NR 5G L1物理層

波形，數學原理和框架結構

下行鏈路傳輸波形是使用循環前綴的傳統OFDM。 上行鏈路傳輸波形是使用循環前綴的常規OFDM，其中變換預編碼功能執行可以被禁用或啓用的DFT擴展。
具有可選 DFT 擴展的 CP-OFDM 的發送器框圖：

參數配置基於指數可擴展的子載波間隔（f = 2 µ ×15 kHz，μ= {0,1,3,4}用於PSS，SSS和PBCH，μ= {0,1,2,3所有子載波間隔均支持普通CP，μ= 2支持擴展CP，12個連續子載波構成物理資源塊（PRB），載波上最多支持275個PRB。
支持的傳輸 參數配置 :

1、UE可以配置有給定分量載波上的一個或多個帶寬部分，其中每個只有一個可以是活動的； 有效帶寬部分定義UE在小區的工作帶寬內的工作帶寬。 對於初始接入，並且直到接收到UE在小區中的配置，使用從系統信息檢測到的初始帶寬部分。
2、下行鏈路和上行鏈路傳輸被組織成具有10ms持續時間的幀，由10個1ms子幀組成。 每幀被分成兩個大小相等的半幀，每個半幀有五個子幀。 時隙持續時間是具有正常CP的14個符號和具有擴展CP的12個符號，並且作爲所使用的子載波間隔的函數在時間上縮放，使得在子幀中始終存在整數個時隙。
3、定時提前TA用於相對於下行鏈路幀定時調整上行鏈路幀定時。
上行鏈路 - - 下行鏈路時序關係：

4、支持在配對和非配對頻譜上的操作。

下行

下行傳輸方案

1、物理下行鏈路共享信道（PDSCH）支持基於閉環解調參考信號（DMRS）的空間複用。 類型1和類型2 DMRS分別支持多達8個和12個正交DL DMRS端口。 對於SU-MIMO，每個UE支持多達8個正交DL DMRS端口，並且MU-MIMO支持每個UE多達4個正交DL DMRS端口。 SU-MIMO碼字的數量是1-4層傳輸的數量，而2-8層傳輸的數量是2。
2、使用相同的預編碼矩陣發送DMRS和對應的PDSCH，並且UE不需要知道預編碼矩陣來解調傳輸。 發射機可以針對傳輸帶寬的不同部分使用不同的預編碼器矩陣，從而產生頻率選擇性預編碼。 UE還可以假設在表示爲預編碼資源塊組（PRG）的一組物理資源塊（PRB）上使用相同的預編碼矩陣。
3、支持時隙中2到14個符號的傳輸持續時間。
4、支持具有傳輸塊（TB）重複的多個時隙的聚合。

物理下行鏈路共享信道的物理層處理

傳輸信道的下行物理層處理包括以下步驟：

• 傳輸塊CRC附件;
• 代碼塊分割和代碼塊CRC附件;
• 信道編碼：LDPC編碼;
• 物理層混合ARQ處理;
• 速率匹配;
• 擾;
• 調製：QPSK，16QAM，64QAM和256QAM;
• 圖層映射;
• 映射到分配的資源和天線端口。
  UE可以假設在其中將PDSCH發送到UE的每個層上存在具有解調參考信號的至少一個符號，並且可以由更高層配置多達3個附加DMRS。
  可以在附加符號上發送相位跟蹤RS以幫助接收機相位跟蹤。

