从局部到整体：5G系统观-概要版-vivo通信研究院

R移动通信“系统观”vivo通信研究院张晨璐225G真的要来了!33商用在即商用在即•2019年6月26日，vivo在上海MWC发布5G商用终端，以及助G20W快充和AR眼镜。紧锣密鼓G》，提出了“5G网络领航计划”宣布全面启动17城市的5G规模试验和应用示范；•2018年9月20日，中国电信5G外场成功打通基于5G独立组网端到端呼叫。标准发布•2017年12月，3GPP完成了5G非独立组网(NSA)标准制定；•2018年6月，3GPP发布独立组网标准，是首个完整的5G国际正式商用！正式商用！•2019年1月，第三阶段测试结束，预示国内5G网络达到预商用水平；•2019年1月，vivo全球第一部搭载完整5G功能手机vivoAPEX发布第一波刺激第一波刺激2017年12月，中国电信公布成都、雄安、深圳、上海、苏州、兰市为5G规模试点城市。•2018年1月，中国联通在北京、天津、上海、深圳、杭州、南京•2018年2月，中国移动宣布武汉和杭州、上海、广州和苏州5G试4455G是什么？5增强现实……点从底层到高层、从接入网到点从底层到高层、从接入网到核心网，全面了解5G网络单点技术、信令和流程面从微观到宏观，了解移动通信系统发展历史、系统模型、架构与演进规律。我的移动通信“系统观”术过程与用户行为关联，实现对5G系统的全面直观理解66第一章：历史、演变与趋势第三章：能力核心-物理层第四章：控制大脑-高层第五章：创新基地-核心网77基于对当前同类书籍特点的分析，实现作者传播“系统观”的技术意图。作者在本书的构思阶段就确立本书最重要的技术意图是传播移动通信系统的“系统观”概念。作者进行了大量的针对不同协议层系统的纵向整理和总结，并将LTE系统和5G系统进行了横向的比较总结，让读者更加清晰的理解移动通信系统技度的描述方式5G技术是一个庞大而复杂的专业体系，对于很多读者来说，技术本身很难与实际用户行为和现象关联技术和旧知关联到一起并加强理解。例分析《从局部到整体：5G系统观》-目录一章史、演变与趋势一章史、演变与趋势从一切靠“吼”的古代通信，到利用电缆实现的有线通信，再到走来的？从“过去”我们看到了什么？速度、容量还是通信技术未来发展的最重驱动力吗？如果不是，那还会是什么？ 效率：xxkbit/s~xxGbit/s 效率：xxkbit/s~xxGbit/s代表：烽火传讯、信鸽传书、击鼓传声、风筝传讯、天灯、良马日行千里摩尔发明电报真什么驱动着通信技术代表：电报、有线电话、无线电广播效率：xxbit/s~xxkbit/s无线时代础学科的发展，人们对无线通信技术赋予了更电的时代应理论的发展使得通信一切靠“吼”的时代在基础科学还未启蒙的年代，信息只能靠原始无线时代础学科的发展，人们对无线通信技术赋予了更电的时代应理论的发展使得通信一切靠“吼”的时代在基础科学还未启蒙的年代，信息只能靠原始进步的基石！的最大驱动力！通信系统如何一路走来？线从纸筒电话谈起线信的特点1通过“看得见摸得着”的固定媒介进行传220源变器制道调变器宿源变器码制道调码变器宿压缩数据减少信源冗余，提高通信有效性人为增加冗余，提高数据传输可靠性21射频发射升级后的通信系统源变器制道调变器宿源变器码制道调码变器宿压缩数据减少信源冗余，提高通信有效性人为增加冗余，提高数据传输可靠性21射频发射想传输的更远想传输的更远可靠，更高效原始模拟信号采样与量化采样分段采样分段采样分段信源编码信道编码物理信道移动通面临的问题更多、更复杂！222不确不确①限②③23传输体系；制；性④制；性④征⑤限⑥224PCRFLTE网LTERANSGWPGW5GRANUPFUSPNASNASMACCCMACUPFMACDPDPCMAC层Internet复杂的移动通信系统PCRFLTE网LTERANSGWPGW5GRANUPFUSPNASNASMACCCMACUPFMACDPDPCMAC层InternetHSSMMMEInteInternetUE5G核心网NRFPCFLTE核心网UDMNEFUDMNG-RANAUSPAMFSMFAFLTERANInteInternetUENEFNRFPCFUDM“总线” NBAMF UENBAMF225配置与控制提供后台网络对接入网户的控制手段，实层功能，如位置管理、切换、寻呼与业务请求、会话管理等。gNBUERRCRRCL2L2调度算法gNB物理层导频物理层度MCS(编码、调制)频域导频测量反馈数据反馈反馈数配置与控制提供后台网络对接入网户的控制手段，实层功能，如位置管理、切换、寻呼与业务请求、会话管理等。gNBUERRCRRCL2L2调度算法gNB物理层导频物理层度MCS(编码、调制)频域导频测量反馈数据反馈反馈数据导频测量时域提供基站的控制手段，提供基站的控制手段，实现各种高层功能，如连接管理、配置管理、测量管理、资源管理等。适配底层，提供合适适配底层，提供合适的传输格式和传输块大小flows映射结合信道特征、干扰特征、结合信道特征、干扰特征、运用香农信息论等最新理论和技术，考虑频谱效率需求、设计目标，构建一个鲁棒的，高效率的，物理传输信道226速度和容量是移动通信从1G到4G的绝对驱动力！227技术推动应用，应用影响生活！从1G到5G的蜕变！1973年1991年2000年应用：数字语音+文字应用：多媒体应用：多媒体+宽带速率：数十~数百Kbps228从一切靠“吼”的古代通信，到利用电缆实现的有线通信，再到走来的？从“过去”我们看到了什么？速度、容量还是通信技术未来发展的最重驱动力吗？如果不是，那还会是什么？229100Mbps甚至G级百万/Km2能耗10Mbit/s/m2100Mbps甚至G级百万/Km2能耗10Mbit/s/m21成本 毫秒级m效率20500Gbps Km/h350Km/h“总线”NEFNRFPCFUDMInternet“总线”NEFNRFPCFUDMInternet入网解耦离网络架构增强适用于短距离覆盖和室内覆盖场景适用于低速移动，高速连接场景相对低廉的部署和使用成本被广泛的应用和接纳适用于短距离覆盖和室内覆盖场景适用于低速移动，高速连接场景相对低廉的部署和使用成本被广泛的应用和接纳接入网解耦动通信技术，也许的未来，需要我们开征分离信系统特别是用户面“专业”计算机网络征用用户面由SGW和PGW组成，用户面部署不够灵活MME同时涉及移动性管理和会话管理控制面功能PGW同时具备用户面和控制面功能不利于实现SDN和NFV等技术基于服务的网络架构网络功能传统网元网络功能网络功能服务2网络功能服务1ServicediscoveryMaintainstheNFprofileNRFNEFNRFPCFUDMAUSPAMFSMFAFNEFNRFPCFUDMAUSPAMFSMFAFeNBSGWPGWPCRF节点2消费者节点2节点1服务2服务2服务节点1服务2服务2节点3节点3征信网络从“专用网络网络发展。