5GNR物理层信号处理与参考信号解析

### 5G NR物理层信号处理与参考信号解析 #### 1. CS - RNTI与上下行资源分配 CS - RNTI在5G NR系统中扮演着重要角色，它可以对已配置的下行分配进行激活或去激活操作。当一个用CS - RNTI加扰的PDCCH出现时，意味着下行分配可以根据RRC定义的周期隐式重用，直到被去激活。 在上行方面，gNB可以为配置了上行授权的UE分配用于初始HARQ传输的上行资源。配置的上行授权分为两种类型： - **类型1**：RRC直接提供配置的上行授权（包括周期）。 - **类型2**：RRC定义上行授权的周期，而指向CS - RNTI的PDCCH可以激活或去激活该配置的上行授权，同样，用CS - RNTI寻址的PDCCH表示上行授权可根据RRC定义的周期隐式重用，直至被去激活。 当配置了载波聚合时，每个服务小区可以有一个配置的上行授权被信令通知，即每个服务小区在任何时候只能有一个配置的上行授权处于激活状态。类似地，当配置了带宽自适应时，每个BWP可以有一个配置的上行授权被信令通知。一个服务小区的配置上行授权可以是类型1或类型2，对于类型2，各服务小区之间配置上行授权的激活和去激活是相互独立的。当配置了SUL时，只能为小区的两个上行载波之一信令通知一个配置的上行授权。 #### 2. NR与LTE物理层处理的差异 NR与LTE在物理层处理上存在诸多不同。在波形选择上，NR选择OFDM作为下行和上行的默认波形，这是因为它对多径延迟扩展和无线信道的频率选择性具有较强的鲁棒性，并且在不同信道和信号的传输调度上具有灵活性。而LTE的下行和上行波形及多址方案不同。在NR的上行中，DFT预编码的OFDM是一种可选的传输方案，仅用于链路预算受限的用例。虽然它在降低PAPR（以及立方度量）和提高功率放大器效率方面有一定优势，但也存在空间复用受限、上下行传输不对称限制侧链操作以及调度复杂等缺点。 在信道编码方面，NR的物理信道处理使用极性码对控制信道进行鲁棒编码，使用低密度奇偶校验（LDPC）码对数据信道进行编码，这与LTE使用的信道编码方案不同。 #### 3. 5G NR中的MIMO技术 大规模MIMO是5G无线通信的关键使能技术之一。基站的大量天线元素为提高吞吐量带来了额外的自由度，并通过波束赋形获得了显著的覆盖增益。为了降低成本和节省功率，大量天线元素可以组装成多个天线面板，多面板MIMO在毫米波大规模MIMO系统中具有很大的应用前景。 NR通过引入新的参考信号、测量和报告程序来支持多面板天线阵列操作。NR有两个独特的MIMO特性： - **模块化和高分辨率信道状态信息（CSI）获取**：模块化框架由资源设置、CSI报告设置和测量设置三个组件组成，它将资源设置与报告设置关联起来，使网络能够为UE定制CSI测量和报告。为了提高用户吞吐量，NR支持一种称为Type II CSI的高分辨率双阶段预编码，它允许更准确地估计信道，从而提高NR MU - MIMO方案的效率。Type II CSI的预编码矩阵指示符（PMI）由几个具有不同频率分辨率的组件组成。同时，由于NR主要面向MU - MIMO操作，Type II CSI由适用于不需要高空间分辨率场景（如SU - MIMO传输）的Type I CSI进行补充。 - **波束管理**：为了建立和维持数据传输和接收的链路，波束管理使网络能够利用物理层测量和链路质量报告进行波束切换。波束管理在6GHz以上频率规划中尤为重要，因为gNB和UE在数据传输和接收时都使用窄波束。它还可用于6GHz以下的多TRP场景。与CSI获取结合使用时，波束管理可使网络与UE建立无缝、低延迟的数据传输链路，这在6GHz以上频段使用大量窄模拟波束进行数据传输时，对于频繁的波束切换场景非常关键。一旦通过波束管理建立了链路，CSI获取可以协助网络进行链路自适应。 #### 4. 下行物理层功能和流程 ##### 4.1 下行物理层总体描述 NR下行物理层由高层可配置的功能模块和协议组成，这些模块和协议根据下行物理信道特性、用例、部署场景等进行配置。下行物理层处理一般包括以下步骤： 1. 接收高层数据，如下行共享信道的MAC PDUs或物理广播信道（PBCH）的主信息块（MIB）。 2. 进行循环冗余校验（CRC）计算并附加。 3. 信道编码和速率匹配。 4. 调制。 5. 映射到物理资源和天线。 6. 多天线处理。 7. 支持第1层控制和HARQ相关信令。 ##### 4.2 参考信号 在OFDM系统中，参考信号（或导频子载波）对