Type4-5NR时隙（Slot）格式（续）止于至善46NR支持多种时隙配比方案，基站可以通过以下几种方式实现多层嵌套配置，从而实现动态时隙配比调整。与LTE相比，NR增加了UE级配置，灵活性高，资源利用率高。1第一级配置：通过系统消息进行半静态配置。2第二级配置：通过用户级RRC消息进行配置。3第三级配置：通过UE-group的DCI中的SFI指示进行配置（符号级配比）。4第四级配置：通过UE-specific的DCI进行配置(符号级配比)NR时隙（Slot）格式（续）--第一级：信令半静态配置止于至善47第一级为Cell-specificRRCconfiguration，即信令半静态配置，小区级半静态配置支持有限的配比周期选项，通过RRC信令实现DL/UL资源的灵活静态配置。SIB1携带了以下配置参数：UL-DL-configuration-common:{X,x1,x2,y1,y2}，UL-DL-configuration-common-Set2:{Y,x3,x4,y3,y4}。X和Y为配比周期，取值为{0.5,0.625,1,1.25,2,2.5,5,10}ms。0.625ms仅用于120kHzSCS,1.25ms用于60kHz以上SCS；2.5ms用于30kHz以上SCS；小区半静态配置支持单周期和双周期配置。NR时隙（Slot）格式（续）--第一级：信令半静态配置止于至善48单周期配置示意图：NR时隙（Slot）格式（续）--第一级：信令半静态配置止于至善49双周期配置示意图：x1/x3：全下行时隙数目。取值：{0,1,…,配比周期内时隙数}。y1/y3：全上行时隙数目。取值：{0,1,…,配比周期内时隙数}。x2/x4：全下行时隙后面的下行符号数。取值：{0,1,…,13}。y2/y4：全上行时隙前面的上行符号数。取值：{0,1,…,13}。NR时隙（Slot）格式（续）--第一级：信令半静态配置止于至善50Cell-specific半静态时隙格式在ServingCellConfig(NSA)和SIB1(SA)中配置即包含了TDD-UL-DL-ConfigCommon配置信息：频域资源止于至善51NR的频域资源包括了RG、RE、RB、REG、CCE、RBG：（1）RG:ResourceGrid，PHY层资源组，上下行分别定义(每个Numerology都有对应的RG定义)。时域：1个子帧。频域：传输带宽内可用RB资源。（2）RE：ResourceElement，PHY层资源的最小粒度。时域：1个OFDM符号。频域：1个子载波。（3）RB：ResourceBlock，数据信道资源分配基本调度单位，用于资源分配type1。频域：12个连续子载波。频域资源止于至善52NR的频域资源包括了RG、RE、RB、REG、CCE、RBG等。（4）RBG：ResourceBlockGroup，数据信道资源分配基本调度单位，用于资源分配type0，降低控制信道开销。频域：{2，4，8，16}个RB。（5）REG：ResourceElementGroup，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(1PRB)。（6）CCE：ControlChannelElement，控制信道资源分配基本调度单位。频域：1CCE=6REG=6PRB。CCE聚合等级：分为1、2、4、8、16。频域资源止于至善53资源单元(RE)对于每一个天线端口p，一个OFDM符号上的一个子载波（子载波间隔配置μ对应的子载波间隔为2μ*15KHz）对应的一个单元叫做资源单元；资源块(RB)一个时隙中，频域上连续的12个RE为一个资源块；0242752427512427524275224275242753242752427542413824138524692469Minimumandmaximumnumberofresourceblocks.

