3GPP TS 38.201 物理層概述

1. 通用協議體系結構

本規範中描述的無線電接口包括用戶設備(UE)和網絡之間的接口。無線電接口由1、2、3層組成。TS 38.200系列描述了第1層(物理層)規範。

在這裏插入圖片描述

圖1.圍繞物理層的無線接口協議架構

物理層與第2層的介質訪問控制(MAC)子層和第3層的無線電資源控制(RRC)層連接。不同層/子層之間的圓圈表示服務訪問點(SAP)。物理層提供了到MAC子層的傳輸信道。 傳輸信道的特徵在於如何通過無線電接口傳輸信息。 MAC子層爲第2層的無線鏈路控制(RLC)子層提供了不同的邏輯信道。邏輯信道的特徵在於傳輸的信息類型

從協議棧角度來看,邏輯信道是MAC層和RLC層之間的,傳輸信道是物理層和MAC層之間的,物理信道是物理層的。

邏輯信道,關注的是傳輸什麼內容,什麼類別的信息。信息首先要被分爲兩種類型:控制消息(控制平面的信令,如廣播類消息、尋呼類消息)和業務消息(業務平面的消息,承載着高層傳來的實際數據)。邏輯信道是高層信息傳到MAC層的SAP。

傳輸信道,關注的是怎樣傳?形成怎樣的傳輸塊(TB)?不同類型的傳輸信道對應的是空中接口上不同信號的基帶處理方式,如調製編碼方式、交織方式、冗餘校驗方式、空間複用方式等內容。根據對資源佔有的程度不同,傳輸信道還可以分爲共享信道和專用信道。前者就是多個用戶共同佔用信道資源,而後者就是由某一個用戶獨佔信道資源。

與MAC層強相關的信道有傳輸信道和邏輯信道。傳輸信道是物理層提供給MAC層的服務,MAC可以利用傳輸信道向物理層發送和接受數據;而邏輯信道則是MAC層向RLC層提供的服務,RLC層可以使用邏輯信道向MAC層發送和接受數據。MAC層一般包括很多功能模塊,如傳輸調度模塊、MBMS(多媒體廣播組播業務)功能模塊、傳輸塊TB產生模塊等。經過MAC層處理的消息向上傳給RLC層的業務接入點,要變成邏輯信道的消息;向下傳送到物理層的業務接入點,要變成傳輸信道的消息。

物理層可以向更高的層提供數據傳輸服務,通過使用經過MAC子層的傳輸信道來訪問這些服務。

2. 物理層概述

2.1 多址接入

NR物理層的多址接入方案是基於帶循環前綴(CP)的正交頻分複用(OFDM),對於上行鏈路,還支持帶有CP的離散傅里葉變換擴展正交頻分複用(DFT-s-OFDM)。爲了支持成對和非成對頻譜的傳輸,同時啓用了頻分雙工(FDD)和時分雙工(TDD)。

基於資源塊並以帶寬不可知的方式定義第1層,從而使NR第1層適應各種頻譜分配。一個資源塊(RB)由具有給定子載波間隔的12個子載波組成。無線電幀時長爲10ms,由10個子幀組成,子幀時長爲1ms。子幀由一個或多個相鄰時隙組成,每個時隙具有14個相鄰符號。(子幀是時域上的概念,子載波是頻域上的概念

2.2 物理信道和調製

物理信道,就是信號在無線環境中傳送的方式,即空中接口的承載媒體。物理信道對應的是實際的射頻資源,如時隙(時間)、子載波(頻率)、天線口(空間)。物理信道就是確定好編碼交織方式、調製方式,在特定的頻域、時域、空域上發送數據的無線通道。根據物理信道所承載的上層信息不同,定義了不同類型的物理信道。

下行鏈路物理信道包括:物理下行共享信道(PDSCH)、物理下行控制信道(PDCCH)、物理廣播信道(PBCH),支持的調製方式有:QPSK,16QAM,64QAM和256QAM。

上行鏈路物理信道包括:物理上行共享信道(PUSCH)、物理上行控制信道(PUCCH)、物理隨機接入信道(PRACH),支持的調製方式有:QPSK,16QAM,64QAM,256QAM(對於OFDM多址接入方案)或者π/2-BPSK,QPSK,16QAM,64QAM,256QAM(對於DFT-s-OFDM多址接入方案)。

此外,信號被定義參考信號、主同步信號和輔同步信號。

信道與信號的概念區別:信道(Channel),就是信息的通道。不同信息類型需要經過不同的處理過程。信道就是信息處理流程,層一、二、三相互配合支撐。信道強調的是各個層之間不同信息類型的處理過程;信號(Signal),物理信號是物理層產生並使用的、有特定用途的一些無線資源粒(Resource Element,RE)。物理信號不攜帶從高層而來的任何信息,它們對高層而言不是直接可見的,即不存在高層信道的直接映射關係。

2.3 信道編碼

傳輸塊的信道編碼方案是準循環LDPC碼,具有2個基本圖,每個基本圖具有8個奇偶校驗矩陣。一個基本圖用於大於特定大小的碼塊或初始傳輸速率高於閾值的碼塊; 否則,將使用另一個基本圖。在LDPC編碼之前,對於較大的傳輸塊,將其分割成多個大小相同的碼塊。物理廣播信道(PBCH)和控制信道採用的編碼方案是基於嵌套序列的極化碼(Polar)。支持三種速配匹配方案:打孔(puncturing),縮短( shortening)和重複(repetition)

2.4 物理層過程

物理層過程主要包括:小區搜索、功率控制、上行同步和上行定時控制、隨機接入相關流程、HARQ相關流程、波束管理和CSI相關流程。通過對物理層資源在頻域、時域和功率域的控制,NR系統隱式地支持干擾協調功能。

2.5 物理層測量

無線電特性由UE和網絡測量,並向更高層報告。包括頻內和頻間切換,RAT間切換,定時測量和RRM測量。定義RAT間切換的測量是爲了支持切換到E-UTRA。(RAT:無線接入技術;RRM:無線資源管理;E-UTRA:演進的通用地面無線接入)

3. 物理層規範結構關係

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圖2.物理層規範間的關係
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