从“用什么”向“你提供什么”转变。通信网络传传统网元功能大而全，导致硬件专传统网元属于专用硬件，功能与硬件耦合，无法实现独立升级和演进传统网元间的信令/数据路径复杂，不利于降低处理时延传统网元间采用专用接口，兼容性和扩展性不强能力增强适用于差求征业务需求的差异扩大业务需求的差异扩大，从技术层面看，极限需求无法使用常规的方式满足。采采用专网的方式不利于资源利用率，大大增加了网络成本。大大而全的后台网络，不利于新业务的这些变化意味着什么？实现全球统一的技术标准是移动通信系统接纳并融合多样化的实现全球统一的技术标准是移动通信系统接纳并融合多样化的接入网技术是移动通信发展的现实需要。一与包容随着技术和需求的发展，移动通信融合如AI等新兴技术成为再次点燃移动通信活力的契机。借鉴与融合垂直业务并助力其他行业成为通信未来发展的重要趋势和动力。实现真正意义上的无 (万物连接)是移动通信系统追求的终极目标。随着随着5G系统的商用，信演进的传统动力已不再是技术发展的唯一的追求目标。力移动通信未来发展趋势对“标准人”提出了更高的要回到技术本身移动通信系统到底是如何工作的？章章vivovivo4040玩玩手机移动开机初始接入过程业务发起过程移动性管理过程41413.3GHz频段4.9GHz频段3.5GHz频段26GHz频段2.75GHz5.5GHz稀缺资源“频谱”3.3GHz频段4.9GHz频段3.5GHz频段26GHz频段2.75GHz5.5GHzSub6GHzAboveSub6GHz339GHz频段100MHz200MHz200MHz42.5GHz24.75GHz27.5GHz37GHz3.3GHz3.4GHz42.5GHz24.75GHz27.5GHz37GHzAbove 广电2G/3G/4Gn77n7910Hz10kHz698MHz806MHz2.6GHz3.3GHz3.6GHz4.8GHz5GHz24.75GHz27.5GHz37GHz42.5GHz……424243从宏观到微观认识频谱资源43n79n77n793..3GHz3..6GHz4.8GHz4.9GHz5GHz信道带宽50M保护频带保护频带传输带宽RE频域12个子载波=1RBRE频域14个符号=1slot……资………域所以需要分MIB、SIBx接括接收其他系统信息的所以需要分MIB、SIBx接括接收其他系统信息的“方法”不同国家、不同运营商、户提供服务的具体频率资开机第一个动作是找到当前位置有网络存在的频谱置。OFDM个同步系获得下行时序。有网络存在但并不表示同步后不知道网络侧配置也无法接受数据！“需要接收网络侧信息来进行判断。”那又如何实现网络侧数据的接收呢？分类分阶段按需接收！首先告诉你接收方法！搜网同步新手机就是个“小白”！间？“配置太多了咋办？“配置太多了咋办？”系统信息接系统信息接收4444NAS层动作NAS层动作发搜网/同步/系统消息接收理层动作①PLMN选择当前尝试接入的网络我们并没有验证是否可用！4545NAS层动作发NAS层动作发发搜网/同步/系统消息接收理层动作①PLMN选择①Cell选择确认了可用网络，但应该在哪个小区驻留呢？4646用户行为物理层行为③接收系统消息RRC层行为①Cell选择发发①PLMN发①PLMN选择47474848UE找到有网络存在的频谱，通并根据预设方式完成主要网络配置的接收，最终根据配置完成“可用网络”和“合适小区”的择。动作前面的所有动作都是终端的单方行为，网络侧并不知道有终端的存在，也并未与终端进行任何联络。网络如何判断UE是否合法，是否欠费，是否可以为之提供服务？UE如何与网络建立联系呢？4949知道用多大功率发送上行数据。知道用多大功率发送上行数据。为了后续操作的方便，物理层需要给标识。身份标识CMsg2:RAR(viaPDCCH/PDSCH)D3:viaPUSCHMsgE:4:(viaPDCCH/PDSCH)Msg竞争解决F：HARQACK..系统消息12345第二步：随机接入考虑到上行传输时考虑到上行传输时么时候发数据基站才能收到。数据的资源。获得RACHOccasion配置、Preamble配置信息应用系统消息中的RAR窗口配置，并在窗口内接收RAR从Msg2收到Msg3是否预编码，Msg3的子载波间隔的参数并生成Msg3开启竞争解决timer，等到Msg4UE物理层完成接收数据的所有准备！；-发起随机接入的时频位置(触发上行业务)；-监控Paging消息的时频位置(监控下行业务)；④通过随机接入过程获得了UE的物理层标识符(识别自己的数据)；NAS层动作NAS层动作发理层动作RRC接建立取了大部分的配置信息，但这些配置是针对所有UE的公共配置。①基站还需要建立一个直接控制UE行为的渠道。②此外，为了匹配当前环境 (信道状态等)提高特定UE的能力，需要配置一些UEspecific的参数指导UE行为。NAS层动作发NAS层动作发发理层动作RRC接建立如何向核心网报到？E核心网并没有实现任何沟通。核心网无法为UE提供任何服务。①需要建立与核心网的信令连接；②UE需要验证当前接入网络的合法性、核心网也需要验证UE合法性；③核心网需要为UE建立安全机制；④随机接入过程③接收系统消息发①Cell选择发触发触发NAS层行为①PLMN选择④随机接入过程③接收系统消息发①Cell选择发触发触发NAS层行为①PLMN选择用户行为理层行为若此时UE没有业务发起/会进入：RRCIDLE或INACTIVER态到现在为止，UE和网络都做好了接收/提供服务准备！此时，若用户有业务发起，协议又何如工作？玩玩手机移动开机初始接入过程业务发起过程移动性管理过程状态UE物理层做好了接收和发送数据的准备。完成了核心网的注册过程，但RRC连接处于断开状态。动作若UE有上行业务需要发起，协议如何工作？若网络侧有UE下行数据到达，协议如何工作？道(Paging监控)，随时准备接收或发起业务。