5G-NR物理层过程(控制)
3GPP 5G NR物理层关键技术综述
3GPP 5G NR物理层关键技术综述作者：黄陈横来源：《移动通信》2018年第10期【摘要】第五代（5G）移动通信技术被称为新型无线空口，主要满足三大应用场景的通信需求，即增强型移动宽带（eMBB）、超可靠低时延通信（uRLLC）以及海量机器通信（mMTC）。
其使用的关键技术包括超精简传输、低时延设计、大规模MIMO以及高低频范围内灵活的频谱使用方式等。
根据3GPP TS 38系列的最新技术规范，重点介绍了5G NR层1的关键技术，侧重于与4G LTE的比较，并通过描述5G NR的基本概念，详细解释物理信道和参考信号的设计原理，分享当前5G标准化的最新成果。
新型无线空口；增强型移动宽带；超可靠低时延通信；海量机器通信；物理层【关键词】doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2018.10.001 中图分类号：TN929.5 文献标志码：A 文章编号：1006-1010（2018）10-0001-08引用格式：黄陈横. 3GPP 5G NR物理层关键技术综述[J]. 移动通信， 2018，42（10）： 1-8.1 引言第五代（5G）移动通信技术被称为新型无线空口（New Radio，NR），可以满足国际电信联盟（ITU）对IMT-2020设定的性能要求[1]。
在完成了5G需求的初步调研后[2-4]，3GPP于2017年3月批准成立了NR规范制定的工作组，其研究的内容将加入到3GPP Release 15[5]（以下简称R15）中发布。
R15计划于2018年12月冻结，增加的内容将包括更多架构选项，例如将5G基站节点（gNB）连接到演进分组核心（EPC）并且在多连接模式下实现NR和LTE互操作的可能性，其中NR是主节点，LTE是次节点。
NR可实现的功能包括超精简传输[6]、低时延支持、大规模MIMO以及高低频范围内灵活的频谱使用方式（包括高频和低频之间的交互使用以及动态时分复用（TDD）等）。
5G(NR)网络中逻辑信道、传输信道和物理信道及映射
在5G(NR)网络中媒体接入控制层MAC)是为无线链路控制(RLC)层提供服务的逻辑信道。
逻辑信道根据它所携带信息类型定义一般被分为:控制信道（用于传输控制和配置信息）和传输信道（用于用户数据的传输）。
1.5G(NR)网络中的逻辑信道o BCCH（广播控制信道）：用于传送系统信息从网络到小区覆盖用户端的传输。
在接入网络前，用户需获取系统信息来获取系统配置。
BCCH信道用于5G(NR) 的独立(SA)组网方式，对于非独立组网(NSA)，系统信息由LTE小区提供，没有BCCH。
o PCCH（寻呼控制信道）：这是用来寻呼终端的信道，其所属小区网络侧并不知道。
因此，寻呼消息在多个小区中发送。
与BCCH PCCH相同用于独立(SA)组网，对于非独立组网(NSA) ，寻呼消息由LTE小区提供，没有PCCH.。
o CCCH（公共控制信道）：它是用来传输对UE接入进行控制信息的信道；o DCCH(专用控制信道)：它用于对UE进行专门控制信息传送/ 接收的信道。
这个信道用于（UE单独）专用配置的信道，如不同的层参数设置不同。
o DTCH(专用传输信道)：它用于将用户数据传送/接收到用户终端。
这是传输所有（用户）单独上行和下行用户数据的逻辑信道。
2.5G(NR)网络中的传输信道传输信道是通过无线接口传输信息的方式和特点。
在物理层，MAC层均以传输信道的形式进行服务。
传输信道上的数据被编排成传输块。
o BCH(广播信道)：它用于传输BCCH系统信息，也就是主信息块(MIB)。
根据规范它有一个固定的传输格式；o PCH(寻呼信道)：用于从PCCH逻辑信道下发寻呼信息。
PCH支持不连续接收(DRX)，允许设备在预定的时间瞬间唤醒接收PCH消息以节省电池电量。
o DL-SCH(下行共享信道):这是5G(NR)传输下行数据的主要传输信道。
它支持动态速率自适应和信道调度、HARQ和空间复用等关键特性。
DL-SCH还用于传输某些部分没有映射到BCH的BCCH系统信息。
5g物理信道过程
5G物理信道过程包括以下步骤：
1. TB到CW：传输块（TB）是物理层接收到的原始数据块，需要进行CRC循环冗余校验，以确保信息的完整性。
如果CRC校验失败，则可能会进行重传或者丢弃该数据块。
2. 码块分割：如果TB过大，需要将其分割为适合下一步处理的大小。
分割后的码块还需要进行CRC校验。
3. 信道编码：对编码后的信号进行速率匹配，以实现信息和资源的匹配。
这可以通过例如汉明码、卷积码、Turbo码、Polar码等方式实现。
4. 比特级处理和符号级处理：在物理信道传输的实际过程中，需要对信号进行比特级处理和符号级处理。
