精品文档_5GNR物理层解析(物理层帧结构、物理信道、随机接入)
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内容提要
华信5G网络规划设计技术丛 书
序
第一章 移动通信发展历程
1.2 通信标准的 编制过程
1.1 移动通信系 统
1.3 5G NR标准 体系架构综述
1.1.1 2G的发展 历程
1.1.2 3G的发展 历程
1.1.3 4G的发展 历程
1.1.4 5G的发展 历程
第二章 5G系统概述
4.3.3 资源块 4.3.4 BWP
4.4.1 伪随 机序列的产
生
4.4.2 低峰 均比序列的 产生
第五章 下行物理信道和信号
5.1 SS/PBCH块 5.2 PDCCH
5.3 PDSCH 5.4 CSI-RS
5.1.2 PSS和SSS
5.1.1 SS/PBCH 块
5.1.3 PBCH和 PBCH的D Nhomakorabea-R...
2.4.3 SA架构和 NSA架构的综合 比...
2.4.4 演进路线
2.5.2 CU-DU切 分选项
2.5.1 CU-DU架 构标准
2.5.3 CU-DU切 分对前向回传的
影...
第三章 5G频谱和信道安排
3.2 信道带宽
3.1 工作频段
3.3 信道安排
3.3.2 信道栅格
3.3.1 信道间距
2.1 5G的需 1
求
2.2 5G NR 2
物理层架构设 计
3 2.3 NG-
RAN的架构
4 2.4 5G网络
部署模式
5 2.5 CU和DU
的切分
2.3.1 整体架 1
构
2.3.2 网元功 2
能
3 2.3.3 网络接
口
4 2.3.4 无线协
5G 物理层协议解读
pdcch-ConfigSIB1:
Determines a common ControlResourceSet (CORESET), a
common search space and necessary PDCCH parameters.
subCarrierSpacingCommon:
SSB周期内只能搜一个频点，则GSCN在20*70=1.4s内完成搜网，而ARFCN方式需要133.34s，ARFCN方式在NSA架构下可以由
LTE直接告知终端频点，无需盲搜，但在SA架构下这是不可忍受的，只能使用GSCN方式。
MIB消息：信元
Cell search完成后，终端下行时频同步并解调PBCH信道获取MIB消息内容；获取MIB的目的是由此获取其他系统消息，最终让终端
2
10ms 无线帧
9
10
U
D
8
U
3
4
11
D
12
D
5
13
S
14
U
6
15
D
7
16
D
17
S
8
18
U
19
U
9
第一个2.5ms pattern1：
nrofDownlinkSlots:3,下行3个slot，从2.5ms的第一个slot开始数3个；
nrofUplinkSlots：1，上行1个slot，从2.5ms的最后一个slot开始数1个；
CRB27
CRB26
CRB25
CRB24
CRB23
CRB22
CRB21
CRB20
CRB19
5.10.55g技术_5g网络无线物理信道及帧结构
• 小区PDCCH时域上占据1个Slot的前几个符号，最 多为3个符号
• PDCCH时域位置： PDCCH信道在D slot和S slot 上映射，默认从第一个符号开始
Indication（PI）
1~3 symbol（MIB或RRC配置）
Initial BWP
4/8/16 DMRS ¼密度 时域优先交织映射
MIB或RRC配置
RRC信令配置
UE-Specific PDCCH 用户级数据调度和功控信息调度
1~3 symbol（RRC信令配置） Dedicated BWP（最大支持全 带） 1/2/4/8/16
CRS
CRS
DMRS CSI-RS
CRS、UE-RS CRS，CSI-RS
\
\
功能 小区下行同步 小区下行测量
PDCCH,PBCH相干解调
PDSCH相干解调 CSI报告
Beam Management （NR新增功能）
相位跟踪（NR新增功能）
NR RS SS（PSS/SSS)
CSI-RS/SSB DMRS for PBCH DMRS for PDCCH DMRS for PDSCH
Aggregation level 1 2 4 8 16
Number of CCEs 1 2 4 8 16
8CCE
不同聚集级别盲检次数
4CCE 2CCE 1CCE
CCE 0 1 2 3 4 5 6 7
17
CCE最大盲检次数
ｕｅ 用ｒｎｔｉ与ｃｒｃ进行效验，如果成功就是自己需要的ｐｄｃｃｈ。
5G-NR物理层过程(控制)
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。