并不会时刻监控网络，那在何时可以UPFinggNB数据缓存RANpagingtriggerRANpaging(Xn)RANpaging(Xn)PagingUE(inRNA)PagingAMF数据缓存CNPagingPagingUE(inRA) ngGN RANpaging(GN)UEinIDLEUEinRRC_INACTIVEDL数据到达RANUPFBBBBB网网络无法实时监控的准确位置，那若有业务到来，在哪对对于物理层来说，Paging消息，又如何识别此处有发给我的寻呼消息？何“人”周期性更新(周期性注册)移动性更新(移动性注册)更新时刻更新时刻新周期T 动 周期注册/移动性注册发RRC接建立发周期性更新(周期性注册)移动性更新(移动性注册)更新时刻更新时刻新周期T 动 周期注册/移动性注册发RRC接建立发随机接入过程NAS层动作理层动作由于UE处在节能的IDLE态 (或INACTIVE态)，没有和网络建立信令连接，因此，网络并不知道UE的准确位置，而只维护UE大致位置。因此，网络需要首先知道在哪个大致范围可以寻呼到UE。么时候可以找到你？-何时处于IDLE或INACTIVE态的UE处于节能的原因，并不会时刻监听Paging，而是间歇性的醒来监听(DRX)。•如何在和网络没有任何信息实时交互的前提下，知道网络什么时候给我发Paging？•站在系统角度，如何确保所寻寻呼系统帧寻呼时机寻呼时机UE和网络各自通过UE_ID和SFN(系统帧编号)计算PF(考虑配置的DRX周期)。UE各自通过UE_ID计算PO。NASNAS层动作理层动作系统消息中获得的SFN根据分配的UE_ID根据配置参数PF、PO计算0UE根据加扰DCI的特定临时标识符(P-RNTI)来识别本次调度是否传输Paging消息。UERRC层或NAS层分配的UEUE根据加扰DCI的特定临时标识符(P-RNTI)来识别本次调度是否传输Paging消息。UERRC层或NAS层分配的UEID来识别本次Paging的。Paging识别UE识别NAS层动作UEID1解码Paging在PO内监控调度 (即DCI)理层动作对于物理层来说，无论是用户都是数据。如何识别当前收到的下行调Paging一个寻呼消息中可能包含对？获取获取Paging消息 (从PDSCH获得)1Paging消接收Paging解析NAS层行为Paging消接收Paging解析NAS层行为用户行为理层行为2 RRC连接N2连接 RRC连接N2连接从随机接入起始。程从Paging起始第二步：建立连接UPFgNBUEAMUPFgNBUENASNAS连接PDNPDN连接NASNAS层动作理层动作触发 立RRCPDU建立发3收RRC接建立Paging解析发收RRC接建立Paging解析发发求用户行为理层行为触发触发PF/PO计算发NAS层行为455数据传输前的状态经过物理层的搜网、同步、系统消息接收和高层的注册过程，终端已经做好接收业务的准备；通过Paging，网络找到UE。并通过随机接入触发业务请求为UE建立用户面的PDU会话。完成随机接入的UE处于RRC连接态，并监控网络是否有自己的数据调度。动作怎么识别是否有自己的数据？UEUE监控基站发送的下行控制信息DCI获取PBRn2PBR0PBRn2PBR0步UE通过监控下行物理控制信道PDCCH来接收基站物理层控制信令。其中，数据调度也由PDCCH指示。监控PDCCH监控利用SearchSpace和CORESET来联合指示监控位置CORESET指示lotSearchCORESET指示lot指示Period=4slotUE利用C-RNTI解扰成功则表示该DCI是给自己的NASNAS层动作物理层动作ETUE监控所有潜在OccasionRNTI证6通过PDCCHUE可获得的自己的调度得传输数据的根据PDCCH获得的DCI来获取PDSCH的时频位置「通过PDCCHUE可获得的自己的调度得传输数据的根据PDCCH获得的DCI来获取PDSCH的时频位置「2PDSCH]L:持续长度传传输S:开始符号Slotn接收接收PDSCH7ng息接收H数据接收/送发发RRC建立gingng息接收H数据接收/送发发RRC建立ging发NAS层行为发用户行为理层行为8玩玩手机移动开机初始接入过程业务发起过程移动性管理过程9用户行为-移动重选UE通过测量当前的RSRQ/RSRP/SINR来于IDLE/INACTIVE态UE根据RRC配置处于CONNECTED态的UE需要在网络控小区选择NAS层动作L/L3滤波物理层动作小区选择/重选小区选择NAS层动作L/L3滤波物理层动作小区选择/重选/切换UE执行测量参数配置测测量配置通过RRC信令为UE配置行为和上报行为通过RRC信令为UE配置行为和上报行为RRC建立后无论是IDLE/INACTIVE态的小区选择/重选，还是CONNECTED态下的切换，其测量行为的相关参数都由RRC配测量上报小区重选满足上报条件后，UE执基站决策切换基于UE的测量上报，基否切换。测量基基站配置UE执行NAS层动作册请求数择C接理层动作E量LL择刻①他流程C程LL随机接入物理层动作流程NAS层动作NAS层动作册请求数择C接理层动作E量LL择刻①他流程C程LL随机接入物理层动作流程NAS层动作数量C程E量选①③①②话建立流程总结话建立寻呼流程调服务请求注册流程初寻呼流程调服务请求注册流程 IN态触发行为注册流程(位置更新)些神马东东？OSI模型即开放系统互联模型(OpenSystemInterconnection)，由国际标准化组织提出，各种计算机在世界范围内互连为网络的标准框架。而所谓的TCP/IP模型这是基负责利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接，研究在不同介质上，如何将信息转换成实际信号并实现高效传输的问题；适配介质物理层并处理流控制。屏蔽物理不同物理层介质的匹配和底层提供可靠传输数据链路层个节点之间的连接，为源端的传输层送来的分组选择合适的路由和交换节点，正确无误地按照地址传送给目的端的运输层；寻址和路由层层用户提供一个端到端的可靠、透明和优化的数据传输服务机制传输层帧层处理就是封装和解封装的过程，通过增加包头并利用包头中的信息进行对等层的信息交互，从而实现每层的功能目标。帧层处理就是封装和解封装的过程，通过增加包头并利用包头中的信息进行对等层的信息交互，从而实现每层的功能目标。 