3.2 5G NR物理信道和信號(hào)課件講解

第五代移動(dòng)通信技術(shù)講師亢建華CONTENTS

5GNR空中接口

NR無(wú)線幀結(jié)構(gòu)

NR物理信道和信號(hào)

NR信道編碼5G移動(dòng)通信技術(shù)第三章核桃AI【本章內(nèi)容】5G空中接口和LTE相比，既有延續(xù)又有發(fā)展。本章主要介紹了5GNR的空中接口，包括無(wú)線幀結(jié)構(gòu)、Numerology概念、NR的物理信道和信號(hào)、5GNR新的調(diào)制方式256QAM等，特別是Numerology概念最能體現(xiàn)5G空口的新特性，是5G實(shí)現(xiàn)新功能和強(qiáng)大性能的基礎(chǔ)。本章最后介紹了5GNR的數(shù)據(jù)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(hào)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(hào)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(shí)域和頻域資源固定、發(fā)送的內(nèi)容固定、發(fā)送功率固定的特點(diǎn)。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(jié)構(gòu)與LTE類(lèi)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(jī)接入信道)；物理信號(hào)分為DM-RS(DemodulationReferenceSignal，解調(diào)參考信號(hào))、PT-RS(Phase-TrackingReferenceSignal，相位跟蹤參考信號(hào))、SRS(SoundingReferenceSignal，探測(cè)參考信號(hào))。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(hào)分為解調(diào)參考信號(hào)(DM-RS)，相位跟蹤參考信號(hào)(PT-RS)、CSI-RS(ChannelStateInformationReferenceSignal，信道狀態(tài)信息參考信號(hào))、PSS(PrimarySynchronizationSignal，主同步信號(hào))、SSS(SecondarySynchronizationSignal，輔同步信號(hào))。表3-6列出了上下行鏈路物理信道和物理信號(hào)。表3-6上下行鏈路物理信道和物理信號(hào)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(jī)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(hào)解調(diào)參考信號(hào)：DM-RS相位跟蹤參考信號(hào)：PT-RS探測(cè)參考信號(hào)：SRS