比特级处理包括在二进制比特数字流上添加CRC校验，并进行信道编码、交织、速率匹配、加扰等。
符号级处理则包括调制、层映射、预编码、资源块映射、天线发送等。
请注意，以上信息仅供参考，可以查阅与5G物理信道相关的专业书籍或者咨询通信领域专业人士获取更全面和准确的信息。
5GNR物理层5GPHY层概述
5GNR物理层5GPHY层概述简介：2017年12⽉发布了第⼀个规范，该规范⽀持NSA（⾮独⽴），其中符合5G规范的UE依赖现有LTE进⾏初始访问和移动性。
2018年6⽉，SA版本的5G NR规格已完成，可独⽴于LTE运⾏。
5G NR技术有3个不同的⽤例，即。
eMBB（增强型移动宽带），mMTC（⼤型机器类型通信）和URLLC（超可靠的低延迟通信）。
3GPP TS 38.200系列⽂档中指定了5G PHY层。
5G NR⽹络即有两个主要组成部分。
UE（即移动⽤户）和gNB（即基站）。
5G NR⽀持两个频率范围FR1（低于6GHz）和FR2（毫⽶波范围，24.25⾄52.6 GHz）。
NR使⽤从LTE中使⽤的基本15 KHz⼦载波间隔中得出的灵活⼦载波间隔。
因此，选择CP长度。
µΔF= 2 µ 0.15循环前缀015KHz普通的130 KHz普通的260KHz普通，扩展3120KHz普通的4240KHz普通的5480KHz普通的⼀个5G NR帧的持续时间为10ms。
⼀帧具有10个⼦帧，每个⼦帧具有1ms的持续时间。
每个⼦帧的时隙数取决于⼦载波间隔。
根据循环前缀类型，每个时隙可以具有14个OFDM符号或12个OFDM符号。
对于15 KHz为1 ms，对于30 KHz为500 µs，依此类推。
15 KHz的⼦载波间隔每个⼦帧占⽤1个时隙，30 KHz的⼦载波间隔每个⼦帧占⽤2个时隙，依此类推。
每个时隙分别基于正常CP和扩展CP占⽤14个OFDM符号或12个OFDM符号。
每个5G NR帧被分为两个相等⼤⼩的半帧，每个半帧中有5个⼦帧。
半帧-0由⼦帧0⾄4组成，半帧1由⼦帧5⾄9组成。
上⾏链路帧i在下⾏链路帧i之前的提前的开始时间为T TA 。
T TA =（N TA + N TA，偏移量）* Tc其中，物理层时间单位Tc = 1 /（Δfmax* Nf）Δfmax= 480 KHz，Nf = 4096Tc = 0.509 ns 在时域中称为采样时间K = LTE采样时间/ 5G NR采样时间= Ts / Tc➤K= 64N TA，偏移量在TS 38.133⽂件中按表7.1.2-2定义。
5G NR详解,看完秒变大神
20年前，人们远程沟通的方式是打电话， 10年前是打电话、PC上网视频聊天，5年前随着移动宽带的飞速发展，绝大部分的应用开始通过移动宽带（MBB）来实现。
手机逐渐成为人们日常不可分开的部分，吃饭玩“吃鸡”、走路“打农药”、出行共享单车、购物扫码，可以随时随地享受移动宽带开来的便利与娱乐体验。
也就是我们所说的，无线通信在2G时代是语音，3G时代是数据，4G时代是移动宽带MBB。
天下功夫，唯快不破！ 5G时代的eMBB（增强移动宽带）业务，可以带你体验20Gbps的峰值速率，AR/VR, 超高清视频直播等；uRLLC（超高可靠超低时延通信）业务，可以带你体验炫酷的无人驾驶、远程驾驶；mMTC(大规模机器通信)业务，可以通过打造智能工厂、智慧城市、智慧农业等实现万物互联。
今天，工信部IMT-2020(5G)推进组正式发布了5G第三阶段研发试验规范，5G 第三阶段研发试验已启动。
该研发试验基于3GPP 5G标准，构建统一环境，开展系统验证，指导5G面向商用的产品研发，推动产品成熟和产业链协同。
该试验将对核心网、基站、终端和互操作性等支撑5G商用的关键特性进行测试验证，预计完成时间为2018年第4季度。
本阶段研发试验将基于3GPP最新发布的5G NSA标准开展测试验证工作。
简单来说NSA使用4G核心网（EPC），以4G作为控制面的锚点，采用LTE 与 5G NR（New Radio，新空口）双连接的方式，利用现有的LTE网络部署5G，以满足领先运营商快速实现5G 部署的需求。
下面就让小编给大家具体讲讲有哪些创新性的新技术...全新频谱宽频支持大带宽兵马未动，粮草先行。
频谱是无线通信技术的基础资源。
未来全球5G先发频段是C-band （频谱范围为 3.3GHz-4.2GHz， 4.4GHz-5.0GHz）和毫米波频段26GHz/28GHz/39GHz。
相应地，3GPP量身打造了n77，n78，n79，n257，n258和n260。
5G物理层深度解析(下)
的关键参数是这种格式的子载波间隔较宽，达到5KHz，可以有效对抗多普勒频偏。 • Format2 长度为4.3ms，是中移推动的，这种格式强调加强前导序列的累计能量，从而可以对抗普通覆盖下
