【5G PHY系列】物理层信号与信道
1、前言
5G自2018年第一个国际标准R15发布以来，至今已有五六年，我国5G用户占用率已达6成。但我们同时也注意到，5G的发展面临建设成本高、市场需求不足等挑战，高速、高带宽应用场景有限，进而催生出轻量化5G等版本。
近年来我们也注意到，以Starlink为代表的低轨卫星通信正在成为热点，可以针对偏远地区和地面网络欠发达地区提供网络覆盖服务。
5G-NTN技术也正在成为低轨卫星通信体制之一，目前国内多个厂家正在开展在轨验证的试验。从技术层面来看，预计未来各种卫星通信体制将实施取长补短的融合发展策略，与地面网络进行有效互补，真正实现“万物互联”。
物理层的设计是整个5G通信系统最核心的部分。“5G PHY”系列将陆续推出关于5G物理层相关的内容，包含各信道的概念、功能和处理流程和MATLAB实现。表1简单介绍了5G PHY协议规范涉及的内容。
表1 5G PHY 协议规范
本文将从5G物理层的物理信道和物理信号出发，介绍涉及的标准规范和技术实现过程。
2、5G物理信号2.1NR下行物理信号
从功能上划分，NR下行物理信号包括：
信道状态信息参考信号（Channel State Information Reference Signal，CSI-RS）：用于下行信道测量，波束管理，RRM/RLM测量和精细化时频跟踪等。
解调参考信号（DM-RS）：用于下行数据解调、时频同步等。
时频跟踪参考信号（Tracking Reference Signal，TRS）：用于下行时频误差估计与跟踪。
相位噪声跟踪参考信号（Phase noise Tracking Reference Signal，PT-RS）：用于下行相位噪声跟踪和补偿（高速移动场景）。
下行同步信号：包含主同步信号（Primary Synchronization Signal，PSS）/辅同步信号（Secondary Synchronization Signal，SSS），用于时频同步和小区搜索。
2.2 NR上行物理信号
NR上行物理信号包括：
探测参考信号（Sounding Reference Signal，SRS）：用于上行信道测量、时频同步、波束管理等。
解调参考信号（DM-RS）：用于上行数据解调、时频同步等。
相位噪声跟踪参考信号（PT-RS）：用于上行相位噪声跟踪和补偿（高速移动场景）。
3、物理信道
物理信道对应于一组特定的时/频资源，用于承载高层映射的传输信道。每个传输信道均映射到一个物理信道，具体的映射关系如图1和图2所示。从图中可以看到，有一些物理信道不承载传输信道，这些信道称为控制信道。
图1 下行传输信道映射3.1 物理下行信道
物理下行控制信道（Physical Downlink control Channel，PDCCH）承载下行控制信息（Downlink Control Information，DCI），用于为UE提供下行接收和上行传输的必要信息，例如资源分配信息等。PDCCH用于传输DCI，主要是UE接收PDSCH和传输物理上行共享信道（Physical Uplink Shared Channel，PUSCH）所需的调度信息，也可以传输时隙格式指示（Slot Format Indicator，SFI）和抢占指示（Preemption Indication，PI）等。PDCCH的天线端口为2000。
物理下行共享信道（Physical Downlink Shared Channel，PDSCH）主要用于下行单播数据的传输，也可以用于寻呼消息和系统消息的传输。PDSCH在天线端口1000～1011上传输。
物理广播信道（Physical Broadcast Channel，PBCH）承载UE接入网络所需的最小系统信息的一部分。PBCH的天线端口为4000。
3.2 物理上行信道
图2 上行传输信道映射
物理上行控制信道（Physical Uplink Control Channel，PUCCH）承载上行控制信息（Uplink Control information，UCI），用于向基站报告UE的状态，如HARQ接收的状态、信道状态信息等。PUCCH承载UCI，反馈HARQ-ACK信息，指示下行的传输块是否正确接收；上报信道状态信息；在有上行数据到达时请求上行资源。PUCCH的天线端口为2000。
物理上行共享信道（Physical Uplink Shared Channel，PUSCH）对应于PDSCH的上行物理信道，用于传输上行业务数据，还可以用来承载UCI。PUSCH在天线端口1000～1003上传输。
物理随机接入信道（Physical Random Access Channel，PRACH）用于随机接入过程，天线端口为4000。
原文标题 : 【5G PHY系列】物理层信号与信道