RB位置的索引和指示止于至善54相关概念（TS38.2114.4）PointA：RG的基本参考点；PointA=ReferenceLocation+OffsetCRB（CommonRB）：RG内索引起始点和PointA对齐；PRB（PhysicalRB）：BWP内索引起始点和BWP起始点对齐PRB和CRB的关系：频域资源–总结止于至善55RE：ResourceElement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：ResourceBlock数据信道资源分配频域基本调度单位频域：12个连续子载波RBG：RBGroup数据信道资源分配基本调度单位，用于资源分配type0频域：{2，4，8，16}个RBREG：REGroup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（1PRB）CCE：ControlChannelElement控制信道资源分配基本调度单位频域：1CCE=6REG=6PRBCCE聚合等级：1,2,4,8,16BWP定义和应用场景止于至善56基本定义和特点：BWP：BandwidthPart，是NR标准提出的新的概念；网络侧给UE分配的一段连续的带宽资源，它是5GUE接入NR网络的必备配置UE级概念，不同UE可配置不同BWP；UE的所有信道资源配置均在BWP内进行分配和调度应用场景：场景1：应用于小带宽能力UE接入大带宽网络场景2：UE在大小BWP间进行切换，达到省电效果场景3：不同BWP，配置不同Numerology，承载不同业务BWPBWPBandWidthCarrierBandWidth#1BWP2#2BWP1

Numerology1BWP1CarrierBandWidth#3Numerology2BWP2CarrierBandWidthBWP的分类止于至善57根据BWP的配置场景，分为以下几类：InitialBWP：UE初始接入阶段使用的BWP（通过系统消息获取）DedicatedBWP：UE在RRC连接态配置的BWP；1个UE最多可以通过RRC信令配置4个dedicatedBWPActiveBWP：UE在RRC连接态某一时刻激活的BWP，是dedicatedBWP中的1个（某一时刻仅激活1个）DefaultBWP：UE在RRC连接态时，当其BWPinactivitytimer超时后UE所工作的BWP，也是dedicatedBWP中的1个，通过RRC信令指示UE哪一个配置的dedicatedBWP做为defaultBWP止于至善5G无线空口协议5G空口信道结构5G上行物理信道和信号0101030305055G空口基础参数及帧结构01025G下行物理信道和信号0104信道管理：逻辑信道止于至善59逻辑信道：存在于MAC（MediumAccessControl）层和RLC（RadioLinkControl）层之间。根据传输数据的类型定义每个逻辑信道类型。一般分为两种类型：控制信道和业务信道。控制信道包括：BCCH（BroadcastControlChannel）：gNodeB用来发送系统消息（SystemInformation，SI）的下行信道PCCH（PagingControlChannel）：gNodeB用来发送寻呼信息的下行信道CCCH（CommonControlChannel）：用于建立RRC连接（也被称为信令无线承载（SRB，SignalingRadioBearer）），SRB包括SRB0、SRB1和SRB2，其中，SRB0映射到CCCH。DCCH（DedicatedControlChannel）：提供双向信令通道，逻辑上讲，通常有两条激活的DCCH：①SRB1适用于承载RRC消息，包括携带高优先级NAS信令的RRC消息。②SRB2适用于承载低优先级NAS信令的RRC消息。低优先级的信令在SRB2建立前先通过SRB1发送。业务信道包括：DTCH（DedicatedTrafficChannel）：承载专用无线承载DRB信息，即IP数据包，双向，工作模式为RLCAM或RLCUM。信道管理：传输信道止于至善60传输信道：存在于MAC层和物理层PHY之间，根据传输数据类型和空口上的数据传输方法进行定义。可以提供MAC和高层的传输业务信息。下行传输信道分成如下类型：BCH（BroadcastChannel）：固定格式的信道，每帧一个BCH。承载系统消息中的主信息块MIBDL-SCH（DownlinkSharedChannel）：承载下行数据和信令（大部分系统信息）的主要信道，支持动态调度和动态链路自适应调整。