5G-NR物理信道与调制
伪随机序列生成
伪随机序列由长度为 31 的 Gold 序列定义。长度为 MPNMPN 的输出序列 c(n)c(n)， 其中 n=0,1,…,MPN−1n=0,1,…,MPN−1，由下式定义
对于 64QAM 调制，六位比特
b(i),b(i+1),b(i+2),b(i+3),b(i+4),b(i+5)b(i),b(i+1),b(i+2),b(i+3),b(i+4),b(i +5)根据下式映射为复值调制符号 xx x=142−−√[(1−2b(i))(4−(1−2b(i+2))(2−(1−2b(i+4)))) +j(1− 2b(i+1))(4−(1−2b(i+3))(2−(1−2b(i+5))))]x=142[(1−2b(i))(4−(1−
载波聚合
在多个小区中的传输可以被聚合，除了主小区外，最多可以使用 15 个辅小区。除非另 有说明，本规范中的描述适用于多达 16 个服务小区中的每一个。
通用函数
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调制映射器
调制映射器采用二进制 0 或 1 作为输入，产生复值调制符号作为输出。
π/2-BPSK
对于π/2-BPSK 调制，比特 b(i)b(i)根据下式映射为复值调制符号 xx x=ejiπ/22–√[(1−2b(i))+j(1−2b(i))]x=ejiπ/22[(1−2b(i))+j(1−2b(i))] BPSK
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。
5GNR性能需求和物理层设计要点分析
5G NR性能需求和物理层设计要点分析摘要：无线网络接入大量智能终端后，移动通讯数据爆炸式增长，5G NR的应用，具有更高灵活性、传输速率及可靠性，广受国内外关注。
为提高5G NR运行效率，文章以5G NR性能需求为切入点，从频率设计、波形设计、子载波间隔、信道设计这几方面出发，明确物理层设计要点，从而为相关工作者提供参考。
关键词：5G NR；性能需求；物理信道；设计要点前言：自中国广电、中国电信、中国联通及中国移动获得5G牌照后，建设5G网络速度也随之加快，2020年三大运营商基于规模测试实现预商用，完成规模部署，5G凭借其低时延、高速率、设备海量接入的优势，实现大规模商用。
5G设计新一代移动通信网络，具有“复杂”且“灵活”的技术特点，为应对更多复杂场景挑战，5G NR应当做好物理层面设计，承载更多控制信息和用户数据，从而提高视频资源灵活性，适用于高可靠性、高速率的业务场景。
1 5G NR性能需求5G是移动物联网和互联网需求下产生，能够为人们提供可靠、快速的网络，国际电信联盟将5G划分为大规模机器类型通信（eMTC）、增强型移动宽带（eMBB）、超可靠低时延通信（uRLLC）[1]。
其中，uRLLC多用于工业领域，包括自动驾驶移动、远程医疗、机器自动响应等，对于时延较为敏感；eMBB是增加带宽满足人们数字生活要求，适应虚拟现实，增强现实应用程序；eMTC为高吞吐智能城市，多为大规模物联网项目，能够提供较高网络密度。
而5G场景性能需求及技术见表1。
表1 5G场景关键性能场景性能需求关键技术大规模机器类型通信体验速率100Mbit/s新型多址技术、大规模天线阵列增强型移动宽带体验速率1Gbit/s；流量密度10Tbit/s/k㎡；峰值流速10Gbit/s新型多址技术、大规模天线阵列、超密集组网超可靠低时延通信端到端时延ms量级；空口时延1ms；可靠性近似100%移动边缘计算、D2D技术、新型多址技术物理层处于无线通信最底层，负责基站和终端见比特流数据传输的功能，也是5G系统核心部分，物理层结构借鉴4G部分，增加灵活创新部分，具体如下：1.参数集。
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
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6
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7
38
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➢ 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
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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。