5G物理层深度解析(下)课件

1、NR物理层深度解析（下）第1页，共51页。nnnNR上行物理信道NR上行物理信号NR物理层过程课程内容第2页，共51页。 ZTE All rights reserved62PRACHnPreamble码的生成ll因为ZC序列具有良好的自相关性和互相关性以及峰均比低等特点，因此5G系统与LTE一样采用ZC序列作为PRACH信道的上行同步序列(即Preamble码)。Preamble码由ZC根序列循环移位生成，5G里面支持两种长度的码序列，分别为L=139及L=839，使用的长度由站点定义的Preamble Format决定。n ZC序列的定义,i 0,1,.,LRA 1 jxu(i) eui(i

2、1)LRAxu,v(n) xu(nCv)modLRA) 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。 经过循环移位后的ZC序列集合。第3页，共51页。63 ZTE All rights reservedPRACH循环移位公式n 非限制集下的Cv在UE静止或低速移动场景下，不考虑多普勒频移时，循环移位使用没有限制，这种情况下采用非限制集下的公式计算Cv。n 循环移位Cv的定义非限制集限制集n 限制集下的Cv在UE高速移动场景下，由于多普勒频移效应，频偏会导致基站在检测PRACH信道时，时域上出现额外的相关峰，伪相关峰会影响基站对PRACH的检测，因此在U

3、E高速移动的场景下，针对不同根索引序列，要限制使用某些循环移位，来规避伪相关峰的问题，从而保证接入的成功率。配置接入为限制集后，在循环移位集合的计算上显得更复杂。从应用场景要求看，5G 要求支持UE的移动速度达500KM/H，比LTE要求支持的350KM/H高约43%，LTE和NR的PRACH信道均支持非限制集、限制集A以及限制集B，但5G 的限制集B可支持更高的高速移动场景，所能支持的循环移位数更少。第4页，共51页。zeroCorrelationZoneConfigvalueUnrestrictedRestrictedsetRestrictedsetsettypeAtypeB0015151

4、13181821522223182626422323252638386324646738555584668689598282107610010011931281181211915813713167202-14279237-15419-64 ZTE All rights reservedNcs取值举例.第5页，共51页。zeroCorrelationZoneConfigvalueUnrestrictedset00113215318422526632738=0,32,64,.832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，zeroCorrelation

5、ZoneConfig=6，即 NCS=32v=0,1.,25 (839/32)下取整=26个循环移位C v,i 0,1,.,LRA 1 jxu(i) exu,v(n) xu(nCv)mod LRA)ui(i1)LRA可以看出，用u=2根序列，生成26个Preamble序列，用u=837根序列继续，生成26个Preamble，用下一个根序列继续，直到一共生成64个Preamble序列 ZTE All rights reserved65preamble生成方法及示例n 对于一个逻辑根序列，经过循环移位后生成的Preamble码个数为Lra/ Ncs，如果小于64时，则逻辑根序列索引号+1后，继续通

6、过循环移位生成Preamble,直至满足64个Preamble码为止。第6页，共51页。66 ZTE All rights reserved前导格式n 64个前导序列分为两个部分，一部分用于基于竞争的随机接入，一部分用于基于非竞争的随机接入。用于基于竞争的随机接入的preamble序列又可分为两组：group A和group B（group B可能不存在）将用于基于竞争的随机接入前导序列分为group A和group B的目的是为了加入一定的先验信息，以便基站在RAR中给msg3分配适当的上行资源。第7页，共51页。PRACH长格式n PRACH格式定义l长序列：5G NR支持4种长度为839

7、的PRACH的Preamble格式，分别为Format0/1/2/3，支持子载波间隔为1.25,5KHz(仅用于低频FR1)，支持非限制集、限制集A及限制集B。 长序列中的子载波间隔直接和Format格式对应，无需另外配置 Format0，1重用LTE的两个格式0和3，分别对应14km和100Km的覆盖场景。 Format3（长度为1ms）针对的是高速场景，对NR来说最高车速需求达到500Km/h，用来满足高车速的要求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

8、覆盖下的穿透损耗，与格式0相比，CP和GP的长度都变化不大。 ZTE All rights reserved67第8页，共51页。 ZTE All rights reserved68PRACH长格式Format 0格式Format 1格式第9页，共51页。69 ZTE All rights reservedPRACH长格式Format 2格式Format 3格式第10页，共51页。70 ZTE All rights reservedPRACH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15,30,60,120KHz（低频FR1时支持15及30KHz，