利用HARQ技术来提高系统性能。PCH（PagingChannel）：承载PCCH，即寻呼消息。使用不连续接收DRX技术延长手机电池待机时间。上行传输信道分成如下类型：UL-SCH（UplinkSharedChannel）：与下行共享信道类似，支持动态调度（由gNodeB控制）和动态链路自适应调整。也利用HARQ技术来提高系统性能。RACH（RandomAccessChannel）：承载的信息有限，需要和物理信道以及前导信息共同完成冲突解决流程。信道管理：物理信道止于至善61物理信道：负责编码、调制、多天线处理以及从信号到合适物理时频资源的映射。基于映射关系，高层一个传输信道可以服务物理层一个或几个物理信道。下行物理信道分成如下类型：PBCH（PhysicalBroadcastChannel）：承载BCH信息PDCCH（PhysicalDownlinkControlChannel）：承载资源分配信息PDSCH（PhysicalDownlinkSharedChannel）：承载DL-SCH信息和PCH信息上行物理信道分成如下类型：PUCCH（PhysicalUplinkControlChannel）：承载上行控制和反馈信息，及发送给gNodeB的调度请求PUSCH（PhysicalUplinkSharedChannel）：是主要的上行信道，承载上行共享传输信道UL-SCH。承载信令、用户数据和上行控制信息。PRACH（PhysicalRandomAccessChannel）：承载随机接入前导信道管理：信道映射（下行）止于至善62信道管理：信道映射（上行）止于至善63止于至善5G无线空口协议5G空口信道结构5G上行物理信道和信号0101030305055G空口基础参数及帧结构01025G下行物理信道和信号0104下行物理信道止于至善655G相对于LTE，精简了PCFICH，PHICH等信道，PDSCH增加了1024QAM调制方式PBCH：物理广播信道调制方式：QPSK用于系统消息MIB的广播PDSCH：物理下行共享信道调制方式：QPSK,16QAM,64QAM，256QAM，1024QAM用于承载用户专用数据PDCCH：物理下行控制信道调制方式：QPSK承载调度及传输格式，HARQ信息等下行物理信道下行物理信号止于至善66DMRSforPDSCHPDSCH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(channelstateinformation)信道状态指示参考信号下行物理信号DMRSforPDCCHPDCCH的解调参考信号DMRSforPBCHPBCH的解调参考信号PSS/SSS主同步信号/辅同步信号下行物理信道的处理过程止于至善67物理信道信道编码调制方式层数波形PDSCHLDPCQPSK,16QAM,64QAM，256QAM1~8层CP-OFDMPBCHPolarQPSK1CP-OFDMPDCCHPolarQPSK1CP-OFDMScramblingScramblingModulationmapperModulationmapperLayermapperAntennaPortmapperResourceElementmapperResourceElementmapperOFDMsignalgenerationOFDMsignalgenerationCode

wordsLayersAntenna

portsPDCCH和PBCH无此过程…….…….下行物理信道和信号组合–SSB止于至善68PBCH和PSS/SSS作为一个整体出现，统称为SSB（SynchronizationSignalingBlock）与LTE不同，PSS/SSS可以灵活配置，不需要配置在载波的中心频点处，可以配置在载波的任意一个位置。时域上，PBCH和PSS/SSS共占用4个连续符号，频域上，PBCH和PSS/SSS占用连续240个子载波PSS和SSS占用4个连续符号中符号0和2，占用240个子载波中的中间连续的127个REPBCH占用符号1和符号3的全部的240个RE，以及符号2中的0~47和192~239RE剩余的全部为0RE下行物理信道和信号组合–SSB止于至善69下行物理信道和信号组合-SSB（续）止于至善70PSS和SSS序列长度为127，在频域上占用127个RE，在时域上各占用一个符号；PSS和SSS作用：UE用其进行下行同步，包括时钟同步、帧同步和符号同步获取小区的CellID：NR中将CellID进行了分组，共三组，每组336个CellID，总共有1008个，是LTE中的2倍，取值范围为0~1007。