物理下行控制信道

物理下行鏈路控制信道（PDCCH）可以用於在PUSCH上調度PDSCH和UL傳輸上的DL傳輸，其中PDCCH上的下行鏈路控制信息（DCI）包括：

• 至少包含調製和編碼格式，資源分配以及與DL-SCH相關的混合ARQ信息的下行鏈路指配;
• 上行鏈路調度許可至少包含與UL-SCH相關的調製和編碼格式，資源分配和混合ARQ信息。
  除了調度之外，還可以使用PDCCH
• 用配置的授權激活和去激活配置的PUSCH傳輸;
• PDSCH半持續傳輸的激活和去激活;
• 通知一個或多個UE時隙格式;
• 向UE通知UE可以假設沒有傳輸的PRB和OFDM符號的一個或多個UE;
• 用於PUCCH和PUSCH的TPC命令的傳輸;
• 用於一個或多個UE的SRS傳輸的一個或多個TPC命令的傳輸;
• 切換UE的有效帶寬部分;
• 啓動隨機接入流程。
  UE根據相應的搜索空間配置在一個或多個配置的COntrol REsource SET（CORESET）中監視配置的監視時機中的一組PDCCH候選。
  CORESET由一組PRB組成，其持續時間爲1到3個OFDM符號。 資源單元資源單元組（REG）和控制信道單元（CCE）在CORESET內定義，每個CCE包括一組REG。 控制信道由CCE的聚合形成。 通過聚合不同數量的CCE來實現控制信道的不同碼率。 CORESET支持交錯和非交錯CCE到REG映射。
  極化編碼用於PDCCH。
  承載PDCCH的每個資源單元組攜帶其自己的DMRS。
  QPSK調製用於PDCCH。

同步信號和PBCH

同步信號和PBCH塊（SSB）由主同步信號和輔助同步信號（PSS，SSS）組成，每個信號佔用1個符號和127個子載波，PBCH跨越3個OFDM符號和240個子載波，但在一個符號上留下未使用的部分SSS的中間部分如下圖所示。
SSB 的時頻結構：

SSB的週期性可以由網絡配置，SSB可以發送的時間位置由子載波間隔確定。
在載波的頻率範圍內，可以發送多個SSB。這些SSB的PCI不必是唯一的，即不同的SSB可以具有不同的PCI。但是，當SSB與RMSI相關聯時，SSB對應於具有唯一NCGI的單個單元。 這種SSB稱爲小區定義SSB（CD-SSB）。 PCell始終與位於同步柵格上的CD-SSB相關聯。
極化編碼用於PBCH。
除非網絡已經將UE配置爲採用不同的子載波間隔，否則UE可以假設SSB的頻帶特定的子載波間隔。
PBCH符號攜帶其自己的頻率複用DMRS。
QPSK調製用於PBCH。

物理層流程

鏈路適配
具有各種調製方案和信道編碼率的鏈路自適應（AMC：自適應調製和編碼）被應用於PDSCH。 將相同的編碼和調製應用於屬於在一個TTI內和在MIMO碼字內調度給一個用戶的相同L2 PDU的所有資源塊組。
對於信道狀態估計目的，UE可以被配置爲測量CSI-RS並基於CSI-RS測量來估計下行鏈路信道狀態。 UE將估計的信道狀態反饋給gNB以用於鏈路自適應。
功率控制
可以使用下行鏈路功率控制。
小區搜索
小區搜索是UE獲取與小區的時間和頻率同步並檢測該小區的小區ID的過程。 NR小區搜索基於位於同步柵格上的主要和輔助同步信號以及PBCH DMRS。
HARQ
支持異步增量冗餘混合ARQ。 gNB在DCI中動態地或在RRC配置中半靜態地向UE提供HARQ-ACK反饋定時。
UE可以被配置爲接收基於碼塊組的傳輸，其中可以調度重傳以攜帶TB的所有碼塊的子集。
接收SIB1
PBCH上的MIB向UE提供用於監視PDCCH的參數，用於調度承載SIB1的PDSCH。 PBCH還可以指示不存在關聯的SIB1，在這種情況下，UE可以指向從哪裏搜索與SIB1相關聯的同步信號和PBCH塊的另一頻率以及UE可以假設的頻率範圍。不存在與SIB1相關聯的同步信號和PBCH塊。 所指示的頻率範圍被限制在檢測到同步信號和PBCH塊的同一運營商的連續頻譜分配內。