9、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配置第11页，共51页。 ZTE All rights reserved71PRACH短格式（以子载波间隔15kHZ为例）A1格式：2 OFDM符号A2格式：4 OFDM符号A3格式：6 OFDM符号第12页，共51页。 ZTE All rights reserved72PRACH短格式（以子载波间隔15kHZ为例）B1格式：2 OFDM符号B2格式：4 OFDM符号第13页，共51页。 ZTE All rights reserved73P

10、RACH短格式（以子载波间隔15kHZ为例）B3格式：6 OFDM符号B4格式：12 OFDM符号第14页，共51页。74 ZTE All rights reservedPRACH短格式（以子载波间隔15kHZ为例）C0格式：2 OFDM符号C2格式：6 OFDM符号第15页，共51页。l l0 ntRA N d R uA r 14nslo A t ZTE All rights reserved75PRACH时域资源n 和LTE类似，NR的PRACH需要根据配置prach-ConfigurationIndex来选取时域资源，不同格式PRACH时域长度已经确定，只要确定在子帧中的开始位置，时域资

11、源就完全确定了。prach-ConfigurationIndex取值范围0-255根序列索引103RPRACH开始符号：RAl0 0当 f当 f RA为30,120khz时，根据配置表格得到，如果配置为1，则 =1 ，其他情况下 =0、1=6为1.25,5,15,60khz时，则=2ns R lo A t 0PRACH配置周期子帧号y是指SFN模x后的余数，物理意义是在PRACH配置周期内第几个帧上会有RACH slot，为0则是第一个帧，为1是第二个帧第16页，共51页。PRACH时域资源示例=RARAffn 对于FR1，当n 对于FR1，当=15khz时，得到=30khz时，得到l =0,

12、2,4,6,8,10，即子帧2/7内6次PRACH occasion发送时刻l =0,2,4,6,8,10,14,16,18,20,22,24，即子帧2/7内两个PRACH时隙，每个时隙内6次PRACH occasion发送时刻 ZTE All rights reserved76第17页，共51页。PRACH频域资源由 n RAnRA 为配置的PRACH频域资源在BWP中的最低RB索引，对应msg1-FrequencyStartPRACH频域资源n和决定nnstartnRAstartnRA 对应于参数msg1-FDM，决定了频域复用PRACH的频域资源个数，取值为1，2，4，8 左图决定了PR

13、ACH的频域资源大小，例如PRACH和PUSCH子载波间隔分别为1.25khz和15khz时，PRACH对应6个PUSCH RB，占用864个子载波（实际发送839个子载波，下边缘7个子载波保护，对应 k ，为了让PRACH preamble在频域两边的保护子载波尽可能平衡） ZTE All rights reserved77第18页，共51页。78 ZTE All rights reservedPRACH时频域资源示例n 通过prachConfigIndex可以确定PRACH的时域位置，配置msg1SubcarrierSpacing和msg1FrequencyStart可以确定PRACH的频

14、域位置。n 以prachConfigIndex为159、msg1SubcarrierSpacing为30kHz、msg1FrequencyStart为1为例，通过查38.211协议Table 6.3.3.2-3可以确定PRACH的时域位置为每个无线帧的子帧9的第2个slot的前12个符号，通过查询3GPP 38.211协议的Table 6.3.3.2-1可以确定PRACH的频域位置为RB1-RB12第19页，共51页。nNR上行物理信道lllPRACHPUCCHPUSCHnnNR上行物理信号NR物理层过程课程内容第20页，共51页。PUCCH信道nnn与LTE类似，NR的PUCCH用来发送上行

15、控制信息（UCI），UCI包括 CSI , HARQ的ACK/NACK、调度请求 SR及组合NR中PUCCH支持5种格式类型：format0format4，根据PUCCH信道占用时域符号长度分为短格式（format0、2）和长格式（format1、3、4）其中PUCCH长格式1、3、4可以支持时隙内和时隙间跳频，PUCCH短格式0、2可以支持时隙内跳频(2个符号时)。 ZTE All rights reserved80第21页，共51页。PUCCH 0nnPUCCH 0发送的信息bit为1或者2，用于发送HARQ的ACK/NACK反馈，也可以携带SR信息PUCCH 0在频域上占用1个RB，在时

16、域上占用1-2个符号SEQUENCE INTEGER(0.11),INTEGER (1.2),INTEGER(0.13)PUCCH-format0 :=initialCyclicShiftnrofSymbolsstartingSymbolIndexinitialCyclicShift：初始循环移位nrofSymbols：符号个数startingSymbolIndex：开始符号索引，时隙内任意位置当使用1bit HARQ-ACK反馈时，最多支持6个UE复用当使用2bit HARQ-ACK反馈时，最多支持3个UE复用PUCCH 0时域资源配置1个或2个符号时，不影响复用的UE个数，当配置为2个符号