PBCH作用：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。下行物理信道和信号组合-SSB（续）止于至善71每个SSB都能够独立解码，并且UE解析出来一个SSB之后，可以获取小区ID、SFN、SSBIndex（类似于波束ID）等信息；Sub3G，定义最大4个SSB（TDD系统的2.4GHz~6GHz也可以配置8个SSB）；对于Sub3G~Sub6G，定义最大8个SSB；Above6G，定义最大64个SSB。每个SSB都有一个唯一的编号（SSBIndex）对于低频，这个编号信息直接从PBCH信道的导频中获取；对于高频，低于3bit从PBCH导频信号中获取，高于3bit从MIB信息中获取；网络可以通过SIB1配置SSB的广播周期，周期支持5ms、10ms、20ms、40ms、80ms和160ms。下行物理信道和信号组合-SSB（续）止于至善72PBCH信道的每个RB中包含有3个RE的DMRS导频，为避免小区间PBCHDMRS干扰，3GPP中定义PBCH的DMRS在频域上根据小区CellID错开。也就是DM-RS在PBCH的位置{0+v，4+v，8+v……..}

v为PCImod4的值CellID%4=0CellID%4=1CellID%4=2CellID%4=3PBCHDMRS下行物理信道和信号组合-SSB（续）止于至善73NR高频段载波的传播损耗大，需要采用波束赋形发射的方式来增加无线信号的覆盖距离。由于每个波束覆盖的角度有限，NR通过波束扫描方式来覆盖整个小区的服务范围。波束扫描是指在不同时刻，采用不同方向的波束发送物理信道或参考信号。一个小区通常需要发送多个SSB来完成一次波束扫描以使同步信号覆盖整个小区的服务范围。完成一次波束扫描所需要的SSB便组成了一个SSB突发集。而NR只支持TDM的方式进行SSB波束扫描，不支持FDM方式，其原因是SSB需要让系统内的所有UE都能接收到，而FDM不适用于采用模拟波束赋形的UE。下行物理信道和信号组合-SSB（续）止于至善74SSB时域传输和波束扫描示意图下行物理信道和信号组合-SSB（续）止于至善75MIB消息下行物理信道和信号组合-SSB（续）止于至善76SSB频域位置下行物理信道-PDCCH止于至善77PDCCH用于传输来自L1/L2的下行控制信息，主要的内容包括以下3种类型：（1）下行调度信息DLassignments，以便UE接收PDSCH。（2）上行调度信息ULgrants，以便UE发送PUSCH。（3）指示SFI（SlotFormatIndicator）、PI（Pre-emptionIndicator）和功控命令等信息，辅助UE接收和发送数据。下行物理信道–PDCCH（续）止于至善78PDCCH传输的信息为下行控制信息（DownlinkControlInformation，DCI），不同内容的DCI采用不同的RNTI来进行CRC加扰；UE通过盲检测来解调PDCCH；一个小区可以在上行和下行同时调度多个UE，即一个小区可以在每个时隙发送多个调度信息。每个调度信息在独立的PDCCH上传输，也就是说，一个小区可以在一个时隙上同时发送多个PDCCH。小区PDCCH在时域上占据1个时隙的前几个符号，最多为3个符号。PDCCH信道示意图每个方格表示一个REX：PDCCHDMRS信号(固定占用1、5、9号子载波)灰格：PDCCH下行物理信道-PDCCH（续）止于至善79控制信道由CCE聚合而成CCE是PDCCH传输的最小资源单位，一个CCE由6个REG组成，1个REG的时域宽度为1个符号，频域宽度为1个PRB。聚合等级表示一个PDCCH占用的连续的CCE个数，Rel-15支持CCE聚合等级为{1,2,4,8,16}，其中，16为NR新增的CCE级别。gNodeB根据信道质量等因素来确定某个PDCCH使用的聚合等级。PDCCH聚合等级下行物理信道-PDCCH（续）止于至善80NR中引入了CORESET(ControlResourceSET)的概念来定义PDCCH的资源：LTE中PDCCH资源相对固定，频域为整个带宽，时域上为1~3个符号，而5G里的PDCCH时域和频域的资源都是灵活的。CORESET主要指示PDCCH占用符号数、RB数以及时隙周期和偏置等。在频域上，COREST包含若干个PRB，最小为6个；在时域上，包含的符号数为1~3。每个小区可以配置多个CORESET（0~11），其中，CORESET0用于RMSI的调度，CORESET必须包含在对应的BWP里面。一个CORESET可以包含多个CCE，1个CCE包含了6个REG；一个REG对应频域中的一个RB，时域中的一个符号。