SP UEAMFASNG-APP物理层RRC层PDCP层MAC层NG-AP物理层GTP-UPSDAP层RLC层MACGTP-UPGSP UEAMFASNG-APP物理层RRC层PDCP层MAC层NG-AP物理层GTP-UPSDAP层RLC层MACGTP-UPNEFNRFPCFUDM“总线” ASRRC层PDCP层MAC层UPFSDAP层RLC层AC为什么移动通信协议和OSI、TCP/IP模型有比较大的区别？加密与完整性保护资源受限两级重传自适应接入网拓扑结构相对互联网要简单很多，不存在多点之间加密与完整性保护资源受限两级重传自适应接入网拓扑结构相对互联网要简单很多，不存在多点之间RRC和NAS层从本质上来说就是应用层，其功能是实现UE和传输层 用无线传输，较固定电缆复杂很多无线相比有线来说信息传输泄露和篡改的入网的L2增加了用户数据和信令的加密和完整性保护功能接入网数据传输采用无线承载的概念以保以实现核心网QoSFlow到无线承载之间的映射和管理。保证多用户QoS和公MAC子层设置了复用和优先级管理功能。无线传输比有线传输更容易受到环境的影响而造成MAC子层和RLC子层采用了双层的可靠性保障机制 (HARQ、ARQ)，以实现可靠性和传输效率的平衡。无线信号动态变化幅度大，理层实际传输能力动态在L2的MAC子增加了自适应的调制与编码功能(MAC控制，物理层执行)，在RLC子层置对高层数据包的分段级联功能，以匹配物理5G接入网与开放模型的差异物理信令、RRC信令、NAS信令？NAS解析PDCCH由基站侧物理层产生完成编码，直接映射到由CORESETNAS解析PDCCH由基站侧物理层产生完成编码，直接映射到由CORESET和SearchSpace联合定义的物理资源。UE侧物理层盲检PDCCH解析后获得DCIgNBUEgNBNANAS编码解映射 物理时频资源NASPDCPPDCPRLCRLCMACMACMACCEPDSCH HPHYNASPDCPPDCPRLCRLCMACMACMACCEPDSCH HPHYPHY调度计划PDSCH由基站MAC层产生，可以和用户DL数据复用到同一个的传输块，由基站物理层映射到PDSCH资源 (由PDCCH指示调度信息)。在对端由UE物理层解调并递交给UEMAC层解析；MACCEgNBUEgNBNANASPDSCHH 度PDCCHPDSCH物理时频资源NASRRCRRC信令块PDCPHHPHYPDSCHNASRRCRRC信令块PDCPHHPHYPDSCHPH调度计划PDSCHCHUEUENASNASRRC令块PDCPDCP RLC MACHPHYPDSCHPHH 调度PDSCHPDCCHPDSCH物理时频资源由由基站RRC层产生复用到信令无线承载(SRB0……SRB3)，并由PDCP(对于SRB0PDCP仅透传)、RLC层和MAC做分段等操作后，与DL数据复用到同一个传输块，由基站物理层映射到PDSCH资源。在对端，由物理层解调递交到UERRC解析；；NASSRRCRRC信令块PDCPHHPHYPDSCHPNASSRRCRRC信令块PDCPHHPHYPDSCHPH调度计划PDSCHCH由AMF产生，经过NG-C接口传输RRC信令中传输给UE。UE解析后UEUENASNASS块 RLC MACHPHYPDSCHPHH调度CCHSCH物理时频资源信令之间的“嵌套”关系物物理时频资源RRCNAS信令CCE视同仁”，作为物理层纯负荷在PDSCH中传输；给UE。5G信令体系比较5G是如何实现哪些超能力的？系统灵魂：物理层！章能章能力核心-物理层物理层率、频谱利用率和可靠性物理层在通信系统中的角色物理层率、频谱利用率和可靠性高层信令用户物理层特征特征Beamforming••对高层信令或数据的“无差别”传输；•对传输介质的特性适配•实现数据高效传输号号当前信道状当前信道状态支持的传输能力数织单元。度时域15kHz240kHz15kHz240kHz 支持URLLC；业务无法灵活匹配。支持5种不同的子载波间隔，对应5种不同的子帧时域长度和频域宽度。不同的子载波间隔可灵活配置。一个slot的时域长度从最大1ms到最小0.0625ms，支持更加多样化的业务需求。1LTE仅支持7种标准化定义的上下行子帧比例，对业务的多样化需求支持不佳；1后期引入了动态TDD技术，但引入了额外的小区间干扰、资源浪费问题，且调整灵活性不足(10ms)。5G以Slot甚至是OFDM符号为单位来分配上下行资源比例。协议支持通过DCI信令来灵活的调整上下行资源比例，并预定义了55种标准化结构(协议预留最高支持254种结构)。协议支持利用Cellspecific和UEspecific的RRC信令来进一步自定义UE上下行子帧比例；已经足够了吗？ACK/NACK时延如何降低？UL数UL数据LDL数据DL数据LDL数据1~14个OFDM符号11~14个OFDM符号LUL数据LLDL数据DL数据LDL数据1~14个OFDM符号11~14个OFDM符号LUL数据LUL数据制制SlotSlotSlotSlotDL控制制DL数据DL数据UL数据UL控制LUL数据UL控制LUL控制UL数据UL数据L保护UL控制UL控保护UL控制UL控制DL控制DL数据保护UL控制DL数据LLDL数据L保护DL控保护DL控制保护UL控制UL数据UL数据LLL2、4、7个OFDM符号和UL反馈须不同Slot内进行，这导致数据传输时延较大；应传输需求。为了降低调度、数据发送和ACK/NACK反馈之间的时延，可以将调度部分、数据部分和反馈信道包含在一个Slot内，进而极大降低时延；为了进一步支持小数据包的低时延传输，5G允许数据部分在Slot的任意位置(任意OFDM符号编号)发起，并只占用部分Slot资源(2/4/7个OFDM符号)。5G物理层-能力核心！号号50M14个符号=1slot资源网格RE=1OFDM符号*1个子载波RB=1OFDM符号*12个子载波slotOFDM符号1ms=1/2/4/8/16个slot50M14个符号=1slot资源网格RE=1OFDM符号*1个子载波RB=1OFDM符号*12个子载波slotOFDM符号1ms=1/2/4/8/16个slot 3.3GHz3.6GHz4.8GHz4.9GHz5GHz工作频段x信道带宽保护频带保护频带保护频带保护频带RE频域12个子载波=1RE频域我们如何高效的利用带宽？