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文档简介

5G移动通信之5G空口设计详解1

2019-081235G新频段5G物理层协议5G高层协议5G新空口课程2

5G新频段2018年12月10日,工信部正式发文表示,向中国电信、中国移动、中国联通发放了5G系统中低频段试验频率使用许可中国移动获得2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz频段的5G试验频率资源中国联通获得3500MHz-3600MHz频段的5G试验频率资源中国电信获得3400MHz-3500MHz频段的5G试验频率资源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频谱列表NRoperatingbandsin

FR1(<6GHz)NRoperatingbandsin

FR2(>6GHz)1235G新频段5G物理层协议5G高层协议5G系列课程5

无线帧格式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共计5种子载波间隔1个无线帧长度为10ms,包含2个半帧(编号0、1),10个子帧(编号0-4、5-9)1个子帧长度为1ms,包含的时隙数与子载波配置有关,时隙编号由0开始1个时隙包含14/12个OFDM符号,每个符号可定义为

“下行”、“灵活”、“上行”三种类型6

无线帧格式举例3.5GHz2.6GHzCUC/CTCCMCC7

无线资源REResource

ElementRBResource

Block,只有频域的概念,包含12个子载波point

A频域参考位置点,CRB的起点CRBCommonResource

Block,用作RG和BWP等的标尺,CRB0的子载波0的中心频率与point

A对齐,CRB编号在频域上唯一RGResource

Grid,相当于一个载波,针对特定子载波间隔,由起始CRB号和连续RB数定义BWPBandwidth

Part,定义了特定UE当前的工作带宽,针对特定子载波间隔,由起始CRB号和连续RB数定义,不能跨RGPRBPhysicalResource

Block,在BWP中从0开始编号,用于调度VRBVirtualResource

Block,用于调度,与PRB之间存在映射关系8

无线带宽A

UE

can

support

less

than

the

carrier

BWNR20

MHz5(later32)component

carriersLTEAllUEssupportfullcarrier

BWUpto400

MHzUpto16component

carriers单载波最大带宽为400M最大聚合载波数为16不要求设备支持载波的全部带宽9

BWPBWP(Bandwidth

Part)由一组连续RB组成UE在一个服务小区中可以配置最多4个DL

BWP和最多4个UL

BWP,但同一时刻只能有一个激活BWP不同的BWP具有不同的带宽、子载波间隔、CP长度和调度定时不同UE在不同阶段使用不同BWP,以应对不同的UE能力、业务速率或节电要求;呼叫建立时使用初始BWP,之后可以通过DCI完成BWP转换,也可以由于不激活Timer超时导致回落到缺省BWP10

补充上行链路frequencyDL+

ULULSULHighNR

frequencyDL+UL

coverageDLonly

coverageSUL

coverage引入SUL(Supplementary

Uplink),改善高频场景上行覆盖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物理信道与物理信号12

下行物理信道:PhysicalBroadcastChannel

(PBCH)PhysicalDownlinkSharedChannel

(PDSCH)PhysicalDownlinkControlChannel

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

PUSCHPhasetrackingreferencesignals,PT-RS,for

PUSCHSoundingreferencesignal,

SRS下行物理信号: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块时域4个符号,频域240个子载波PSS占用第1个符号,承载NID2,

NID2共3个取值SSS占用第3个符号,承载NID1和NID2,

NID1共336个取值PBCH占用第2/3/4个符号SSB周期可设置为(5、10、20、40、80、160)msNR

PCI个数扩展至100813

SS/PBCH频域位置NR中,由于信道带宽可能非常大,如果按照信道Raster(1)进行同步信号搜索,需要时间非常很长,且非常耗电引入同步Raster(2)概念,SSB块按照同步Raster进行放置SSB块频域位置编号以GSCN表示注:不同频段定义了不同的信道Raster,可能为5kHz、15kHz或60kHz厘米波频段,同步Raster为1.44MHz,毫米波频段则为17.28MHz14

SS/PBCH时域位置一个SSB半帧带有4/8/64个SSB块,时域位置由CaseA-E决定举例:CaseCSSB块起始符号位置为{2,8}+14×n,其中n为0,1,2,3每个SSB块时域长度为4个符号15

SS/PBCHSSB波束扫描与LTE中的PBCH全覆盖不同,SSB波束在时域上扫描发射LTE5G

NR16

不同编号的SSB块承载于不同广播波束上各广播波束仅覆盖小区部分区域各广播波束在时间上轮询SS/PBCH为什么需要SSB波束扫描Pr

Gr

Gt

Pt

4

r

2接收功率与波长平方成正比,损失的功率去哪里了?辐射单元的有效面积与频率平方成反比随着频率增加,增加辐射单元数量波束宽度随辐射单元数量增加而减少,即无法实现全覆盖需要特殊的方式实现广播信道和随机接入信道自由空间传播模型

2每扇区单波束@2.8GHz120

wide

beam120

wide

beam120

wide

beamMulti-beam

operationwithmultiplenarrow

beamsReduced

coverage@28GHzSubsetof

beamstransmittedinatime

instance每扇区多波束@28GHz17

PRACH格式与LTE主要差异如下:针对不同应用场景、频段部署,新增多种格式随机接入前波束选择18

PRACHSSB/PRACH映射SSB索引与PRACH资源存在映射关系映射准则:先Preamble升序,后频域资源位置升序,最后时序资源位置升序终端解析SSB编号终端根据映射准则确定当前PRACH资源终端在对应PRACH上发起随机接入基站获知终端所在SSB编号19