下行物理信道-PDCCH（续）止于至善81盲检：每个搜索空间都有一个对应的所属CORESET，每个搜索空间配置该空间需要盲检的DCI格式。UE对PDCCH进行盲检时，是在对应的CORESET，对应的搜索空间中，针对不同的聚集级别盲检相应的DCI。UE会在non-DRX时隙监听PDCCHcandidates集合，该集合被称为该UE的搜索空间（SearchSpace）。每个用户盲检PDCCH的搜索空间与特定的CORESET进行关联，SearchSpace会指示CORESET出现的周期和资源信息。下行物理信道-PDCCH（续）CORESET和SI的概念介绍止于至善82RMSI(RemainingMinimumSystemInformation）：UE获取了MIB后，还需要获得一些必备的系统消息，这些系统消息就被称为RMSI，当前的RMSI可以认为就是SIB1.CORESET:PDCCH信道所占用的物理资源的集合也被称为CORESET,主要是因为NR的PDCCH时频资源要比LTE复杂和灵活，因此引入了这个概念。一个小区可以有多个CORESET,每个CORESET都有编号。其中CORESET0也称为Type0CommonSearchSpace的搜索空间，也就是可以搜索到RMSI调度信息。下行物理信道-PDCCH（续）CORESET和BWP止于至善83UE搜索SSB，在SS中，获取PCI（3x336）在MIB中读取ssb-subcarrieroffset，获取相关信息，找到同步栅格和CRB间的偏移量在MIB中读取PDCCH-ConfigSIB1

查表获得offset

找到CommonCORESET（CORESET0）UE在CORESET0中接收RMSI的调度信息

找到RMSI

获取小区相关信息以及用于查找PointA的offsetfrequencytimeSSBCORESETPDSCHInitialDLBWP用来发送RMSI,即SIB1PointAoffsetPointACommonCoresetBW时域：SSB持续4个符号频域：SSB占用20RB，即240个子载波C-Band：30kSCSoffset

下行物理信道-PDSCH止于至善84PDSCH用于承载多种传输信道，如PCH和DL-SCH。PHY层处理过程包括以下5个重要的步骤：（1）加扰：扰码ID由高层参数进行用户级配置；不配置时，缺省值为小区ID。（2）调制：调制编码方式表格由高层参数mcs-Table进行用户级配置，指示最高阶为64QAM或256QAM。（3）层映射：将码字映射到多个层上传输，单码字映射1~4层，双码字映射5~8层。（4）预编码/加权：将多层数据映射到各发送天线上；加权方式包括基于SRS互易性的动态权，基于反馈的PMI权，或开环静态权；传输模式只有一种，加权对终端透明，即DMRS和数据经过相同的加权。（5）资源映射：时域资源分配由DCI中Timedomainresourceassignment字段指示起始符号和连续符号数；频域资源分配支持Type0和Type1，由DCI中Frequencydomainresourceassignment字段指示。下行物理信道–PDSCH（续）止于至善85PDSCH采用OFDM符号调制方式，起始符号和结束符号都由DCI指示。调制方式包括QPSK/16QAM/64QAM/256QAM，支持LDPC编解码。和LTE相比，NR中PDSCH最大的变化是引入了时域资源分配的概念。即一次调度的PDSCH资源在时域上的分配可以动态变化，粒度可以达到符号级。PDSCH时域资源映射类型(MappingType)分为两种。MappingTypeA：在一个时隙内，PDSCH占用的符号从{0,1,2,3}符号位置开始，持续3～14个符号(不能超过时隙边界)。该方式，分配的时域符号数较多，适用于大带宽场景。典型应用场景为时隙内占用符号0~2位的PDCCH、占用符号3~13位的PDSCH，即占满整个时隙，因此，也被称为基于时隙的调度。MappingTypeB：在一个时隙内，PDSCH占用的符号从{0,1,…,12}符号位置开始，但符号长度限定为{2,4,7}个符号(不能超过时隙边界)。对于这种分配方式，PDSCH起始符号位置可以灵活配置，分配符号数量少，时延短，适用于低时延和高可靠场景，实现uRLLC应用。PDSCH位置下行物理信道–PDSCH（续）止于至善86PDSCH时隙内的符号资源分配，由开始符号位置“S”和PDSCH分配的符号长度“L”决定。NR的PDSCH信道频域资源分配，支持基于位图（Bitmap）的分配和基于RIV的分配下行物理信道–PDSCH（续）止于至善87频域资源分配Type0方式，RB分配按照RBG位图指示。