5G移動通信之5G空口設(shè)計詳解

5G移動通信之5G空口設(shè)計詳解1

2019-081235G新頻段5G物理層協(xié)議5G高層協(xié)議5G新空口課程2

5G新頻段2018年12月10日，工信部正式發(fā)文表示，向中國電信、中國移動、中國聯(lián)通發(fā)放了5G系統(tǒng)中低頻段試驗頻率使用許可中國移動獲得2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz頻段的5G試驗頻率資源中國聯(lián)通獲得3500MHz-3600MHz頻段的5G試驗頻率資源中國電信獲得3400MHz-3500MHz頻段的5G試驗頻率資源3

NRoperatingbandUplink(UL)operating

bandBSreceive/UE

transmitFUL,low–

FUL,highDownlink(DL)operating

bandBStransmit/UE

receiveFDL,low–

FDL,highDuplexModen11920MHz–1980

MHz2110MHz–2170

MHzFDDn21850MHz–1910

MHz1930MHz–1990

MHzFDDn31710MHz–1785

MHz1805MHz–1880

MHzFDDn5824MHz–849

MHz869MHz–894

MHzFDDn72500MHz–2570

MHz2620MHz–2690

MHzFDDn8880MHz–915

MHz925MHz–960

MHzFDDn12699MHz–716

MHz729MHz–746

MHzFDDn20832MHz–862

MHz791MHz–821

MHzFDDn251850MHz–1915

MHz1930MHz–1995

MHzFDDn28703MHz–748

MHz758MHz–803

MHzFDDn342010MHz–2025

MHz2010MHz–2025

MHzTDDn382570MHz–2620

MHz2570MHz–2620

MHzTDDn391880MHz–1920

MHz1880MHz–1920

MHzTDDn402300MHz–2400

MHz2300MHz–2400

MHzTDDn412496MHz–2690

MHz2496MHz–2690

MHzTDDn501432MHz–1517

MHz1432MHz–1517

MHzTDDn511427MHz–1432

MHz1427MHz–1432

MHzTDDn651920MHz–2010

MHz2110MHz–2200

MHzFDDn661710MHz–1780

MHz2110MHz–2200

MHzFDDn701695MHz–1710

MHz1995MHz–2020

MHzFDDn71663MHz–698

MHz617MHz–652

MHzFDDn741427MHz–1470

MHz1475MHz–1518

MHzFDDn75N/A1432MHz–1517

MHzSDLn76N/A1427MHz–1432

MHzSDLn773300MHz–4200

MHz3300MHz–4200

MHzTDDn783300MHz–3800

MHz3300MHz–3800

MHzTDDn794400MHz–5000

MHz4400MHz–5000

MHzTDDn801710MHz–1785

MHzN/ASULn81880MHz–915

MHzN/ASULn82832MHz–862

MHzN/ASULn83703MHz–748

MHzN/ASULn841920MHz–1980

MHzN/ASULn861710MHz–1780

MHzN/ASULCUC/CTCCMCCCMCC4

NRoperatingbandUplink(UL)andDownlink

(DL)operatingbandBStransmit/receiveUE

transmit/receiveFUL,low–FUL,highFDL,low–FDL,highDuplex

Moden25726500MHz–29500MHzTDDn25824250MHz–27500MHzTDDn26037000MHz–40000MHzTDDn26127500MHz–28350MHzTDD5G頻譜列表NRoperatingbandsin

FR1(<6GHz)NRoperatingbandsin

FR2(>6GHz)1235G新頻段5G物理層協(xié)議5G高層協(xié)議5G系列課程5

無線幀格式Onesubframe,Tsubframe=1

ms#0#1#9Oneframe,Tframe=10

ms#8#2#3#4#5#6#7Δf=15

kHzΔf=30

kHzΔf=60

kHzOneslot,0.25

msOneslot,1

msOneslot,0.5

msΔf=120

kHzOneslot,0.125

msΔf=240

kHzOneslot,0.0625

ms支持15k、30k、60k、120k、240k共計5種子載波間隔1個無線幀長度為10ms，包含2個半幀（編號0、1），10個子幀（編號0-4、5-9）1個子幀長度為1ms，包含的時隙數(shù)與子載波配置有關(guān)，時隙編號由0開始1個時隙包含14/12個OFDM符號，每個符號可定義為