部分带宽(BandwidthPart)全全带宽监听耗电提高一个UE最多支持配置4个DLBWP和ULBWP；WP用户的BWP可以根据需求进行灵活调整。手段GRRC信令、PDCCH物理层信令、定制器和随机接入过程来更新BWP设置。支持不同应用场景和切换速度。NormalUL:3.5GHzDL+ULDL+UL+SUL补充上行(SupplementaryUL)NormalUL:3.5GHzDL+ULDL+UL+SUL上行覆上行覆盖覆盖力不足尽管中高频段下行覆盖能力可通过MassiveMIMO、高功率、增加资源等技术保障，但上行覆盖主要受限于终端能力和能耗，上行覆盖能力较弱。SULSUL:1.8GhZ频率行频率在中高频部署场景下，通过部署较低频上行，弥补了上行覆盖能力不足的问题。号号标标PBCHPBCHARFCNPBCHPBCHARFCNSSB(SS/PBCHBlock)接收239PPPPPPSBBBBSSSSSSSHH根据ARFCN可以直接确定绝对的频00123OFDM符号以0Hz频点为起点编号1个SSB占据4个OFDM符号。其中PBCH位于#1、#2和#3符号；PSS位于#0符号，SSS位于#2符号。1个SSB占据20个RB，其中PSS和SSS分别占据#0和#2的中间127SC。PBCH占据#1和#3全部频域和#2的部分频域SSB中梳状插入DMRS，DMRS起始位置以CellID模4确定，以实现小区间的正交。#0#0UE1UE2由于高频的采用，5GNR需要采用Beamforming弥补高频覆盖能力的不足。SSB是终端初始接入的关键流程，如何发送SSB？如何通过SSB的接收完成Tx-Rx天线的配对？SSBurstsetperiod=20msSSBurstsetSSBSSBindex#7#1#2#3#4#1#2#3UE1UE2SSBurstSet个方向的覆盖发送。SSBurstSet时域结构SSB编号与天线配对在5ms的SSBurstSet内，从0开始对SSB编号。在后续过程传递给gNB，进而实现天线配对。UE接收到的SSBindex将BCHbitBCHbitSSBIndex3位IBbits(来自RRC)A+1~A+4A5A+6,A+7,A+8MIBMIB包含的信息隔LTE的CFI)和搜索空间配置PBCHPBCH息包含初始接入和其他系统信息块的传输方式和调度信息等必要系统消&单播SIBx方式发送，也可以用RRCPBCHPBCH息包含初始接入和其他系统信息块的传输方式和调度信息等必要系统消&单播SIBx方式发送，也可以用RRC段子载波间隔和解调调制编源位置资源位置PBCHPBCHPSSSSS配置，且考虑到接收需求，提供了“请求再传输”和“广播+单播”的方式。号号收IRRNTI扰调度收IRRNTI扰调度调度Msg4:竞争解决(viaPDCCH/PDSCH) gNBUEMsg2：RAR(viaMsg2：RAR(viaPDCCH/PDSCH)Msg3(RRC和NAS消息)接收获得RACHOccasion配置和Preamble序列配置，获得SSBIndex和RACHOccasion的对应。RARRAR接收(Msg2)UE盲检PDCCH获得PDSCH调度信Preambleindex的一致性。RAR中包含TA、功控指令、Msg3根据配置，找到与自己接收的SSBIndex对应的发送Preamble的资根据配置，找到与自己接收的SSBIndex对应的发送Preamble的资源，并发送随机接入前导，发送的Preamble隐式的包含特定的RA-RNTI。ULUL发送(Msg3)Msg发送Msg3，其中包括此次随机接入的高层消息，比如RRC连接建立请求消息。竞竞争解决(Msg4)UE用TemporaryC-RNTI监控PDCCH，若检测到PDCCH，成功解码对应的PDSCH，并存在匹配的MACCE，则成功接入。lotototototlotlotototototlot机化gNB UE1UE2UE3T机化子帧子帧#04682Occ.Occ.Occ.Occ.Occ.Occ.Occ.Occ.Occ.Occ.Occ.Occ.mblePreamble列UE随机选择Preamble序列 (需考虑SSBindex对应关系)样(意味着RA-RNTI一样)，而且选择的利用Msg4解决。RACHBestBeam入无法告知gNB其选择的BestBeam；送(即Msg1)完成信息的告知，以确定基站后续发送(Msg2/4)的发送天线。#1#2#3#4#5#6将RACHoccasion以及Preambleindex与SSBRACHBestBeam入无法告知gNB其选择的BestBeam；送(即Msg1)完成信息的告知，以确定基站后续发送(Msg2/4)的发送天线。#1#2#3#4#5#6将RACHoccasion以及Preambleindex与SSBindex捆绑BBBBBttNRNR协议规定在5ms的SSBurstSet内多个SSB将覆盖所有方向扫描发送一次，UE根据接收到的最强信号来确认BestBeam，利用SSBindex标记。号号物理层设物理层在寻呼中扮演的角色物理层设释公式满足PO：i_s=floor(UE_ID/N)mod释公式满足PO：i_s=floor(UE_ID/N)modNs0123456789计算T：是UE的DRX周期N：DRX周期T内总共的PF数量时时间大尺度计算(PF)(SFN+PF_offset)modT=(TdivN)*(UE_IDmodN)周期T内的T个帧UEPF匀的分布在N个PFNPF布在DRX周16个PF时时间小尺度计算(PO)UEPO均匀的分布到不同的5G物理层-能力核心！号号EE标PDCCH功能制资源集和搜索空间确域PDCCH存在的范围。在NR中，协议定义PDCCH存在的频域准确范围和时域持续长度(OFDM符号数)。在NR中，对于每个BWP，可以给UE配置最多3个CORESET。集搜索空间SearchSpace指示UE如何搜索PDCCH，其设计目的是尽可能的降低盲检复杂度。在协议中，定义了UE的监控周期，起始符号位置、聚合等级等参数。在NR中，对于每一个BWP，可以给UE配置最多10个SearchSpace。