第五代移動通信技術講師亢建華CONTENTS

5GNR空中接口

NR無線幀結構

NR物理信道和信號

NR信道編碼5G移動通信技術第三章核桃AI【本章內容】5G空中接口和LTE相比，既有延續又有發展。本章主要介紹了5GNR的空中接口，包括無線幀結構、Numerology概念、NR的物理信道和信號、5GNR新的調制方式256QAM等，特別是Numerology概念最能體現5G空口的新特性，是5G實現新功能和強大性能的基礎。本章最后介紹了5GNR的數據信道的編碼LDPC碼和信令信道的編碼Polar碼。5GNR空中接口3.2NR物理信道和信號3核桃AI3.2.1概述物理信道是一系列資源粒子RE的集合，用于承載源于高層的信息。同樣的，物理信號也是一系列資源粒子RE的集合，但這些RE不承載任何源于高層的信息，它們一般有時域和頻域資源固定、發送的內容固定、發送功率固定的特點。物理信道可分為上行物理信道和下行物理信道。NR的物理信道結構與LTE類似，上行鏈路物理信道分為PUSCH(PhysicalUplinkSharedChannel，物理上行共享信道)、PUCCH(PhysicalUplinkControlChannel，物理上行控制信道)、PRACH(PhysicalRandomAccessChannel，物理隨機接入信道)；物理信號分為DM-RS(DemodulationReferenceSignal，解調參考信號)、PT-RS(Phase-TrackingReferenceSignal，相位跟蹤參考信號)、SRS(SoundingReferenceSignal，探測參考信號)。下行鏈路物理信道分為PDSCH(PhysicalDownlinkSharedChannel，物理下行共享信道)、PBCH(PhysicalBroadcastChannel，物理廣播信道)、PDCCH(PhysicalDownlinkControlChannel，物理下行控制信道)；物理信號分為解調參考信號(DM-RS)，相位跟蹤參考信號(PT-RS)、CSI-RS(ChannelStateInformationReferenceSignal，信道狀態信息參考信號)、PSS(PrimarySynchronizationSignal，主同步信號)、SSS(SecondarySynchronizationSignal，輔同步信號)。表3-6列出了上下行鏈路物理信道和物理信號。表3-6上下行鏈路物理信道和物理信號上行物理信道物理上行共享信道：PUSCH物理上行控制信道：PUCCH物理隨機接入信道：PRACH下行物理信道物理下行共享信道：PDSCH物理廣播信道：PBCH物理下行控制信道：PDCCH上行物理信號解調參考信號：DM-RS相位跟蹤參考信號：PT-RS探測參考信號：SRS

下行物理信號解調參考信號：DM-RS相位跟蹤參考信號：PT-RS信道狀態信息參考信號：CSI-RS主同步信號：PSS輔同步信號：SSS物理信道/信號對應的天線端口范圍如下：(1)上行信道天線端口及應用：[0，1000]：用于PUSCH和相關的解調參考信號；[10002000]：用于SRS；[2000，4000]：用于PUCCH；[4000，4000]：用于PRACH。(2)下行信道天線端口及應用：[1000，2000]：用于PSDCH；[2000，3000]：用于PDCCH；[3000，4000]：用于CSI-RS；[4000，+∞]：用于SS和PBCH。