“下行”、“靈活”、“上行”三種類型6

無線幀格式舉例3.5GHz2.6GHzCUC/CTCCMCC7

無線資源REResource

ElementRBResource

Block，只有頻域的概念，包含12個子載波point

A頻域參考位置點，CRB的起點CRBCommonResource

Block，用作RG和BWP等的標尺，CRB0的子載波0的中心頻率與point

A對齊，CRB編號在頻域上唯一RGResource

Grid，相當(dāng)于一個載波，針對特定子載波間隔，由起始CRB號和連續(xù)RB數(shù)定義BWPBandwidth

Part，定義了特定UE當(dāng)前的工作帶寬，針對特定子載波間隔，由起始CRB號和連續(xù)RB數(shù)定義，不能跨RGPRBPhysicalResource

Block，在BWP中從0開始編號，用于調(diào)度VRBVirtualResource

Block，用于調(diào)度，與PRB之間存在映射關(guān)系8

無線帶寬A

UE

can

support

less

than

the

carrier

BWNR20

MHz5(later32)component

carriersLTEAllUEssupportfullcarrier

BWUpto400

MHzUpto16component

carriers單載波最大帶寬為400M最大聚合載波數(shù)為16不要求設(shè)備支持載波的全部帶寬9

BWPBWP（Bandwidth

Part）由一組連續(xù)RB組成UE在一個服務(wù)小區(qū)中可以配置最多4個DL

BWP和最多4個UL

BWP，但同一時刻只能有一個激活BWP不同的BWP具有不同的帶寬、子載波間隔、CP長度和調(diào)度定時不同UE在不同階段使用不同BWP，以應(yīng)對不同的UE能力、業(yè)務(wù)速率或節(jié)電要求；呼叫建立時使用初始BWP，之后可以通過DCI完成BWP轉(zhuǎn)換，也可以由于不激活Timer超時導(dǎo)致回落到缺省BWP10

補充上行鏈路frequencyDL+

ULULSULHighNR

frequencyDL+UL

coverageDLonly

coverageSUL

coverage引入SUL（Supplementary

Uplink），改善高頻場景上行覆蓋NRoperatingbandUplink(UL)

operatingbandBSreceive/

UEtransmitFUL,low–

FUL,highDownlink(DL)

operatingbandBStransmit/UE

receiveFDL,low–

FDL,highDuplexModen801710MHz–1785

MHzN/ASULn81880MHz–915

MHzN/ASULn82832MHz–862

MHzN/ASULn83703MHz–748

MHzN/ASULn841920MHz–1980

MHzN/ASULn861710MHz–1780

MHzN/ASULCUC/CTCCMCC11

5G物理信道與物理信號12

下行物理信道：PhysicalBroadcastChannel

(PBCH)PhysicalDownlinkSharedChannel

(PDSCH)PhysicalDownlinkControlChannel

(PDCCH)上行物理信號：Demodulationreferencesignals,DM-RS,for

PUSCHPhasetrackingreferencesignals,PT-RS,for

PUSCHSoundingreferencesignal,

SRS下行物理信號：Primarysynchronizationsignal,

PSSSecondarysynchronizationsignal,

SSSDemodulationreferencesignals,DM-RS,forPDSCHPDCCHand

PBCHPhasetrackingreferencesignals,PT-RS,for

PDSCHChannel-stateinformationreferencesignal,

CSI-RS上行物理信道：PhysicalRandomAccessChannel

(PRACH)PhysicalUplinkSharedChannel

(PUSCH)PhysicalUplinkControlChannel

(PUCCH)SS/PBCHOneOFDM

symbol基本概念SSB塊時域4個符號，頻域240個子載波PSS占用第1個符號，承載NID2，

NID2共3個取值SSS占用第3個符號，承載NID1和NID2，

NID1共336個取值PBCH占用第2/3/4個符號SSB周期可設(shè)置為（5、10、20、40、80、160）msNR

PCI個數(shù)擴展至100813

SS/PBCH頻域位置NR中，由于信道帶寬可能非常大，如果按照信道Raster(1)進行同步信號搜索，需要時間非常很長，且非常耗電引入同步Raster(2)概念，SSB塊按照同步Raster進行放置SSB塊頻域位置編號以GSCN表示注：不同頻段定義了不同的信道Raster，可能為5kHz、15kHz或60kHz厘米波頻段，同步Raster為1.44MHz，毫米波頻段則為17.28MHz14

SS/PBCH時域位置一個SSB半幀帶有4/8/64個SSB塊，時域位置由CaseA-E決定舉例：CaseCSSB塊起始符號位置為{2，8}+14×n，其中n為0，1，2，3每個SSB塊時域長度為4個符號15