aceetCORESET#2设置(38.311)frequencyDomainResources=111111111111000Duration=2⑦(OFDM)SlotSearchSpace1设置(38.331)monitoringSlotPeriodicityAndOffset=sl5③.2④monitoringSymbolsWithinSlot=001⑥000001⑦00000Duration=3⑤CORESET#1设置(38.331)frequencyDomainResources=CORESET#2设置(38.311)frequencyDomainResources=111111111111000Duration=2⑦(OFDM)SlotSearchSpace1设置(38.331)monitoringSlotPeriodicityAndOffset=sl5③.2④monitoringSymbolsWithinSlot=001⑥000001⑦00000Duration=3⑤CORESET#1设置(38.331)frequencyDomainResources=0001111111000……(3Duration=3⑧(OFDM)SlotPBRn1SearchSpace2设置(38.331)monitoringSlotPeriodicityAndOffset=sl4③.1④monitoringSymbolsWithinSlot⑥=00100000000000Duration=1⑤PBRn2BWP2SCS=15kPeriod=4slot③Offset=BWP2SCS=15kPeriod=4slot③CORESET#22个符号⑥2个符号⑥CORESET#22个符号⑥2个符号⑥PBR0CRBmPBR02个符号⑦22个符号⑦效的降低了UE的盲检复杂度。Offset=2slot④BWP1SCS=Offset=2slot④BWP1SCS=30kDuration=3⑤CORESET#12个符号⑥CRBm1PBR0CORESET#12个符号⑥CRBm1PBR0PRB3个符号⑧8个符号3个符号⑧CRB0and89674523019678345012DDCICCE#1CCE#2CCE#3CCE#4CCE#5CCE#6REG98877654543212102OFDM符号C2OFDM符号CORESET3OFDM符号CORESETCORESET考虑交织DCIbitDCI定CEDCIESETCORESETRRCDuration定虽然UE获得了CORESET和SearchSpace配置，得知了CCE到REG映射方式，但还无法确定哪里有自己的PDCCH，也不知道PDCCH具体使用的聚合等级和Candidate的数量！效果：等间隔的将Candidate等间隔的分散在CCE集合中盲检因素DCI格式号号L:持续长度PDSCHACK/NACKPDSCH(ReTx)KK0PUSCHPUSCH(ReTx)L:持续长度PDSCHACK/NACKPDSCH(ReTx)KK0PUSCHPUSCH(ReTx)PDCCHDLGrantULGrant||n.2||n.KL:持续长度KL:持续长度S:开始符号SlotnPDSCHDCIformatPDSCHDCIformat1_0或1_1K1|2PUSCHSSlotnPUSCHDCIformat0_0或0_1PUSCHIndicatorValue)。其目的是指示PDSCH或PUSCH的起始符号位置和持续长度。但出于节约信令资源的考虑IndicatorValue)。其目的是指示PDSCH或PUSCH的起始符号位置和持续长度。但出于节约信令资源的考虑所谓SLIV即起始和长度指示值(StartandLength定义定义SLIV=72=>S=2、L=6K0=0otnS=3otmSlotm+1Slotm+211111111111101234567890123456789SLIV=72=>S=2、L=6K0=0otnS=3otmSlotm+1Slotm+2111111111111012345678901234567890123456789012301230123||n.2||n.KL:持续长度KL:持续长度S:开始符号SlotnPDSCHDCIformat1_0或1_PDSCHPDCCHPDCCH配置SearchSpace1.monitoringSymbolsWithinSlot=10000000000000ControlResourceSet1.duration:2DCIDCIformat0_0.Timedomainresourceassignment=0IMappingtype=typeASLIV=31=>S=3Mappingtype=typeAK=2012345678910111213L=3Duration=3Duration=2L=6L=3Duration=3monitoringSymbolsWithinSlot=0monitoringSymbolsWithinSlot=001000000000000000000000000即SlotBased调度方式，其调度行为以Slot为单位进行。PDSCH和PUSCH占据14个(普通CP)或12个(扩展CP)OFDM符号。B即Mini-slotBased调度方式，其调度行为以OFDM符号为单位进行。其中，PDSCH占据2/4/7个符号(对于扩展CP为2/4/6个OFDM符号)；对于PUSCHMini-slot占用符号数可以是1~14个任何取值。频域分配频域分配TypeType0Type0资源分配方式是给UE分配以RBG为单位的频域资源，其中RBG的大小和BWP大小和RRC配置相关，大小范围为2/4/8/16个RB；TypeType1这种分配方式将给UE分配连续的N个PRB。RB_start和RB数量N来标识。这两个参数被合并为RVI(ResourceIndicatorValue)RRC：配置资源周期比较稳定时(比如VoIP)，如果采用动态调度机制会带来一些无谓-ConfiguredSchedulingRRC：配置资源周期比较稳定时(比如VoIP)，如果采用动态调度机制会带来一些无谓据网络利用RRC信令UE-specific的配置SPS的调度周期，具体的时频域资源则由PDCCHDCI指示。PDCCH除了配置具体的时频资源外，还承担激活和去激活SPS的任务。可用资源DCI：资源+激活 配置周期K0/k2TypeType2(GrantFree)通过RRC信令配置周期以及具体的时频域资源位置。和SPS以及Type2不同的是，Type2不需要由DCI激活，当UE接收到RRC配置，则就可以根据参数中指示的周期和Offset来周期性的发送数据。