value Unrestrictedset
0
0
1
13
2
15
3
18
4
22
5
26
6
32
7
38
65
➢ 以L=839为例，逻辑根序列索引为20时，对应的u=2，下一个根序列索引 对应u=837，zeroCorrelationZoneConfig=6，即 NCS=32
➢ v=0,1.....,25 (839/32)下取整=26个循环移位 ➢ C v =0,32,64,....832
69
PRACH短格式
n 短序列：5G NR支持9种长度为139的Preamble格式，支持子载波间隔为 {15,30,60,120}KHz（低频FR1时支持15及30KHz，高频FR2时支持60,120KHz），短格式 不需要配置限制集，仅支持非限制集。
短序列的子载波间隔通过RACH参数msg1-SubcarrierSpacing配置
n ZC序列的定义
➢ ZC根序列的定义，长度为139或 839，u值由系统消息下发的逻辑 根索引配置值查表得出。
jui(i1)
xu(i) e LRA ,i 0,1,...,LRA 1
➢ 经过循环移位后的ZC序列集合。
5G-NR物理信道与调制
本文档仅用于通信从业者学习交流
Marshall：v1.0.0 版本已过时，5G NR 物理层规范已更新到 v1.1.0 版本。
帧结构与物理资源
一、概述
在本规范中，除非另有说明，在时域中的各个域的大小表示为若干时间单位
Ts=1/(Δfmax⋅ Nf)Ts=1/(Δfmax⋅ Nf)，其中Δfmax=480⋅ 103Δfmax=480⋅ 103 Hz ， Nf=4096Nf=4096 。 常 量 κ = Δ fmaxNf/( Δ frefNf,ref)=64 κ = Δ fmaxNf/( Δ frefNf,ref)=64 ， 其 中 Δ fref=15 ⋅ 103 Hz Δ fref=15 ⋅ 103 Hz ， Nf,ref=2048Nf,ref=2048。 二、波形参数 支持多种 OFDM 波形参数，如 Table 4.2-1 所示，其中载波带宽部分的μμ和 CP 由高
nPRB=⌊kNRBsc⌋nPRB=⌊kNscRB⌋ 载波带宽 part
对于给定的载波上的波形参数μiμi，载波带宽 part（bandwidth part，BWP）是一组 连续的 PRB。BWP 中的 RB 从 0 到 NμRB,x−1NRB,xμ−1 编号，其中 xx 表示 DL 或 UL，with NiBWPNBWPi being the offset between PRB 0 in the absolute resource block grid in clause 1.4.4 and PRB 0 in carrier bandwidth part number ii。BWP 中的 RB 数应满足 Nmin, μRB, x≤NμRB,x≤Nmax, μRB, xNRB, xmin, μ≤NRB,xμ≤
5GNR基本流程
5G NR基本流程5G NR的基本流程，包括随机接入流程、小区选择与重选流程、终端注册流程和PDU会话建立流程以及终端切换流程等。
1NR随机接入流程1.1 随机接入原理介绍5G NR随机接入流程的总体过程与LTE RACH非常相似。
LTE RACH和NR RACH之间的主要区别就在于UE发送随机接入前导（RACH Preamble）之前的过程。
由于波束赋形（BeamForming）在NR中是默认支持的，特别是在毫米波中，当NR运行在BeamForming模式下，UE在发起随机接入过程之前需要检测扫描SSB波束，并选择一个最强的SSB波束，再根据这个最强SSB波束选择关联的随机接入时机（RACH Occasion，RO）来发送前导（Preamble）。
另外，在发送随机接入前导之前，UE优先选择信号强度即RSRP值> Rsrp-ThresholdSSB（default，-120dBm，in SIB1）的SSB，如果没有的话任选一个SSB，否则UE不会发起随机接入过程。
5G NR支持下面两种类型的随机接入:基于非竞争的随机接入（Contention Free Random Access，CFRA），基站会明确通过RRC消息或PDCCH DCI指令，告诉UE在指定的PRACH信道时频资源上发送指定的Preamble，因此不会跟其他UE发生冲突。
基于竞争的随机接入（Contention Based Random Access，CBRA），UE从SIB1中广播的小区公用PRACH信道时频资源里面随机选择一个，来发送随机选择的前导序列，这样就有可能跟其他UE的选择发生冲突，也称竞争，可能包括PRACH时频资源冲突和前导冲突。
当冲突或竞争发生时，需要基站侧启用竞争解决机制决定哪个UE胜出。
