文章目录
- 1. 通用协议体系结构
- 2. 物理层概述
- 2.1 多址接入
- 2.2 物理信道和调制
- 2.3 信道编码
- 2.4 物理层过程
- 2.5 物理层测量
- 3. 物理层规范结构关系
1. 通用协议体系结构
本规范中描述的无线电接口包括用户设备(UE)和网络之间的接口。无线电接口由1、2、3层组成。TS 38.200系列描述了第1层(物理层)规范。
图1.围绕物理层的无线接口协议架构
物理层与第2层的介质访问控制(MAC)子层和第3层的无线电资源控制(RRC)层连接。不同层/子层之间的圆圈表示服务访问点（SAP）。物理层提供了到MAC子层的传输信道。 传输信道的特征在于如何通过无线电接口传输信息。 MAC子层为第2层的无线链路控制（RLC）子层提供了不同的逻辑信道。逻辑信道的特征在于传输的信息类型。
从协议栈角度来看，逻辑信道是MAC层和RLC层之间的，传输信道是物理层和MAC层之间的，物理信道是物理层的。
逻辑信道，关注的是传输什么内容，什么类别的信息。信息首先要被分为两种类型：控制消息（控制平面的信令，如广播类消息、寻呼类消息）和业务消息（业务平面的消息，承载着高层传来的实际数据）。逻辑信道是高层信息传到MAC层的SAP。
传输信道，关注的是怎样传？形成怎样的传输块（TB）?不同类型的传输信道对应的是空中接口上不同信号的基带处理方式，如调制编码方式、交织方式、冗余校验方式、空间复用方式等内容。根据对资源占有的程度不同，传输信道还可以分为共享信道和专用信道。前者就是多个用户共同占用信道资源，而后者就是由某一个用户独占信道资源。
与MAC层强相关的信道有传输信道和逻辑信道。传输信道是物理层提供给MAC层的服务，MAC可以利用传输信道向物理层发送和接受数据；而逻辑信道则是MAC层向RLC层提供的服务，RLC层可以使用逻辑信道向MAC层发送和接受数据。MAC层一般包括很多功能模块，如传输调度模块、MBMS（多媒体广播组播业务）功能模块、传输块TB产生模块等。经过MAC层处理的消息向上传给RLC层的业务接入点，要变成逻辑信道的消息；向下传送到物理层的业务接入点，要变成传输信道的消息。
物理层可以向更高的层提供数据传输服务，通过使用经过MAC子层的传输信道来访问这些服务。
2. 物理层概述
2.1 多址接入
NR物理层的多址接入方案是基于带循环前缀（CP）的正交频分复用（OFDM），对于上行链路，还支持带有CP的离散傅里叶变换扩展正交频分复用（DFT-s-OFDM）。为了支持成对和非成对频谱的传输，同时启用了频分双工（FDD）和时分双工（TDD）。
基于资源块并以带宽不可知的方式定义第1层，从而使NR第1层适应各种频谱分配。一个资源块（RB）由具有给定子载波间隔的12个子载波组成。无线电帧时长为10ms，由10个子帧组成，子帧时长为1ms。子帧由一个或多个相邻时隙组成，每个时隙具有14个相邻符号。（子帧是时域上的概念，子载波是频域上的概念）
2.2 物理信道和调制
物理信道，就是信号在无线环境中传送的方式，即空中接口的承载媒体。物理信道对应的是实际的射频资源，如时隙（时间）、子载波（频率）、天线口（空间）。物理信道就是确定好编码交织方式、调制方式，在特定的频域、时域、空域上发送数据的无线通道。根据物理信道所承载的上层信息不同，定义了不同类型的物理信道。
下行链路物理信道包括：物理下行共享信道（PDSCH）、物理下行控制信道（PDCCH）、物理广播信道（PBCH），支持的调制方式有：QPSK，16QAM，64QAM和256QAM。
上行链路物理信道包括：物理上行共享信道（PUSCH）、物理上行控制信道（PUCCH）、物理随机接入信道（PRACH），支持的调制方式有：QPSK，16QAM，64QAM，256QAM（对于OFDM多址接入方案）或者π/2-BPSK，QPSK，16QAM，64QAM，256QAM（对于DFT-s-OFDM多址接入方案）。
此外，信号被定义参考信号、主同步信号和辅同步信号。
信道与信号的概念区别：信道(Channel)，就是信息的通道。不同信息类型需要经过不同的处理过程。信道就是信息处理流程，层一、二、三相互配合支撑。信道强调的是各个层之间不同信息类型的处理过程；信号(Signal)，物理信号是物理层产生并使用的、有特定用途的一些无线资源粒(Resource Element，RE)。物理信号不携带从高层而来的任何信息，它们对高层而言不是直接可见的，即不存在高层信道的直接映射关系。
2.3 信道编码
传输块的信道编码方案是准循环LDPC码，具有2个基本图，每个基本图具有8个奇偶校验矩阵。一个基本图用于大于特定大小的码块或初始传输速率高于阈值的码块； 否则，将使用另一个基本图。在LDPC编码之前，对于较大的传输块，将其分割成多个大小相同的码块。物理广播信道（PBCH）和控制信道采用的编码方案是基于嵌套序列的极化码（Polar）。支持三种速配匹配方案：打孔（puncturing），缩短（ shortening）和重复（repetition）
2.4 物理层过程
物理层过程主要包括：小区搜索、功率控制、上行同步和上行定时控制、随机接入相关流程、HARQ相关流程、波束管理和CSI相关流程。通过对物理层资源在频域、时域和功率域的控制，NR系统隐式地支持干扰协调功能。
2.5 物理层测量
无线电特性由UE和网络测量，并向更高层报告。包括频内和频间切换，RAT间切换，定时测量和RRM测量。定义RAT间切换的测量是为了支持切换到E-UTRA。（RAT：无线接入技术；RRM：无线资源管理；E-UTRA：演进的通用地面无线接入）
3. 物理层规范结构关系
图2.物理层规范间的关系