号号UCCH功能功能ACK/NACK：用于反馈基站PDSCH等传输是否正确；SchedulingRequest(SR)：用于请求上行传输资源。于10%；ACK误检测成1%；不大于0.1%。可靠性要求设计了长PUCCH格式和短的PUCCH可以为1个时延要求PUCCH从1个符号PUCCH度从4个符号到覆盖要求新的CGS序列用于保证覆盖的PUCCH采FTDFTS非覆盖受限的PUCCHCPOFDM的多载波。其他PUCCH)； (长PUCCH)。征PUCCH时频位置置在初始接入阶段，若网络为给UE配置专用的PUCCH配置，这使用SIB1中的pucch-ResourceCommon配置PUCCH资源；若网络给UE配置了专用的PUCCH资源配置时，使用专有信令配置PUCCH资源； 案例分析fSym01fSym0123456789bols号号5G参考信号号所谓的参考信号其实就是一系列的已知训练序列，由于发送端和接收端都约定好了训练序列的内容和时频位置，因此，接收端可以通过接收这些训练序列来掌道的状态。摒摒弃了LTE的Cell-specific的参考信号设计思路，引入按功能定义的专用参考信号。20slot#9#020slot#9#00#9#06#13 10slot10slot10slot9#9#02MACCE活MACCE去激活#5#320slot#9#020slot#9#00#9#06#13 10slot10slot10slot9#9#02MACCE活MACCE去激活#5#3示其周期和相对周期边缘的offset值。活和去激活geringOffsetDCICSIRSslot-获取信道状态信息-波束管理-精确的时频跟踪-移动性管理-速率匹配例194例3#0#9#0#9#0#9#0#9CSI-RS时隙CSI-RS符号MACCE时隙DCI时隙CSI-RS资源映射-“大尺度”期性期性用周期和相对周期边缘的offer来标识CSI-RSSlot时域资源位置。用周期和相对周期边缘的offer来标识CSI-RSSlot时域资源位置。用距离激活DCI信令所在Slot的offset值来CSIRSSlot时域资源位置。资源映射nrofRBs4的倍数)Port0Port1Port2Port3w111-1-11-1-11w011111-11-1t0t1t0t1t0t1t0t1-11Port0Port1Port2Port3w111-1-11-1-11w011111-11-1t0t1t0t1t0t1t0t1-1111基本映射单元1P2-1P11-1-111-1-1-1-1111-1-111-1-1111-1-111-1-1FDM)和时域复用(TDM)TD2)和CDM8(FD2、TD4)，标准三种正交模式定义了其各自的预编码方式(如下图)。Port0Port1W11-1W01111P0P111P0-1-1111-1P0-11-1-1111-1P0-11单元11P3Port1Port2Port3Port4Port5Port6Port7Port8w11111111111111111w011111111111111111111t1t2t3t4t1t2t3t4t1t2t3t4t1t2t3t4t1t2t3t4t1t2t3t4t1t2t3t4t1t2t3t4P2P3P0P1P2P3111-1-1-11-11-11-11-1111-1-1-11-11-11-11-11-11-111-11-111111111单元-111-11-1-11P6P7P4P6P7Port#129Port#168765432tt10123456789Port#0Port#4Port#20Por#8-1-1 Port#14Port#2-1 -1 Port#6Port#188-1-1-1-1894672153Port#0Port#4Port#20Por#8-1-1 Port#14Port#2-1 -1 Port#6Port#188-1-1-1-1894672153-1-1-1-1-1-1 Port#10Port#22Port#10-1 -11100-1-1-1-1-1-1-1-19-1-1-1-1-1-1-1-187 3-1-1-1-1-1-1-1-12tt10123456789Port#1Port#13Port#5PortPort#1Port#13Port#5Port#17Port#21Por#9Port#15Port#19Port#11Port#23 -1+1-1-1 -1Port#3-1-19Port#7-1-1-1-18-1-1-1-176543-1-1-1-12-1-1-1-11 45 910 23678组成一个基本映射单元组成一个基本映射单元(k,l+l)=(frequencyDomainAllocation,firstOFDMSymbolInTimeDomain)=(1*2,4+1)BPDSCHDouble-DMRS的时域“映射类型”BPDSCHDouble-Slot-Based映射类型。第一个DMRS符号映射到Slot中的第3或4个OFDM符号处，即DMRS的映射基于Slot边界映射而不管实际调度的数据(PDSCH)的边界。这种映射类型主要用于数据占用了大部分Slot况。Nonslot-Based映射类型。第一个DMRS符号映射到数据(PDSCH)的第1个OFDM符号处，即DMRS的映射基于实际数据调度边界而不是Slot小数据的传输，时延。DMRSPDSCHTypeA-Slot的第3或第4个符号处TypeB-PDSCH的第1个符号处RSSingle-symbolDoubleSingle-symbolPDSCH-TimeDomainResourceAllocation::=SEQUENCEPDCCH配置SearchSpace2.monitoringSymbolsWithinSlot=00100000000000ControlResourceSet2.duration:3DCIDCIformat0_0.Timedomainresourceassignment=0即SLIV=66k0=2Durationinsymbols=14，见38.211-Table7.4.1.1.2-4monitoringSymbolsWithinSlot=00100000000000PDCCH配置SearchSpace1.monitoringSymbolsWithinSlot=10