天線端口是一個邏輯上的概念，它與物理天線并沒有一一對應的關系。在下行鏈路中，下行鏈路和下行參考信號是意義對應的：如果通過多個物理天線來傳輸一個參考信號，那么這些物理天線就對應同一個天線端口，而如果有兩個不同的天線是從同一個物理層天線中傳輸的，那么這個物理天線就對應兩個獨立的天線端口。非相干的物理天線(陣元)定義為不同的端口才有意義。多個天線端口的信號可以通過一個發送天線發送，例如C-RSPort0和UE-RSPort5。一個天線端口的信號可以分布到不同的發送天線上，例如UE-RSPort5。3.2.2物理信道和信號1．上行物理信道5G定義的上行物理信道主要包括三種：(1)PUSCH：數據信道，主要用來傳送上行業務數據。PUSCH映射到子幀中的數據區域上。(2)PUCCH：控制信道，主要用來傳送上行控制信息，如信道質量指示CQI，RI(RankIndicator，秩指示)，PMI(PrecodingMatrixIndicator，預編碼矩陣指示)和HARQ的應答。(3)PRACH：隨機接入信道，用于承載隨機接入前導序列的發送，是用戶進行初始連接、切換、連接重建立、重新恢復上行同步的唯一途徑。UE通過上行PRACH來達到與系統之間的上行接入和同步。2．上行物理信號5G定義的上行物理信號只有一種類型，即參考信號，包括以下三種：(1)DM-RS：該信號用于接收端進行信道估計，用于PUSCH和PUCCH的解調，PUSCH和PUCCH的DM-RS有所不同。(2)PT-RS：該信號是5G為了應對高頻段下的相位噪聲引入的參考信號，用于解調PUSCH時的相位估計補償算法。(3)SRS：該信號用于為上行信道質量做參考，周期性上報，用于基站對上行資源進行調度。3．下行物理信道5G定義的下行物理信道主要有以下三種：PDSCH：數據信道，用于承載下行用戶數據和高層指令。(2)PDCCH：控制信道，用于承載下行控制消息，如傳輸格式、資源分配、上行調度許可、功率控制以及上行重傳信息等。(3)PBCH：廣播信道，用于以廣播的形式傳送系統信息塊消息，包括主要無線指標，如幀號、子載波間隔、參考信號配置等。4．下行物理信號下行物理信號分為兩種類型，即參考信號和同步信號。參考信號共三種：DM-RS、PT-RS和CSI-RS。其中前兩個和上行物理信號的作用一致。同步信號包括主同步信號PSS和輔同步信號SSS。CSI-RS參考信號非常重要，在5G規劃甚至在后續路測階段中將該參考信號的SINR(SignaltoInterferenceplusNoiseRatio，信號與干擾加噪聲比)值作為衡量覆蓋的重要指標之一。其作用主要有兩個：一是為了輔助接收下行PDSCH共享信道，二是對下行信道質量進行測量并進行信道狀態上報以供基站進行鏈路自適應調整。同步信號PSS/SSS用于UE搜索小區時使用，UE通過檢測PSS序列及SSS序列可以快速與基站做到符號定時同步，并通過計算得到物理小區標識PCI。3.2.3調制方式在3GPP協議(TS38.201)中，定義了5G支持的調制方式，上下行有所不同。(1)下行：QPSK(QuadraturePhaseShiftKeying，正交相移鍵控)，16QAM(16QuadratureAmplitudeModulation，十六進制正交振幅調制)，64QAM(64QuadratureAmplitudeModulation，64進制正交振幅調制)，256QAM(256QuadratureAmplitudeModulation，256進制正交振幅調制)。(2)上行：采用CP-OFDM(帶循環前綴的正交頻分復用)模式的調制方式與下行一致；采用CP-DFT-s-OFDM(基于循環前綴的離散傅里葉變換擴頻的正交頻分復用多址接入)模式的調制方式，增加了一種調制方式π/2-BPSK(π/2BinaryPhaseShiftKeying，π/2二進制相移鍵控)。按照基本的調制概念，上述調制方式可以分為兩類，一是載波的相位變化，幅度不變，包括QPSK和π/2-BPSK。二是載波的相位和幅度都變化，包括16QAM、64QAM、256QAM。表3-7列出3G、4G和5G所使用的的調制方式的對照。表3-73G、4G和5G調制方式對照3G4GLTE5GNRQPSKQPSK16QAM64QAMπ/2-BPSKQPSK16QAM64QAM256QAM表3-7中的調制方式針對的是數據信道(PUSCH/PDSCH)，對于控制信道、廣播信道等其調制方式會有差別?？刂菩诺篮蛷V播信道一般采用QPSK調制方式。與4GLTE相比，5G增加了256QAM和π/2-BPSK兩種調制方式。采用256QAM的目的在于提高數據傳輸速率，采用π/2-BPSK的目的是為了提高小區邊緣的覆蓋率，且該種方式僅在變換預編碼啟用時可以采用。對于5G中新增加的π/2-BPSK調制，它的星座圖如圖3-10所示。圖3-10π/2-BPSK調制星座圖假設BPSK以相位偏移π/4的調制信號表示0，以相位偏移5π/4的調制信號表示1，π/2-BPSK增加了3π/4和7π/4兩個相位。當0位于偶數位時，用相位偏移π/4表示；當0位于奇數位時，用相位偏移3π/4表示。當1位于偶數位時，用相位偏移5π/4表示；當1位于奇數位時，用相位偏移7π/4表示。也就是說π/2-BPSK定義了4種相位來表示調制比特的0和1。對于5G中新增的256QAM調制，它的I路和Q路分別有16種幅度可以調制，每種幅度攜帶4bit信息，合成IQ信號后就有256種相位，每種相位攜帶8bit的信息。它的星座圖如圖3-11所示。圖3-11256QAM調制星座圖假設BPSK以相位偏移π/4的調制信號表示0，以相位偏移5π/4的調制信號表示1，π/2-BPSK增加了3π/4和7π/4兩個相位。當0位于偶數位時，用相位偏移π/4表示；當0位于奇數位時，用相