1.2 随机接入过程①准备阶段：UE获取PRACH相关配置信息。
UE解调系统信息SIB1或者从RRC Connection Reconfiguration（NSA模式）消息获取如下与随机接入过程相关的配置信息。
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同步过程小区搜索小区搜索过程是UE获得和小区时间和频率同步，并检测物理层小区ID的过程。
为进行小区搜索，UE需接收下列同步信号：主同步信号（PSS）和辅同步信号（SSS）。
主辅同步信号在TS38.211中定义。
UE应假设PBCH、PSS和SSS在连续的OFDM符号内接收，并且形成SS/PBCH块。
对于半帧中的SS/PBCH块，候选SS/PBCH块的OFDM符号索引号和第1个OFDM 符号索引根据下列情况确定：o15KHz子载波间隔：候选SS/PBCH块的第1个OFDM符号有索引{2,8}+ 14*n。
对于载波频率小于等于3GHz，有n=0,1。
对于载波频率大于3GHz且小于6GHz，有n=0,1,2,3。
o30KHz子载波间隔：候选SS/PBCH块的第1个OFDM符号有索引{4,8,16,20} +28*n。
对于载波频率小于等于3GHz，有n=0。
对于载波频率大于3GHz且小于6GHz，有n=0,1。
o30KHz子载波间隔：候选SS/PBCH块的第1个OFDM符号有索引{2,8}+ 14*n。
对于载波频率小于等于3GHz，有n=0,1。
对于载波频率大于3GHz且小于6GHz，有n=0,1,2,3。
o120KHz子载波间隔：候选SS/PBCH块的第1个OFDM符号有索引{4,8,16, 20}+28*n。
对于载波频率大于6GHz，有n=0,1,2,3,5,6,7,8,10,11,12, 13,15,16,17,18。
o240KHz子载波间隔：候选SS/PBCH块的第1个OFDM符号有索引{8,12,16, 20,32,36,40,44}+56*n。
对于载波频率大于6GHz，有n=0,1,2,3,5,6,7, 8。
一个半帧中的候选SS/PBCH块在时域上以升序从0到L−1]L−1]进行编号。
对于L=4L=4或L>4L>4，UE应根据与每个半帧内SS/PBCH块索引一一对应的PBCH 中传输的DM-RS序列索引，分别确定SS/PBCH块索引的2或3个LSB比特。
对于L=64L=64，UE应根据高层参数[SSB-index-explicit]确定每个半帧内SS/PBCH块索引的3个MSB比特。
注：DM-RS序列索引在TS38.211中定义。
UE可通过参数[SSB-transmitted-SIB1]被配置，SS/PBCH块索引对于与SS/PBCH块对应重叠的REs，UE不应接收其他信号或信道。
UE也可通过高层参数[SSB-transmitted]在每个服务小区被配置，SS/PBCH块索引对于与SS/PBCH块对应重叠的REs，UE不应接收其他信号或信道。
[通过[SSB-transmitted]配置优先于通过[SSB-transmitted-SIB1]配置。
]注：May be removed and captured in38.211。
对于每个服务小区中SS/PBCH块的接收，UE可以在每个服务小区通过高层参数[SSB-timing]每半帧周期性地被配置。
如果对于SS/PBCH块的接收，UE没有每半帧被周期性配置，则UE应假设以半帧为周期。
UE应假设在服务小区中，对于所有SS/PBCH块，周期是相同的。
对于初始小区的选择，UE可以假设SS/PBCH块半帧出现的周期为2帧。
传输定时调整Timing for secondary cell activation/deactivation无线链路监测为了向高层指示失步/同时状态，UE应监测主小区的下行无线链路质量。
此处暂省略300+字，具体内容详见原文档。
[链路重配置过程]在一个服务小区内为了[RSRP x或SINR]测量，UE可以配置一组CSI-RS资源或一组SS/PBCH块索引。
UE应假设SCI-RS采用非零传输功率。