RBG是一个连续VRB的集合，大小由RRC高层参数PDSCH-Config->rbg-Size配置和BWP带宽共同决定。RBG的大小最小为2个RB，最大为16个RB。可将多个连续的RB捆绑到RBG中，并且仅在RBG的倍数中分配PDSCH/PUSCH。可以在DCI中指定位图，指示携带PDSCH或PUSCH数据的RBG号。这种位图的分配方式，RBG不要求连续。Type1使用资源指示值（ResourceIndicationValue，RIV），即利用开始RB和连续RB长度指示资源。类似于LTE。Type1分配的频域资源更“精确”，最小粒度能达到RB级，缺点是只能分配连续的RB资源，不利于频域调度。下行物理信号-PT-RS止于至善88PT-RS是5G新引入的参考信号，用于跟踪相位噪声的变化，主要用于高频段。由于诸如射频器件在各种噪声（随机性白噪声、闪烁噪声）等作用下引起的系统输出信号相位的随机变化；接收段SINR恶化，造成大量误码，从而直接限制了高阶调制方式的使用，严重影响了系统容量。对于低频段（Sub6G）影响较小。高频段（Above6G）下由于参考时钟源的倍频次数大幅增加以及器件工艺水平和功耗等原因，相位噪声响应大幅增加，影响尤为突出。引入相位噪声跟踪参考信号PT-RS以及相位估计补偿算法，增大了子载波间隔，减少了相位噪声带来的ICI和ISI影响，从而提升了本振器件质量，降低了相噪。下行物理信号-CSI-RS止于至善89缘由：在LTE中，由于存在CRS（最多4天线端口），在空分复用层数不超过4层时，UE对CRS进行测量并上报信道状态信息（ChannelStateInformation，CSI）即可。LTER10版本引入了CSI-RS的概念，可以支持大于4层空分复用和大于4个的天线端口信道状态反馈。NR中，由于没有CRS，所以需要CSI-RS来对多天线端口信道（最多32个）状态进行反馈和时频域Tracking（TRS）。和CRS相比，NR中的CSI-RS开销更小，支持天线端口数更多。下行物理信号-CSI-RS止于至善90CSI-RS功能和分类：CQI范围是1~15。每个CQI对应一种调制方式和码率。支持64QAM和256QAM，CQI和调制方式/码率对应关系不同，高层信令配置CQI对应3张表格，分别为64QAM、256QAM和uRLLC的CQI。下行物理信号-CSI-RS止于至善91CSI-RS设计原则和特点：稀疏性：时频域密度低，开销小，支持的最大端口数可到32序列生成和CellID解耦：扰码ID由高层参数配置资源配置灵活：UE-specific配置时频资源对参考信号的反馈：理论上，对于一个MIMO通信系统，如果UE对参考信号的测量反馈能够精确到对每个端口，每层上的复制信号都反馈相位、幅度等信息，则对信道的描述最准确，最有利于基站的预编码。但是，这样系统无法承受如此大的用于信道反馈的负荷开销。因此，LTE和NR都引入了码本（CodeBook）和预编码矩阵索引（PrecodingMatrixIndicator，PMI）的概念，用于信道预编码和UE反馈信道描述。码本是对空间进行有限数量的分割，码本中的每个元素对应一个预编码矩阵，UE只需要反馈预编码矩阵的索引，即可表示相关信道描述。下行物理信号-CSI-RS（续）止于至善92信道质量测量与时频偏测量的CSI-RS通过RRC信令配置：ResourceConfigResourceSetsSSB资源周期属性周期（支持周期、半静态、随路上报）非周期（支持随路上报）半静态（支持半静态、随路上报）ResourceSetIdrepetition（是否重复发送）CSI-RS图样（频域位置、时域位置）CDM-Type功率偏置扰码下行物理信号-CSI-RS（续）止于至善93基站通过对CSI-RS时频资源的合理规划和调度，可以避免与PDCCH、SSB等信道的冲突，以及避免相邻小区的CSI-RS之间的干扰。32端口CSI-RS图样示例24端口CSI-RS图样示例下行物理信号-DMRS止于至善94PDSCHDMRS（例）的时频资源映射相对灵活。前置DMRS：为了获取更低的解调和译码时延，DMRS导频的时域位置紧跟PDCCH，占用1到2个符号。有助于UE快速估计信道，进而快速相干解调，而无须先进行数据缓存。低存储开销，低时延。附加DMRS：在高移动性的场景下，为快速跟踪信道环境变化，需要在时域上配置更多的DMRS以满足对信道时变性的估计经度要求。此时采用前置DMRS+附加DMRS。