17、时，可以提升ACK反馈的可靠性 ZTE All rights reserved81第22页，共51页。PUCCH 1nnPUCCH 1属于长格式，在时域上占用4-14个符号，承载的信息bit最多2个，用于发送HARQ的ACK/NACK反馈，也可以携带SR信息PUCCH 1在频域上占用1个RBinitialCyclicShift：初始循环移位nrofSymbols：符号个数4-14startingSymbolIndex：开始符号索引，时隙内任意位置timeDomainOCC：时域OCC配置的索引 ZTE All rights reserved82SEQUENCE INTEGER(0.11),IN

18、TEGER (4.14),INTEGER(0.10),INTEGER(0.6)PUCCH-format1 :=initialCyclicShiftnrofSymbolsstartingSymbolIndextimeDomainOCC第23页，共51页。PUCCH 1序列nPUCCH 1配置14个符号，在不开时隙内跳频时，时域正交序列长度最大为7（时域OCC配置0-6），一个RB最多支持12*7=84个UE ZTE All rights reserved83第24页，共51页。 ZTE All rights reserved84PUCCH 1示例nn对于format1，通过给UE分配不同的循环移

19、位及正交序列，在非时隙内跳频时，1个RB（14个符号时）可以支持最大84个UE（12个循环移位，最多7个正交序列）。在时隙内跳频时，1个RB（14个符号时）支持最多36个UE（12个循环移位，最多3个正交序列）。以format 1频域资源为1个RB为例，假设起始RB为272，时域上占据整个slot19的14个符号。不使能slot内跳频时format 1资源使能slot内跳频时format 1资源第25页，共51页。PUCCH 2nnnHARQ-ACK/SR信息，也可以使用PUCCH format 2、3、4来发送CSI 由于信息长度较大，只能通过PUCCH 2/3/4来发送PUCCH 2在时域

20、上占用1-2个符号，在频域上可以占用1到16个RB（2/3/5的倍数）。PUCCH 2时长短，适合用于低时延场景，支持较大信息量的UCISEQUENCE INTEGER (1.16),INTEGER (1.2),INTEGER(0.13)PUCCH-format2 :=nrofPRBsnrofSymbolsstartingSymbolIndexnrofPRBs：PRB个数，nrofSymbols：符号个数1-2startingSymbolIndex：开始符号索引PUCCH2不支持多UE复用 ZTE All rights reserved85第26页，共51页。PUCCH 3nPUCCH 3在时

21、域上占用4-14个符号，在频域上可以占用1到16个RB（2/3/5的倍数）。nrofPRBs：PRB个数，nrofSymbols：符号个数4-14startingSymbolIndex：开始符号索引PUCCH3支持很大信息量的UCI，不支持多UE复用，不支持码分，当同一时刻存在多个UE时，在频域将UE区分开来。 ZTE All rights reserved86SEQUENCE INTEGER (1.16),INTEGER (4.14),INTEGER(0.10)PUCCH-format3 :=nrofPRBsnrofSymbolsstartingSymbolIndex第27页，共51页。87

22、 ZTE All rights reservedPUCCH 3资源举例n 假设在format3的在频域上占据RB 243到RB 248的6个RB，时域上占据slot19的14个符号，是否存在additional DM-RS可以在网管上配置PUCCHFormat.additionalDMRS。时隙内跳频不使能时隙内跳频使能第28页，共51页。参数format0format1format2format3format4时域符号数1-24-141-24-144-14RB数111-161-161支持的比特数1-21-2222时域OCC-支持-支持频域OCC支持支持-UCI与DMRS复用格式-TDMFDM

23、TDMTDM调制-支持支持支持支持编码-支持支持支持跳频支持支持ZTEAll不支持reserved支持支持88PUCCH 4及格式总结nPUCCH 4在时域上占用4-14个符号，在频域上占用1个RBnrofSymbols：符号个数4-14occ-Length：OCC的长度occ-Index：OCC索引startingSymbolIndex：开始符号索引SEQUENCE INTEGER (4.14),ENUMERATED n2,n4,ENUMERATED n0,n1,n2,n3,INTEGER(0.10)PUCCH-format4 :=nrofSymbolsocc-Lengthocc-Index