每个CSI-RS资源参数通过高层信令配置，这些参数包括：o[资源配置]o[周期]o[天线端口]o[传输功率]o[伪随机序列生成参数]o[QCL参数]o[…][Editor’s note:For reconfiguration request,there are also no existing agreements to describe preamble retransmissions,or the window for the UE to receive a response,or the configuration of the CORESET where the PDCCH scheduling the response is transmitted,etc.]上行功率控制物理上行共享信道UE behaviourPower headroom物理上行控制信道UE behaviour探测参考信号物理随机接入信道在时隙i i内，对于服务小区c c，UE通过下式确定PRACH传输功率：P PRACH,c(i)=min{P CMAX,c(i),P PRACH,target+PL c}PPRACH,c(i)=min{PCMAX,c (i),PPRACH,target+PLc}dBm其中P CMAX,c(i)PCMAX,c(i)是在TS38.133中定义的服务小区c c中在时隙i i的UE 传输功率，P PRACH,target PPRACH,target由高层参数[preambleReceivedTargetPower]提供，PL c PLc是UE计算对于服务小区c c的路径损耗，单位为dB。
为了确定P PRACH,c(i)PPRACH,c(i)，UE计算路径损耗PL c PLc。
路径损耗根据SS/PBCH块得到，即PL c PLc=SS/PBCHBlockPower–higher layer filtered RSRP，其中SS/PBCHBlockPower由[SystemInformationBlockType1]提供，RSRP在TS38.215中定义，高层滤波器配置在TS38.331中定义。
如果一个随机接入响应窗口内，如5.2小节中描述，UE不接收随机接入响应，随机接入响应包含了一个与UE发送的前导序列对应的前导ID，UE将为随后的PRACH传输确定传输功率，如果有的话。
[TS38.321]载波聚合双连接随机接入过程在进行初始化的物理随机接入过程之前，L1应该从高层接收一组SS/PBCH块索引，并且应向高层提供一组对应的RSRP测量。
在进行初始化的物理随机接入过程之前，L1应该从高层接收以下信息：o PRACH传输参数（PRACH前导格式，用于PRACH传输的时域和频域资源）o用于决定小区中根序列及其在前导序列集合中的循环移位值的参数（逻辑根序列表格索引、循环移位N CS NCS、集合类型（受限集合和非受限集合））从物理层来看，物理层随机接入过程包括PRACH中随机接入前导（Msg1）的发送，PDSCH（Msg2）中的随机接入响应（RAR），PUSCH中的Msg3和PDSCH中的Msg4。
批注：Tentatively,Msg3and Msg4will be described as part of theRA procedure due to various differences from PUSCH/PDSCHafter RRC connection.随机接入前导L1过程通过PRACH传输请求被触发，PRACH传输由高层来配置。
高层对PRACH传输的配置包括：o对于PRACH传输，高层参数[PRACH-config]提供的配置o对于PRACH传输，高层参数[PRACH-cell-idx]提供的服务小区索引o前导索引，PRACH格式，P PRACH,target PPRACH,target，相应的RA-RNTI，PRACH资源o[对于PRACH传输的重复次数，也作为请求的一部分由高层指示]A PRACH format is selected from the preamble sequence set for the corresponding preamble sequence length using the preamble index.在所指示的PRACH资源上，前导使用所选择的PRACH格式发送，传输功率为4.4节描述的P PRACH PPRACH。
定时随机接入响应UE通过高层[TS38.321]在一个约束窗内，采用所指示的RA-RNTI尝试检测PDCCH。
窗口开始于最早的CORESET的符号。
对于Type1-PDCCH公共搜索空间，UE配置了CORESET。
Type1-PDCCH公共搜索空间在7.1节进行了定义，在前导序列传输的[X]个符号之后。
随机接入响应窗口的长度由高层参数[rar-windowlength]提供。
如果UE在时间窗内，采用所指示的RA-RNTI和相应的DL-SCH传输块检测PDCCH，UE将传输块传递到高层。
高层分析传输块并向物理层指示上行授权。
如果在时间窗内，UE不检测PDCCH或相应的DL-SCH传输块，则UE过程如[TS38.321]中的描述。
如果UE在时间窗内，采用所指示的RA-RNTI和相应的DL-SCH传输块检测PDCCH，高层指示[XX]比特的上行授权到物理层。
这一过程被称为物理层的随机接入响应（RAR）。
UE应接收PDCCH和PDSCH。