下行物理信號(hào)解調(diào)參考信號(hào)：DM-RS相位跟蹤參考信號(hào)：PT-RS信道狀態(tài)信息參考信號(hào)：CSI-RS主同步信號(hào)：PSS輔同步信號(hào)：SSS物理信道/信號(hào)對(duì)應(yīng)的天線端口范圍如下：(1)上行信道天線端口及應(yīng)用：[0，1000]：用于PUSCH和相關(guān)的解調(diào)參考信號(hào)；[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(yīng)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(gè)邏輯上的概念，它與物理天線并沒(méi)有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。在下行鏈路中，下行鏈路和下行參考信號(hào)是意義對(duì)應(yīng)的：如果通過(guò)多個(gè)物理天線來(lái)傳輸一個(gè)參考信號(hào)，那么這些物理天線就對(duì)應(yīng)同一個(gè)天線端口，而如果有兩個(gè)不同的天線是從同一個(gè)物理層天線中傳輸?shù)?，那么這個(gè)物理天線就對(duì)應(yīng)兩個(gè)獨(dú)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(gè)天線端口的信號(hào)可以通過(guò)一個(gè)發(fā)送天線發(fā)送，例如C-RSPort0和UE-RSPort5。一個(gè)天線端口的信號(hào)可以分布到不同的發(fā)送天線上，例如UE-RSPort5。3.2.2物理信道和信號(hào)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(shù)據(jù)信道，主要用來(lái)傳送上行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。PUSCH映射到子幀中的數(shù)據(jù)區(qū)域上。(2)PUCCH：控制信道，主要用來(lái)傳送上行控制信息，如信道質(zhì)量指示CQI，RI(RankIndicator，秩指示)，PMI(PrecodingMatrixIndicator，預(yù)編碼矩陣指示)和HARQ的應(yīng)答。(3)PRACH：隨機(jī)接入信道，用于承載隨機(jī)接入前導(dǎo)序列的發(fā)送，是用戶進(jìn)行初始連接、切換、連接重建立、重新恢復(fù)上行同步的唯一途徑。UE通過(guò)上行PRACH來(lái)達(dá)到與系統(tǒng)之間的上行接入和同步。2．上行物理信號(hào)5G定義的上行物理信號(hào)只有一種類(lèi)型，即參考信號(hào)，包括以下三種：(1)DM-RS：該信號(hào)用于接收端進(jìn)行信道估計(jì)，用于PUSCH和PUCCH的解調(diào)，PUSCH和PUCCH的DM-RS有所不同。(2)PT-RS：該信號(hào)是5G為了應(yīng)對(duì)高頻段下的相位噪聲引入的參考信號(hào)，用于解調(diào)PUSCH時(shí)的相位估計(jì)補(bǔ)償算法。(3)SRS：該信號(hào)用于為上行信道質(zhì)量做參考，周期性上報(bào)，用于基站對(duì)上行資源進(jìn)行調(diào)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(shù)據(jù)信道，用于承載下行用戶數(shù)據(jù)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(diào)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(tǒng)信息塊消息，包括主要無(wú)線指標(biāo)，如幀號(hào)、子載波間隔、參考信號(hào)配置等。4．下行物理信號(hào)下行物理信號(hào)分為兩種類(lèi)型，即參考信號(hào)和同步信號(hào)。參考信號(hào)共三種：DM-RS、PT-RS和CSI-RS。其中前兩個(gè)和上行物理信號(hào)的作用一致。同步信號(hào)包括主同步信號(hào)PSS和輔同步信號(hào)SSS。CSI-RS參考信號(hào)非常重要，在5G規(guī)劃甚至在后續(xù)路測(cè)階段中將該參考信號(hào)的SINR(SignaltoInterferenceplusNoiseRatio，信號(hào)與干擾加噪聲比)值作為衡量覆蓋的重要指標(biāo)之一。其作用主要有兩個(gè)：一是為了輔助接收下行PDSCH共享信道，二是對(duì)下行信道質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量并進(jìn)行信道狀態(tài)上報(bào)以供基站進(jìn)行鏈路自適應(yīng)調(diào)整。同步信號(hào)PSS/SSS用于UE搜索小區(qū)時(shí)使用，UE通過(guò)檢測(cè)PSS序列及SSS序列可以快速與基站做到符號(hào)定時(shí)同步，并通過(guò)計(jì)算得到物理小區(qū)標(biāo)識(shí)PCI。3.2.3調(diào)制方式在3GPP協(xié)議(TS38.201)中，定義了5G支持的調(diào)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(jìn)制正交振幅調(diào)制)，64QAM(64QuadratureAmplitudeModulation，64進(jìn)制正交振幅調(diào)制)，256QAM(256QuadratureAmplitudeModulation，256進(jìn)制正交振幅調(diào)制)。(2)上行：采用CP-OFDM(帶循環(huán)前綴的正交頻分復(fù)用)模式的調(diào)制方式與下行一致；采用CP-DFT-s-OFDM(基于循環(huán)前綴的離散傅里葉變換擴(kuò)頻的正交頻分復(fù)用多址接入)模式的調(diào)制方式，增加了一種調(diào)制方式π/2-BPSK(π/2BinaryPhaseShiftKeying，π/2二進(jìn)制相移鍵控)。按照基本的調(diào)制概念，上述調(diào)制方式可以分為兩類(lèi)，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(diào)制方式的對(duì)照。表3-73G、4G和5G調(diào)制方式對(duì)照3G4GLTE5GNRQPSKQPSK16QAM64QAMπ/2-BPSKQPSK16QAM64QAM256QAM表3-7中的調(diào)制方式針對(duì)的是數(shù)據(jù)信道(PUSCH/PDSCH)，對(duì)于控制信道、廣播信道等其調(diào)制方式會(huì)有差別?？刂菩诺篮蛷V播信道一般采用QPSK調(diào)制方式。與4GLTE相比，5G增加了256QAM和π/2-BPSK兩種調(diào)制方式。采用256QAM的目的在于提高數(shù)據(jù)傳輸速率，采用π/2-BPSK的目的是為了提高小區(qū)邊緣的覆蓋率，且該種方式僅在變換預(yù)編碼啟用時(shí)可以采用。對(duì)于5G中新增加的π/2-BPSK調(diào)制，它的星座圖如圖3-10所示。圖3-10π/2-BPSK調(diào)制星座圖假設(shè)BPSK以相位偏移π/4的調(diào)制信號(hào)表示0，以相位偏移5π/4的調(diào)制信號(hào)表示1，π/2-BPSK增加了3π/4和7π/4兩個(gè)相位。當(dāng)0位于偶數(shù)位時(shí)，用相位偏移π/4表示；當(dāng)0位于奇數(shù)位時(shí)，用相位偏移3π/4表示。當(dāng)1位于偶數(shù)位時(shí)，用相位偏移5π/4表示；當(dāng)1位于奇數(shù)位時(shí)，用相位偏移7π/4表示。也就是說(shuō)π/2-BPSK定義了4種相位來(lái)表示調(diào)制比特的0和1。對(duì)于5G中新增的256QAM調(diào)制，它的I路和Q路分別有16種幅度可以調(diào)制，每種幅度攜帶4bit信息，合成IQ信號(hào)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(diào)制星座圖假設(shè)BPSK以相位偏移π/4的調(diào)制信號(hào)表示0，以相位偏移5π/4的調(diào)制信號(hào)表示1，π/2-BPSK增加了3π/4和7π/4兩個(gè)相位。當(dāng)0位于偶數(shù)位時(shí)，用相位偏移π/4表示；當(dāng)0位于奇數(shù)位時(shí)，用相