SS/PBCHSSB波束掃描與LTE中的PBCH全覆蓋不同，SSB波束在時域上掃描發(fā)射LTE5G

NR16

不同編號的SSB塊承載于不同廣播波束上各廣播波束僅覆蓋小區(qū)部分區(qū)域各廣播波束在時間上輪詢SS/PBCH為什么需要SSB波束掃描Pr

Gr

Gt

Pt

4

r

2接收功率與波長平方成正比，損失的功率去哪里了？輻射單元的有效面積與頻率平方成反比隨著頻率增加，增加輻射單元數(shù)量波束寬度隨輻射單元數(shù)量增加而減少，即無法實現(xiàn)全覆蓋需要特殊的方式實現(xiàn)廣播信道和隨機接入信道自由空間傳播模型

2每扇區(qū)單波束@2.8GHz120

wide

beam120

wide

beam120

wide

beamMulti-beam

operationwithmultiplenarrow

beamsReduced

coverage@28GHzSubsetof

beamstransmittedinatime

instance每扇區(qū)多波束@28GHz17

PRACH格式與LTE主要差異如下：針對不同應(yīng)用場景、頻段部署，新增多種格式隨機接入前波束選擇18

PRACHSSB/PRACH映射SSB索引與PRACH資源存在映射關(guān)系映射準則：先Preamble升序，后頻域資源位置升序，最后時序資源位置升序終端解析SSB編號終端根據(jù)映射準則確定當(dāng)前PRACH資源終端在對應(yīng)PRACH上發(fā)起隨機接入基站獲知終端所在SSB編號19

下行控制信道處理流程與LTE主要差異如下：Polar（極化）編碼刪除PCFICH、PHICH支持嵌入DMRS非全帶寬20

業(yè)務(wù)信道處理流程與LTE類似，主要差異如下：LDPC編碼上行采用OFDM或DFTS-OFDMCRCLDPC

codingRatematching,

hybrid-ARQScramblingModulationLayermappingTransform

precoding(UL

only)Multi-antenna

precodingResourcemappingPhysicalantenna

mappingOne(ortwo)transportblock(s)ofdynamicsizedeliveredfromtheMAC

layer21

業(yè)務(wù)信道處理流程信道編碼、速率匹配、HARQ過程信道編碼LDPC（低密度奇偶校驗碼）根據(jù)碼率和TBS大小選擇不同圖譜RV0RV1RV2RV31st

transmission2nd

transmission3rd

transmission4th

transmission01CBGCBGTI0 0OnlythisCBGis

retransmittedFlushingofsoftbuffercontrolledby

CBGFITosoft

combining速率匹配冗余版本號按0、2、3、1順序，增加軟合并增益，RV0/322

可自解碼HARQ過程最大進程數(shù)為16，停等機制基于TB或CBG重傳異步重傳Transport

block業(yè)務(wù)信道處理流程23

調(diào)制、層映射、天線端口映射、VRB映射、VRB-PRB映射調(diào)制下行：QPSK/16QAM/64QAM/256QAM上行：π/2-BPSK/QPSK/16QAM/64QAM/256QAM層映射下行：最大2個碼字，最多8層，不超過4層時只能使用1個碼字上行：僅支持1個碼字，最多4層天線端口映射下行：層與天線端口一一映射上行：層與天線端口通過預(yù)編碼實現(xiàn)一對一或一對多映射VRB映射下行：避開DMRS（本身或共同調(diào)度UE）、PTRS

、CSI-RS（NZP或ZP）、SSB、預(yù)留RE上行：避開DMRS

（本身或共同調(diào)度UE）、PTRSVRB-PRB映射交織或非交織資源調(diào)度0 12 34 56 78 9 10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

240123456789 10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24BitmapType

0Type

11001110100010Start24

Length頻域資源調(diào)度資源分配類型0

–

比特位圖，每比特代表一組RB（即RBG）資源分配類型1

–

RIV，代表RB起始和長度，分配一段連續(xù)RB具體使用哪種類型可通過RRC配置（全0、全1、0/1動態(tài)）

25資源調(diào)度IndexSlotoffsetStartsymbolLengthPDSCHmapping

type00212A10210A2134B……………Jointly

encoded4

OFDMsymbolsRRCconfigured時域資源調(diào)度DCI攜帶index字段，查表確定時隙偏移、起始符號、持續(xù)符號長度規(guī)范預(yù)定義索引表，用于系統(tǒng)、尋呼等消息調(diào)度系統(tǒng)自定義索引表，用于一般業(yè)務(wù)調(diào)度slot資源調(diào)度DownlinkcontrolDownlinkdataIndex