作为包含[SystemInformationBlockType1]的PDSCH的接收，PDSCH包含了具有相同子载波间隔和相同CP的DL-SCH传输块。
[XX]比特的内容，开始于MSB，结束于LSB：[…]批注：To be completed as the contents of the UL grant in the RARare determined.Msg3PUSCH对于Msg3PUSCH传输，高层参数[msg3-tp]指示UE是否应用变换预编码（transform precoding），变换预编在[TS38.211]中描述。
Msg3PUSCH传输的子载波间隔由高层参数[msg3-scs]提供。
UE应在相同的服务小区内发送PRACH和Msg3PUSCH。
Msg4PDSCHMsg4PDSCH传输的子载波间隔与PDSCH相同提供随机接入响应。
UE procedure for reporting control informationUE procedure for HARQ-ACK codebook determination CBG-based HARQ-ACK codebook determination批注：[HARQ-ACK information bits]The actual number of bits toreport can be different–e.g.with bundling.批注：[initial]For retransmissions,decisions are needed fordynamic/semi-static HARQ-ACK codebook determination and forpossible DCI indications.批注：[a]No decision currently exists for2TBs(e.g.same number for both TBs,separately configured number per TB).批注：[the UE determines whether or not a CBG is retransmitted based on a corresponding value of the CBGTI field]Placeholder text–will be modified once the specifics for the operation of the CBGTI field are decided.批注：[cc]LTE terminology for indicating semi-static codebook (can be modified once RRC terminology is finalized).Statement in brackets will be removed if only semi-static codebook determination is supported for CBG-based HARQ-ACK.UE procedure for reporting HARQ-ACKHARQ-ACK reporting in physical uplink shared channelHARQ-ACK reporting in physical uplink control channel如果UE没有配置为PUSCH和PUCCH同时传输，并且UE不传输PUSCH，且不传输CSI或positive/negative SR，则UE应传输HARQ-ACKo on PUCCH format0ifo the transmission is over1symbol or2symbols,o the number of HARQ-ACK information bits is1or2o on PUCCH format1ifo the transmission is over4or more symbols,o the number of HARQ-ACK information bits is1or2o on PUCCH format2ifo the transmission is over1symbol or2symbols,o the number of HARQ-ACK information bits is more than2o on PUCCH format3ifo the transmission is over4or more symbols,o the number of HARQ-ACK information bits is more than[2]UE在一个时隙的N slot,μsymb Nsymbslot,μ个符号上发送一个或多个PUCCH。