上行

上行傳輸方案

1、PUSCH支持兩種傳輸方案：基於碼本的傳輸和基於非碼本的傳輸。
2、對於基於碼本的傳輸，gNB在DCI中向UE提供發送預編碼矩陣指示。 UE使用該指示從碼本中選擇PUSCH發送預編碼器。 3、對於基於非碼本的傳輸，UE基於來自DCI的寬帶SRI字段確定其PUSCH預編碼器。
4、PUSCH支持基於閉環DMRS的空間複用。 對於給定的UE，支持多達4層傳輸。 代碼字的數量是一個。 當使用變換預編碼時，僅支持單個MIMO層傳輸。
5、支持時隙中1到14個符號的傳輸持續時間。
6、支持TB重複的多個時隙的聚合。
7、支持兩種類型的跳頻，時隙內跳頻，以及在時隙聚合的情況下，時隙間跳頻。
8、可以在PDCCH上使用DCI調度PUSCH，或者可以在RRC上提供半靜態配置的授權，其中支持兩種類型的操作：

• 使用DCI觸發第一PUSCH，隨後在DCI上接收到RRC配置和調度之後的PUSCH傳輸，或者
• 通過數據到達UE的發送緩衝器來觸發PUSCH，並且PUSCH傳輸遵循RRC配置。

物理上行鏈路共享信道的物理層處理

傳輸信道的上行鏈路物理層處理包括以下步驟：

• Transport Block CRC附件;
• 代碼塊分割和代碼塊CRC附件;
• 信道編碼：LDPC編碼;
• 物理層混合ARQ處理;
• 速率匹配;
• 擾;
• 調製：π/ 2 BPSK（僅限變換預編碼），QPSK，16QAM，64QAM和256QAM;
• 層映射，變換預編碼（通過配置啓用/禁用）和預編碼;
• 映射到分配的資源和天線端口。
  UE在發送PUSCH的每個跳頻點上的每個層上發送具有解調參考信號的至少一個符號，並且可以由更高層配置多達3個附加DMRS。
  可以在附加符號上發送相位跟蹤RS以幫助接收機相位跟蹤。

物理上行控制信道

物理上行鏈路控制信道（PUCCH）攜帶從UE到gNB的上行鏈路控制信息（UCI）。 存在五種格式的PUCCH，這取決於PUCCH的持續時間和UCI有效載荷大小。

• 格式＃0：具有最多2比特的小UCI有效載荷的1或2個符號的短PUCCH，其中UE複用容量高達6個UE，在同一PRB中具有1比特有效載荷;
• 格式＃1：4-14個符號的長PUCCH，具有最多兩個比特的小UCI有效載荷，其中UE複用容量高達84個UE而沒有跳頻，36個UE在同一個PRB中具有跳頻;
• 格式＃2：具有大於兩個比特的大UCI有效載荷的1或2個符號的短PUCCH，在相同PRB中沒有UE複用能力;
• 格式＃3：具有大UCI有效載荷的4-14個符號的長PUCCH，在相同PRB中沒有UE複用能力;
• 格式＃4：具有中等UCI有效載荷的4-14個符號的長PUCCH，在相同PRB中具有多達4個UE的複用容量。
  最多兩個UCI比特的短PUCCH格式基於序列選擇，而多於兩個UCI比特的短PUCCH格式頻率複用UCI和DMRS。 長PUCCH格式對UCI和DMRS進行時間複用。 對於長PUCCH格式以及持續時間爲2個符號的短PUCCH格式，支持跳頻。
  可以在多個時隙上重複長PUCCH格式。
  當UCI和PUSCH傳輸在時間上一致時，由於UL-SCH傳輸塊的傳輸或者由於在沒有UL-SCH傳輸塊的情況下觸發A-CSI傳輸，支持在PUSCH中的UCI複用：
• 通過打孔PUSCH複用攜帶1或2比特的HARQ-ACK反饋的UCI;
• 在所有其他情況下，UCI通過速率匹配PUSCH複用。
  UCI包含以下信息：
• CSI;
• ACK/NAK;
• 調度請求。
  QPSK和π/ 2 BPSK調製可用於具有多於2比特信息的長PUCCH，QPSK用於具有多於2比特信息的短PUCCH，並且BPSK和QPSK調製可用於具有多達2個信息的長PUCCH位。
  變換預編碼應用於長PUCCH。
  用於上行鏈路控制信息的信道編碼在表中描述：
  