Offset0123ΔT0ΔT1ΔT2ΔT3UplinkACKIndex

3slot… …RRC-configured

tableΔT2ACKtiming

ΔT326

上行反饋支持5中PUCCH格式靈活的時隙偏移選擇，由DCI指示，比LTE更低的處理時間格式0格式1格式2格式3格式4符號數(shù)1-24-141-24-144-14PRB數(shù)111-161-161UCI比特數(shù)1-21-2>2>2>2NR下行參考信號LTE：“一招打天下”的CRS限制靈活的網(wǎng)絡(luò)部署，不節(jié)能，不適用更高頻率（>6GHz），不適用mMIMONR：“見著拆著”的參考信號靈活的適應(yīng)不同的部署場景和頻率27

CSI-RS（僅下行）極簡載波結(jié)構(gòu)，刪除CRS引入CSI-RS，靈活的帶寬、周期、樣式配置，可用于信道估計、波束管理、移動性管理引入TRS，一種特殊配置的CSI-RS，用于時頻偏移估計28

DM-RS（上行和下行）上下行信道估計，相干解調(diào)PBCH/PDCCH/PDSCH/PUSCH/PUCCH上攜帶DM-RSPDCCH

DM-RSPBCH

DM-RSPDSCH/PUSCH

DM-RSPUCCH

DM-RS29

PT-RS（上行和下行）符號間的相位修正，輔助DMRS進行相干解調(diào)，多普勒頻移和時變信道跟蹤多應(yīng)用于高速高階調(diào)制場景30

SRS（僅上行）上行信道質(zhì)量估計，輔助上行調(diào)度、上行功控根據(jù)信道互易性，也可用于下行信道估計最大6個符號，更大的SRS容量引入上行波束訓(xùn)練SlotFrequency0123456789101112

13RBPUSCH

onlySRS/PUSCH31

SSB/CSI-RSmMIMO空域復(fù)用原理根據(jù)終端反饋的SSB/CSI-RS編號確定用戶所在粗細波束根據(jù)系統(tǒng)預(yù)定義的波束相關(guān)性確定用戶間相關(guān)性根據(jù)用戶間相關(guān)性進行用戶配對，實現(xiàn)空域資源利用最大化32

NR測量RSRP、SINR33

分類NR物理信號NR測量值NR應(yīng)用場景LTE測量值與LTE測量值差異RSRPSSSSS-RSRPRRC_IDLERRC_INACTIVERRC_CONNECTEDRS-RP與RS-RP類似（功率譜密度相同時）CSI-RSCSI-RSRPRRC_CONNECTEDRS-RP與RS-RP類似（功率譜密度相同時）SINRSSSSS-SINRRRC_IDLERRC_INACTIVERRC_CONNECTEDRS-SINR目前相鄰小區(qū)SSB時頻資源完全重疊，SS-SINR可等同于RS信號頻域重疊（模三或模六）時的RS-SINRCSI-RSCSI-SINRRRC_CONNECTEDRS-SINR無明確相關(guān)性DM-RS（PDSCH）DRS-SINRRRC_CONNECTED（有下行調(diào)度）RS-SINR無明確相關(guān)性，但與LTERANK1/2

SINR類似1235G新頻段5G物理層協(xié)議5G高層協(xié)議5G系列課程34

5G協(xié)議棧引入SDAP（Service

Data

Application

Protocol）負責(zé)映射QoS流到DRB，并為上下行分組數(shù)據(jù)打上QFI連接5GC時存在SDAP層，連接EPC時沒有SDAP層35

SDAP協(xié)議新的QOS模型QOS管理是基于數(shù)據(jù)流的，而非基于承載DRB仍由RAN進行處理，DRB與QOS一一對應(yīng)數(shù)據(jù)流與DRB的映射方式由設(shè)備自主實現(xiàn)引入QFI（QoS

flow

identifier）概念QOS數(shù)據(jù)流由QFI進行標識每個QFI對應(yīng)不同的時延、可靠性等FiltersFiltersFiltersFiltersRANDRBmuxing/demuxingRANDRBmuxing/demuxingRAN

DRBmuxing/demuxingApplicationsApplicationsApplicationsApplicationsPDU

sessionPDU

sessionPDU

sessionPDU

sessionRAN

DRBmuxing/demuxinggNBUENASAS

QoSflows:[QoS

markings]DRBs:[QoSmarkings]Core

networkRAN

DRBmuxing/demuxingRAN

DRBmuxing/demuxing36

RRC協(xié)議移動性37

整體測量框架與LTE類似，主要差異如