5G NR中物理層信號傳輸過程

NR中物理層信號傳輸過程:

下面就簡單介紹一下在5G中物理層的信號是怎樣的一個完整的傳輸過程,爲了能有一個宏觀上的概念。這裏只講procedure,不具體到很細節的內容。在學習的過程中我也有很多模糊和理解不到位的地方,歡迎大家和我一起討論。
涉及到高層的這裏不介紹,物理層處理的起點是MAC層傳下來的TB終點是生成基帶OFDM信號,然後將基帶OFDM信號變成射頻信號,通過天線發射出去。這個過程涉及到很多步驟,參考下面這個圖。
在這裏插入圖片描述

TB到CW

1、TB是指傳輸塊,MAC發往物理層的組織形式,都是一些01信息。TB第一步要經過CRC循環冗餘校驗。CRC就是加入了一定的冗餘信息以保證你的信息具有一定的檢錯或者糾錯能力,說白了就是一種信元編碼。就好像你寫了一封信,正經的內容寫完了,你又加了一句:“如果你收到信的時候信封被拆封了,那麼說明我的信已經被別人看了,你最好給我回個電話”一樣。

2、從高層下來的TB有時會過大,那麼過大的TB就要經過碼塊分割,分割爲適合下一步處理的大小,要注意分割之後還要加CRC。

3、分割後的碼塊要經過信道編碼,就比如漢明碼、卷積碼、Turbo碼、Polar碼等,使得接收端可以檢測或者糾正傳輸中發生的錯誤,實現了可靠傳輸。

4、編碼後的信號,有時太多,分給它的資源卻太少或信號太少,分的資源太多,那麼就要進行速率匹配,以實現信息和資源的匹配。簡單說就是信息多了就扔掉一些,信息少了就重複一些。

5、速率匹配後的碼塊,從一個個的單個碼塊又串聯在一起,形成的就是碼字CW(code word)。

說白了碼字codeword其實就是TB的變形。

MIMO、OFDM實現過程

1、此時的碼字仍然是一個個的0和1,這些0和1要進行擾碼操作。擾碼就是將信息bit和擾碼序列相乘得到新的加擾後的序列。擾碼序列會根據小區ID、子幀編號和UE ID的不同而不同,在5G中,由於不再是LTE那樣以子幀爲單位進行調度,而是以符號爲單位,所以5G中擾碼序列一般不再與時域的信息有關。進行加擾的目的就是上行避免不同的UE之間的干擾,下行避免不同的小區之間的干擾。
2、加擾後的bit要進行調製,如下圖
在這裏插入圖片描述
從此從0和1的bit變爲複數值。5G中多數採用QAM調製,就是用不同的幅度和相位表示不同的01 bit,在數學表達上,調製後的符號可以表示爲複數值,圖中的I路和Q路分別是複數值的實部和虛部。具體的調製以及爲什麼要進行調製可以參考另一篇文章https://blog.csdn.net/m0_45416816/article/details/96572794
3、調製後得到的複數值信號,要進行層映射。現在的系統最多可以同時處理2個碼字,也就是說前面所說的從TB到CW的這個過程,目前可以有2個這樣的過程並行進行。所以在層映射的過程中,包括1個碼字的映射和2個碼字的映射。這裏所說的1個碼字或者2個碼字,指定是碼字流,也就是一串碼字流或是兩串碼字流。單碼字流最多可以映射到4層,雙碼字流最多可以映射到8層。從協議38211中直接把層映射的表格拿過來如下。從表中可以很清楚的瞭解層映射的方式,以單碼字映射到3個層爲例,映射方式就是把碼字按順序分到層1一個、層2一個、層3一個,然後又層1一個、層2一個…雙碼字映射方式與單碼字類似,以雙碼字映射到7個層爲例,碼字流1映射到層1一個、層2一個、層3一個,然後又層1一個、層2一個… 碼字流2映射到層1一個、層2一個、層3一個、層4一個,然後又層1一個、層2一個…
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4、層映射之後的複數值信息進行預編碼,就是將各層輸出的結果看做一個向量,與一個預編碼矩陣相乘,得到預編碼的結果就可以直接進行天線端口映射了。這部分內容可以參考38211中6.3.1.5。層映射和預編碼兩步合起來,其實就是爲了將碼字映射到各個天線端口上進行發射。這裏就涉及到物理天線數和天線端口數,因爲在4G和5G中,多天線系統是爲了將信號除了頻域分集、時域分集以外,在加入空間分集,也就是不同的信號走不同的路。物理天線數就是多天線系統中實際的天線個數,決定了空間分集的理論上限,但如果不同的物理天線所形成的“路”太近了,那麼也就失去了空間分集的意義,此時不同的物理天線就是一條“路”,所以天線端口數就是實際的“路”的多少。也就是天線端口數≤物理天線數。
5、從一個天線端口出來的一系列複數信號,每個複數信號都與一個子載波相乘,然後一系列子載波相加,就可以得到一個OFDM符號。過程可以這麼描述,但在實際中,子載波也是複數信號,是一個復指數信號,根據歐拉公式,也有實部和虛部,分別是一個sin函數和一個cos函數,在設備中存在的形式其實是一張表,這張表給出了每個採樣時刻每個子載波的sin函數和cos函數的幅值。天線端口的複數信號和表中的值進行相乘,所有相乘的結果再相加,就是某一個採樣時刻的OFDM符號的幅值。一系列採樣時刻的OFDM符號的幅值構成OFDM符號,該數字符號再經過D/A轉換、功放、射頻等一系列操作最終發射出去。當然後面這些都是實現上的問題。至於採樣間隔具體是多少,和什麼有關係,也可以參考我的另一篇文章https://blog.csdn.net/m0_45416816/article/details/98349772

這就是宏觀上物理層的信號過程的一個簡單描述,每個單獨的部分又有很多的知識。

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