下行控制信道处理流程与LTE主要差异如下:Polar(极化)编码删除PCFICH、PHICH支持嵌入DMRS非全带宽20

业务信道处理流程与LTE类似,主要差异如下:LDPC编码上行采用OFDM或DFTS-OFDMCRCLDPC

codingRatematching,

hybrid-ARQScramblingModulationLayermappingTransform

precoding(UL

only)Multi-antenna

precodingResourcemappingPhysicalantenna

mappingOne(ortwo)transportblock(s)ofdynamicsizedeliveredfromtheMAC

layer21

业务信道处理流程信道编码、速率匹配、HARQ过程信道编码LDPC(低密度奇偶校验码)根据码率和TBS大小选择不同图谱RV0RV1RV2RV31st

transmission2nd

transmission3rd

transmission4th

transmission01CBGCBGTI0 0OnlythisCBGis

retransmittedFlushingofsoftbuffercontrolledby

CBGFITosoft

combining速率匹配冗余版本号按0、2、3、1顺序,增加软合并增益,RV0/322

可自解码HARQ过程最大进程数为16,停等机制基于TB或CBG重传异步重传Transport

block业务信道处理流程23

调制、层映射、天线端口映射、VRB映射、VRB-PRB映射调制下行:QPSK/16QAM/64QAM/256QAM上行:π/2-BPSK/QPSK/16QAM/64QAM/256QAM层映射下行:最大2个码字,最多8层,不超过4层时只能使用1个码字上行:仅支持1个码字,最多4层天线端口映射下行:层与天线端口一一映射上行:层与天线端口通过预编码实现一对一或一对多映射VRB映射下行:避开DMRS(本身或共同调度UE)、PTRS

、CSI-RS(NZP或ZP)、SSB、预留RE上行:避开DMRS

(本身或共同调度UE)、PTRSVRB-PRB映射交织或非交织资源调度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频域资源调度资源分配类型0

比特位图,每比特代表一组RB(即RBG)资源分配类型1

RIV,代表RB起始和长度,分配一段连续RB具体使用哪种类型可通过RRC配置(全0、全1、0/1动态)

25资源调度IndexSlotoffsetStartsymbolLengthPDSCHmapping

type00212A10210A2134B……………Jointly

encoded4

OFDMsymbolsRRCconfigured时域资源调度DCI携带index字段,查表确定时隙偏移、起始符号、持续符号长度规范预定义索引表,用于系统、寻呼等消息调度系统自定义索引表,用于一般业务调度slot资源调度DownlinkcontrolDownlinkdataIndex

Offset0123ΔT0ΔT1ΔT2ΔT3UplinkACKIndex

3slot… …RRC-configured

tableΔT2ACKtiming

ΔT326

上行反馈支持5中PUCCH格式灵活的时隙偏移选择,由DCI指示,比LTE更低的处理时间格式0格式1格式2格式3格式4符号数1-24-141-24-144-14PRB数111-161-161UCI比特数1-21-2>2>2>2NR下行参考信号LTE:“一招打天下”的CRS限制灵活的网络部署,不节能,不适用更高频率(>6GHz),不适用mMIMONR:“见着拆着”的参考信号灵活的适应不同的部署场景和频率27

CSI-RS(仅下行)极简载波结构,删除CRS引入CSI-RS,灵活的带宽、周期、样式配置,可用于信道估计、波束管理、移动性管理引入TRS,一种特殊配置的CSI-RS,用于时频偏移估计28

DM-RS(上行和下行)上下行信道估计,相干解调PBCH/PDCCH/PDSCH/PUSCH/PUCCH上携带DM-RSPDCCH

DM-RSPBCH

DM-RSPDSCH/PUSCH

DM-RSPUCCH

DM-RS29

PT-RS(上行和下行)符号间的相位修正,辅助DMRS进行相干解调,多普勒频移和时变信道跟踪多应用于高速高阶调制场景30

SRS(仅上行)上行信道质量估计,辅助上行调度、上行功控根据信道互易性,也可用于下行信道估计最大6个符号,更大的SRS容量引入上行波束训练SlotFrequency0123456789101112

13RBPUSCH

onlySRS/PUSCH31

SSB/CSI-RSmMIMO空域复用原理根据终端反馈的SSB/CSI-RS编号确定用户所在粗细波束根据系统预定义的波束相关性确定用户间相关性根据用户间相关性进行用户配对,实现空域资源利用最大化32

NR测量RSRP、SINR33

分类NR物理信号NR测量值NR应用场景LTE测量值与LTE测量值差异RSRPSSSSS-RSRPRRC_IDLERRC_INACTIVERRC_CONNECTEDRS-RP与RS-RP类似(功率谱密度相同时)CSI-RSCSI-RSRPRRC_CONNECTEDRS-RP与RS-RP类似(功率谱密度相同时)SINRSSSSS-SINRRRC_IDLERRC_INACTIVERRC_CONNECTEDRS-SINR目前相邻小区SSB时频资源完全重叠,SS-SINR可等同于RS信号频域重叠(模三或模六)时的RS-SINRCSI-RSCSI-SINRRRC_CONNECTEDRS-SINR无明确相关性DM-RS(PDSCH)DRS-SINRRRC_CONNECTED(有下行调度)RS-SINR无明确相关性,但与LTERANK1/2

SINR类似1235G新频段5G物理层协议5G高层协议5G系列课程34

5G协议栈引入SDAP(Service

Data

Application

Protocol)负责映射QoS流到DRB,并为上下行分组数据打上QFI连接5GC时存在SDAP层,连接EPC时没有SDAP层35

SDAP协议新的QOS模型QOS管理是基于数据流的,而非基于承载DRB仍由RAN进行处理,DRB与QOS一一对应数据流与DRB的映射方式由设备自主实现引入QFI(QoS

flow

identifier)概念QOS数据流由QFI进行标识每个QFI对应不同的时延、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协议移动性37

整体测量框架与LTE类似,主要差异如

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