24、startingSymbolIndex第29页，共51页。nNR上行物理信道lllPRACHPUCCHPUSCHnnNR上行物理信号NR物理层过程课程内容第30页，共51页。PUSCHmappingtypeNormalcyclicprefixExtendedcyclicprefixSLS+LSLS+LTypeA04,144,1404,124,12TypeB0,131,141,140,121,121,1290 ZTE All rights reservedPUSCHn PDSCH仅支持一种传输模式，即非码本传输（最多8层传输）；PUSCH支持两种传输模式，基于码本和非码本传输，基于码本传输时，根

25、据DCI中的TPMI进行precoding。n 和PDSCH类似，PUSCH支持时域资源分配，DCI中指示Time domain resource assignment对应资源分配表中的行n 用SLIV表示PUSCH时域资源，起始符号S和分配的符号长度Ln PUSCH mapping Type 也支持TypeA和TypeBn PUSCH频域资源分配，支持Type0（RBG位图）和Type1（RIV），和PDSCH类似n 为了降低PAPR峰均比，上行PUSCH可以支持Transform Precoding，即采用DFT-s-OFDM，通过RRC层参数和DCI指示n PUSCH支持跳频，包括时隙内

26、跳频和时隙间跳频Table 6.1.2.1-1: Valid S and L combinations第31页，共51页。 ZTE All rights reserved91PUSCH信道映射方式nPUSCH 映射方式分为 PUSCH mapping type A 和 type BllType A 对应slot based 传输最少调度4个PUSCH符号起始符号位置只能是符号0Type B对应mini-slot传输支持1-14个符号的调度起始符号位置可以是符号0-13第32页，共51页。 ZTE All rights reserved92PUSCH的DMRSn 和PDSCH的DMRS类似，PU

27、SCH信道的DMRS也支持：llFront-loaded DMRS：支持单符号前置、双符号前置Additional DMRS：支持单符号和双符号n PUSCH信道的DMRS也支持两种配置：Type1和Type2，在使用transform precoding时（DFT-s-OFDM），仅支持Type1n 和PDSCH DMRS类似，Type1支持4（单前置）/8（双前置）个正交天线端口，端口号为0-7（PDSCH为1000-1007）；Type2支持6（单前置）/12（双前置）个正交天线端口0-11（PDSCH为1000-1011）不跳频单符号示例不跳频双符号示例跳频单符号示例第33页，共51页

28、。nPUSCH type A的DMRS时域映射方式uufront loaded DMRS的时域符号位置跟下行一样（下行是PBCH通知）如果不跳频，就跟下行类似n如果跳频，DMRS时域映射就是相对于每个hop的位置.u但是对于type A, 第一个hop的front loaded DMRS还是跟下行一样；第二个hop的第一个DMRS符号是这个hop的第一个 ZTE All rights reserved93PUSCH的DMRS时域映射方式第34页，共51页。nnNR上行物理信道NR上行物理信号lSRSnNR物理层过程课程内容第35页，共51页。 ZTE All rights reserved95

29、SRSnSRS在5G中的作用：lllTDD系统中，利用信道互易性的特性，用SRS进行信道估计值，得到下行波束赋型权值进行下行数据（包括PDCCH、PDSCH）的定向发射，使得基站侧下行信号到达终端侧的的信号增强，提升终端用户的性能，降低用户间干扰测量基站和UE的信道状态质量用于下行调度，如 SINR，相关性，BFGAIN，用于下行多用户配对，下行链路自适应等。测量基站和UE的信道质量状态用于上行调度，如TA，RI,PMI，用于上行多用户配对，上行链路自适应等。nNR支持三种类型的SRS：周期、非周期和半静态SRS第36页，共51页。Nsymb 1,2,4 ZTE All rights rese

30、rved96SRS时域配置nnNR SRS使用的天线端口数量最大为4，时域占用符号数最大是4个连续符号，4个连续符号只能位于时隙的后面6个符号中时域的起始位置其中， the offset从slot的最后面开始计算，由高层信令配置SRS1个slot内SRS符号个数SEQUENCE INTEGER (0.5),ENUMERATED n1, n2, n4,ENUMERATED n1, n2, n4resourceMappingstartPositionnrofSymbolsrepetitionFactor,startPosition：代表开始的符号，第0到5，其中0代表最后一个符号，以此类推nrof

31、Symbols：SRS占用的符号数repetitionFactor：代表重复几个符号第37页，共51页。 Nslot ,nf ns,f Toffset Nsymb lnSRS 周期或半静态SRS： TSRS R RSRS时域重复次数nuu及SRS在多个符号间的频域repetition和频域hopping，如下图所示： ZTE All rights reserved97对于SRS的发送次数 nSRS 的计算，分为非周期SRS和周期或半静态SRS两类来分别计算：非周期SRS： nSRS l Rframe SRS nSRS 的计算方法跟LTE里面计算方法差异很大，这主要是因为NR支持slot内连续多