000000000000ControlResourceSetPDSCH-TimeDomainResourceAllocation::=SEQUENCEPDCCH配置SearchSpace2.monitoringSymbolsWithinSlot=00100000000000ControlResourceSet2.duration:3DCIDCIformat0_0.Timedomainresourceassignment=0即SLIV=66k0=2Durationinsymbols=14，见38.211-Table7.4.1.1.2-4monitoringSymbolsWithinSlot=00100000000000PDCCH配置SearchSpace1.monitoringSymbolsWithinSlot=10000000000000ControlResourceSet1.duration:1DCIformat0_0.Timedomainresourceassignment=1即SLIV=85SLIV=85=>S=1、K0=0Mappingtype=typeBL=7DCIS=1、k0=0Slot#n12345678910111213 0DMRS案例ROW0{k0mappingTypestartSymbolAndLength}2typeA66ROW1PDSCH-TimeDomainResourceAllocation::=SEQUENCE{k0mappingTypestartSymbolAndLength}0typeB85S=3SLIV=66=>S=3、L=11K0=2Mappingtype=typeASlot#m+1Slot#m+1Slot#m+2111111111111012345678901234567890123456789012301230123L=11Duration=L=11DMRS配置dmrs-TypeA-Position=pos2dmrs-AdditionalPosition=pos1maxLength=Len2ROW0PDSCH-TimeDomainResourceAllocation::=SEQUENCE{k0mappingTypestartSymbolAndLength}2typeA66ROW1PDSCH-TimeDomainResourceAllocation::=SEQUENCE{k0mappingTypestartSymbolAndLength}0typeB85DMRS配置dmrs-AdditionalPosition=pos1maxLength=Len1L=7,Durationinsymbols=7monitoringSymbolsWithinSlot=ypeDMRS的频域“配置类型”ypeTypeType1高支持4个天线端口；在双符号DMRS的情Type1导频开销相对较高，平均1个端口占个RE。TypeDMRS号DMRS的情况下，最高支持6个天线端口；在双符号DMRS的情Type2导频开销相对较低，平均1个端口占RE。Type1Single-symbolType2Single-symbolType1Double-symbolType2Double-symbolIMO每2个RB每4个RB相位跟踪导频PTRS每2个RB每4个RB位跟踪导频PTRS位跟踪导频PTRS(Phase-trackingReferenceSignals)弥补了DMRS在时域上密度较低导致设计设计，但在降低了导频开销的同时，也由于引入了相对低密度的DMRS使得在高频段引入了相位误差，导致系能下降。Always-on的CRS的导频设计，CRS很好的实现了解调和时频跟踪功能，但由于其密度较高，所以导致了很大的导销。PTRS(排除DMRS传输的位置)、每两个和每四个MPTRSDMRSDMRS子载波OFDM符号每个OFDM符号每两个OFDM符号每四个OFDMOFDM符号PTRSPTRSUE分配的带宽5G物理层-能力核心！号号BeamsweepingleMsg3Msg4SCHUE-specificselectionBeamUE-specificBeamforming初始接入阶段的波束扫描和匹配BeamsweepingleMsg3Msg4SCHUE-specificselectionBeamUE-specificBeamforming波束调整入阶段的天线“匹配”状态发SRPRSPQSINRRepetitionIE来告知此资源集中的多个NZPCSI-RS资源是否保持发射波束不变。整 SRPRSPQSINR号号38.2xx系列TS38.300NR和NG-RAN整体描述TS38.202物理层服务TS38.202物理层服务物理层一般性描述TS38.212复用与信道编码TS38.211物理层信道与调制TS38.212复用与信道编码TS38.211物理层信道与调制TS38.213物理层过程(控制)物理层过程(data)测量章控制大脑-高层章控制大脑-高层无线特征的体现UEgNBNAS层NAS层ACMAC层AC数据链路层数据链路层MAC层制户MAC层2PDCP层RLC层物理层PDCP层RLC层MAC物理层MAC层层LL3在移动通信系统中的角色制户MAC层2PDCP层RLC层物理层PDCP层RLC层MAC物理层MAC层层L2/L3角色UEgNB控NAS层控NAS层ACAC面MAC层数据链路层面MAC层用“适配”更高层AC“适配”物理层gNBUERRC层控制RRC层控制控制UUUU层协议B据包处处理 接入网高层 L2L3MACRLCPDCPMACRLCPDCPRRC“调度师”“调度师”信道1信道2信道n息MACMAC层测量BSRSRACK/测量BSRSRNACK用率物物理层MAC功能DUSDU/MACCE水线RFLCIDLR/F/LCID/LMACsubheaderwith8-bitLfieldRFLCIDLLOct1Oct2Oct1Oct2Oct3逻辑信道ID，每一个MAC字头包含一个6bit的逻辑信道ID。用来指示SDU的逻辑信道，或者MACCE类型。指示SDU或者变长MACCE的bytes数R/F/LCID/LMACsubheaderwith16-bitLfieldRRLCIDOct1R/LCIDMACsubheader示16bitsLLogicalChannelPrioritization(ULonly)ingR