隨機接入

支持兩種不同長度的隨機接入前導序列。 應用長序列長度839，子載波間隔爲1.25和5kHz，短序列長度139應用子載波間隔15,30,60和120kHz。 長序列支持無限制集和類型A和類型B的受限集，而短序列僅支持不受限制的集。
利用一個或多個PRACH OFDM符號以及不同的循環前綴和保護時間來定義多個PRACH前導碼格式。 要使用的PRACH前導碼配置在系統信息中提供給UE。
UE基於最近的估計路徑損耗和功率斜坡計數器來計算用於重傳前導碼的PRACH發送功率。 如果UE進行波束切換，則功率斜坡的計數器保持不變。
系統信息爲UE提供信息以確定SS塊與RACH資源之間的關聯。用於RACH資源關聯的SS塊選擇的RSRP閾值可由網絡配置。

物理層流程

鏈路適配
支持四種類型的鏈路自適應如下：

• 自適應傳輸帶寬;
• 自適應傳輸時長;
• 傳輸功率控制;
• 自適應調製和信道編碼率。
  對於信道狀態估計目的，UE可以被配置爲發送gNB可以用於估計上行鏈路信道狀態的SRS並且在鏈路自適應中使用該估計。
  上行鏈路功率控制
  gNB確定期望的上行鏈路發送功率，並向UE提供上行鏈路發送功率控制命令。 UE使用所提供的上行鏈路發射功率控制命令來調整其發射功率。
  上行鏈路時序控制
  gNB確定期望的定時提前設置並將其提供給UE。 UE使用所提供的TA來確定其相對於UE觀察到的下行鏈路接收定時的上行鏈路發送定時。
  HARQ
  支持異步增量冗餘混合ARQ。 gNB使用DCI上的上行鏈路授權來調度每個上行鏈路傳輸和重傳。
  UE可以被配置爲發送基於碼塊組的傳輸，其中可以調度重傳以攜帶傳輸塊的所有碼塊的子集。

載波聚合

載波聚合
在載波聚合（CA）中，聚合兩個或更多個分量載波（CC）。 UE可以根據其能力在一個或多個CC上同時接收或發送。 連續和非連續CC都支持CA. 部署CA時，幀定時和SFN在可以聚合的單元之間對齊。
增強上行鏈路
結合UL / DL載波對（FDD頻帶）或雙向載波（TDD頻帶），UE可以配置有附加的增強上行鏈路。 增強上行鏈路與聚合上行鏈路的不同之處在於UE可以被調度爲在增強的上行鏈路上或在被增強的載波的上行鏈路上發送，而不是同時在兩者上發送。

傳輸信道

物理層爲MAC和更高層提供信息傳輸服務。 物理層傳輸服務由數據通過無線接口傳輸的方式和特性來描述。對此的適當術語是“傳輸信道”。 這應該與傳輸的內容的分類明確分開，這與MAC子層的邏輯信道的概念有關。
下行鏈路傳輸信道類型是：

1. 廣播 信道 （ BCH ）的特點是：

• 固定的，預定義的傳輸格式;
• 請求在小區的整個覆蓋區域中廣播，要麼作爲單個消息，要麼通過波束形成不同的BCH實例。

2. 下行鏈路共享信道（ DL-SCH ）的特徵在於：

• 支持HARQ;
• 通過改變調製，編碼和發射功率來支持動態鏈路自適應;
• 可以在整個小區中播放;
• 使用波束成形的可能性;
• 支持動態和半靜態資源分配;
• 支持UE不連續接收（DRX）以實現UE電量節省;

3. 尋呼信道（ PCH ）的特點是：

• 支持UE不連續接收（DRX）以實現UE電量節省（DRX週期由網絡指示給UE）;
• 請求在小區的整個覆蓋範圍內廣播，要麼作爲單個消息，要麼通過波束形成不同的BCH實例;
• 映射到物理資源，也可以動態地用於流量/其他控制信道。
  上行鏈路傳輸信道類型是：

1. 上行鏈路共享信道（ UL-SCH ）的特徵在於：

• 使用波束成形的可能性;
• 通過改變發射功率和潛在的調製和編碼來支持動態鏈路自適應;
• 支持HARQ;
• 支持動態和半靜態資源分配。

2. 隨機接入信道（ RACH ）的特徵在於：

• 有限的控制信息;
• 碰撞風險。