附加DMRS（AdditionalDMRS）前置DMRS（Front-loadedDMRS）止于至善5G无线空口协议5G空口信道结构5G上行物理信道和信号0101030305055G空口基础参数及帧结构01025G下行物理信道和信号0104上行物理信道止于至善96相比LTE，PUSCH的调制方式增加了256QAMPUSCH：物理上行数据信道调制方式：QPSK,16QAM,64QAM，256QAM承载用户专用数据PRACH:物理随机接入信道调制方式：QPSK承载随机接入前导PUCCH：物理上行控制信道调制方式：QPSK承载ACK/NACK,SR（调度请求），CSI-Report（PMI，CQI等）上行物理信道上行物理信号止于至善97上行增加了PT-RS参考信号，用于高频场景下相位对齐SRS:Sounding参考信号提供给基站作为下行MIMO预编码的输入上行物理信号DMRSforPUSCHPUSCH的解调参考信号DMRSforPUCCHPUCCH的解调参考信号PT-RS相位跟踪参考信号PRACH信道介绍止于至善98小区搜索之后，UE通过随机接入过程与小区建立连接并取得上行同步PRACH信道：用于传输Preamble序列gNodeB通过测量Preamble获得其与UE之间的传播时延，并将uplinktiming信息通过timingadvancecommand告知UEPRACH资源:时域：时域位置（SystemFrame，Subframe，Slot，Symbol），长度，周期频域：起始RB、所占的RB数码域：Preamble序列PRACH前导由以下两部分组成:循环前缀（CP）及前导序列不同格式上的差异：CP长度不同，Sequence长度不同，GP长度不同，序列重复次数不同PRACH信道介绍止于至善99随机接入过程适用于各种场景，如初始接入、切换和重建等。随机接入提供基于竞争和基于非竞争的接入。PRACH信道传送的信号是ZC（Zadoff-Chu）序列生成的随机接入前导，随机接入前导基本格式：PRACH信道格式–长格式序列止于至善100按照Preamble序列长度，分为长序列和短序列两类前导长序列沿用LTE设计方案，共4种格式，不同格式下支持最大小区半径和典型场景如下Format序列长度子载波间隔时域总长占用带宽最大小区半径典型场景08391.25kHz1.0ms1.08MHz14.5km低速&高速，常规半径18391.25kHz3.0ms1.08MHz100.1km超远覆盖28391.25kHz3.5ms1.08MHz21.9km弱覆盖38395.0kHz1.0ms4.32MHz14.5km超高速PRACH信道格式–短格式序列止于至善101短序列为NR新增格式，R15共9种格式，子载波间隔Sub6G支持{15,30}kHz，above6G支持{60,120}kHzFormat序列长度子载波间隔时域总长占用带宽最大小区半径典型场景A113915·2μ(μ=0/1/2/3)0.14/2μms2.16·2μMHz0.937/2μkmsmallcellA213915·2μ0.29/2μms2.16·2μMHz2.109/2μkmNormalcellA313915·2μ0.43/2μms2.16·2μMHz3.515/2μkmNormalcellB113915·2μ0.14/2μms2.16·2μMHz0.585/2μkmsmallcellB213915·2μ0.29/2μms2.16·2μMHz1.054/2μkmNormalcellB313915·2μ0.43/2μms2.16·2μMHz1.757/2μkmNormalcellB413915·2μ0.86/2μms2.16·2μMHz3.867/2μkmNormalcellC013915·2μ0.14/2μms2.16·2μMHz5.351/2μkmNormalCellC213915·2μ0.43/2μms2.16·2μMHz9.297/2μkmNormalCellPUSCH-物理层处理过程止于至善102波形：和PDSCH不同，PUSCH可支持2种波形CP-OFDM：多载波波形（Transformprecodingdisabled），支持多流MIMODFT-s-OFDM：单载波波形（Transformprecodingenabled），仅支持单流，提升覆盖性能物理层处理过程：波形调制方式码字数层数RB资源分配峰均比PAPR应用场景CP-OFDMQPSK、16QAM、64QAM、256QAM11~4连续/非连续高近、中点DFT-s-OFDMπ/2-BPSK、QPSK、16QAM、64QAM、256QAM11连续低远点（通过较低的PAPR获得功率回退增益）ScramblingScramblingModulationma