32、个符号的SRS以第38页，共51页。 ZTE All rights reserved98SRS时域位置举例n2.5ms双周期帧结构，100MHz带宽下的周期SRS时域资源如下图所示第39页，共51页。99 ZTE All rights reservedSRS频域带宽配置n SRS频域资源配置包括：SRS可发送带宽，SRS一次发送带宽，梳分个数。第40页，共51页。 ZTE All rights reserved100SRS疏分nnSRS在频域上采用梳分方式，在频域上每n个子载波发送一次SRS，这个n可以是2或者4，称为comb-2和comb-4：不同UE的SRS在同一频域范围内可以使用不同的c

33、omb而实现复用。对于comb-2，就是SRS每隔两个子载波发送，两个SRS可以频分复用，而对于comb-4，则最多4个SRS频分复用。comb-2，时域使用2个符号comb-4，时域使用4个符号comb-2，时域使用1个符号第41页，共51页。SRS频域带宽配置nnCSRS为SRS可发送带宽，当可用带宽为100M时，CSRS 可配置=61、62或63。SRS的带宽需要满足4RB的整倍数，因此SRS的带宽最大支持到272个RB。CSRS 和 BSRS 共同决定了SRS带宽的大小和频域上可分为几份，小带宽发送， CSRS 取=63，BSRS=1，右图中每16RB上可以按照梳分(comb)个数一次

34、承载4个UE发16RB的SRS信号。 ZTE All rights reserved101第42页，共51页。SRS频域带宽配置n，图中每个UE按照SRS全带宽发送，能支持4个梳分用户。 ZTE All rights reserved102大带宽发送， CSRS取=63，BSRS=0，右图中第43页，共51页。 ZTE All rights reserved103SRS的信令配置nnnnUE可以配置1个或多个SRS resource set，每个resource set包含有K=1个SRS resources对于每个SRS resource set，可通过高层参数SRS-SetUse配置其用途

35、，用途包括beamManagement,codebook, nonCodebook, antennaSwitchingSRS的用途配置为NonCodebook时，基于下行的CSI-RS计算用于发送SRS的预编码当用途配置为beamManagement时，配置的多个set里面每个set中的在同一时间只有一个SRS resource能用于发送，属于不同set的resource则可以同时发送，因此每个set对应一个RF链路SEQUENCE SRS-ResourceSetId,SEQUENCE (SIZE(1.maxNrofSRS-ResourcesPerSet) OF SRS-ResourceIdO

36、PTIONAL,SRS-ResourceSet :=srs-ResourceSetIdsrs-ResourceIdList- Cond SetupresourceTypeaperiodicsemi-persistentperiodicusageCHOICE SEQUENCE SEQUENCE SEQUENCE ENUMERATED beamManagement, codebook, nonCodebook, antennaSwitching,第44页，共51页。nnnNR上行物理信道NR上行物理信号NR物理层过程课程内容第45页，共51页。 ZTE All rights reserved105

37、随机接入nnPRACH用作随机接入，是用户进行初始连接、切换、连接重建立，重新恢复上行同步的必经途径。UE通过上行RACH来达到和基站之间的上行接入与同步。触发UE发起随机接入的事件类型包括：lllllllllUE在Idle状态下的初始接入。RRC连接重建立（无线链路失败等原因重建）。RRC在连接态时，有上行资源发生但检测到上行失步或者无可用的SR资源从RRC Inactive状态到RRC连接状态。切换。gNB有下行数据发送，但检测到上行失步。按需请求其他SISN辅节点添加波束管理中，波束失败恢复过程发起的随机接入。第46页，共51页。 ZTE All rights reserved106NR

38、随机接入流程与LTE类似step1：UE在PRACH信道发送preamble给gNodeB；step2：gNodeB在RAR时间窗内发送 response给UE；step3：UE在UL-SCH信道发送MSG3；step4： gNodeB在DL-SCH信道发送contention resolution给UE；step0： gNodeB给UE分配专用preamble；step1： UE在PRACH信道发送专用preamble给gNodeB；step2：gNodeB在RAR时间窗内发送 response给UE第47页，共51页。NR初始接入与LTE不同点nnNR RACH信道相关接入参数从SIB1中获取，LTE从SIB2中获取LTE中，下行广播消息MIB/SIB基于广播机制，不支持波束管理；NR中，下行广播消息SSB/RMSI，初始接入支持波束管理机制nPRACH的发送时刻需要和SSB索引建立关联关系，同时基站根据UE上行PRACH的资源位置，决定下行