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[導(dǎo)讀]2016年6月30日，美國第一大移動通信運(yùn)營商Verizon在全球率先發(fā)布了5G（第五代移動通信）空口的物理層標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范（一共4份，編號為TS V5G.200系列）[1~4]，下文簡要介紹這4份5G空口物理層標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容。

2016年6月30日，美國第一大移動通信運(yùn)營商Verizon在全球率先發(fā)布了5G（第五代移動通信）空口的物理層標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范（一共4份，編號為TS V5G.200系列）[1~4]，在業(yè)界引起了很大轟動。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是由Verizon聯(lián)合思科、愛立信、英特爾、LG電子、諾基亞、美國高通公司、三星電子這7家廠商共同制定的。下文簡要介紹這4份5G空口物理層標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容。

1、5G空口物理層與其他各層的關(guān)系

1）總體架構(gòu)

如圖1所示，5G空口由Layer 1（物理層）、Layer 2（第二層。即媒介接入控制層）、Layer 3（第三層。即無線資源控制層RRC）組成組成[1]。其中：（1）Layer 1是UE（用戶5G終端設(shè)備）與5G無線網(wǎng)絡(luò)之間的接口，Verizon的TS V5G.200系列標(biāo)準(zhǔn)對5G的Layer 1進(jìn)行了規(guī)范；（2）Verizon接下來將要發(fā)布的TS V5G.300系列標(biāo)準(zhǔn)將對5G的Layer 2、Layer 3進(jìn)行規(guī)范。

圖1 ?Verizon的5G無線接入空口協(xié)議架構(gòu)[1]

具體地，Verizon的TS V5G.200系列標(biāo)準(zhǔn)目前共有4份，分別為：（1）TS V5G.201： "Verizon 5G Radio Access (V5G RA)； Physical layer – General description"（物理層總體描述）[1]；（2）TS V5G.211： "Verizon 5G Radio Access (V5G RA)； Physical channels and modulation"（物理信道與調(diào)制）[2]；（3）TS V5G.212： "Verizon 5G Radio Access (V5G RA)； Multiplexing and channel coding"（復(fù)用與信道編碼）[3]；（4）TS V5G.213： "Verizon 5G Radio Access (V5G RA)； Physical layer procedures"（物理層流程）[4]。

其中，上述后面3份5G無線接入空口標(biāo)準(zhǔn)相互間的關(guān)系如圖2所示。

圖2 ?5G物理層標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系[1]

2）協(xié)議棧低層向高層提供的服務(wù)

SAPs（業(yè)務(wù)接入點(diǎn)）：上文圖1中，位于最底層的Layer 1向上層提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，Layer 1與Layer 2之間通過傳輸信道來傳送“如何通過空口來傳輸信息”，Layer 2與Layer 3之間通過不同的邏輯信道來傳送“信息是何類型”消息[1]。

物理層的功能：為了向上層提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，Verizon對5G無線接入空口的物理層所應(yīng)具備的功能進(jìn)行了規(guī)范：（1）傳輸信道的誤碼檢測并反饋至更高層；（2）傳輸信道的FEC（前向糾錯）編碼/解碼；（3）混合式ARQ（自動重發(fā)請求）的軟性結(jié)合（soft-combining）；（4）編碼傳輸信道的速率適配（面向物理信道）；（5）將編碼傳輸信道映射至物理信道；（6）物理信道的功率加權(quán)；（7）物理信道的調(diào)制與解調(diào)；（8）頻率同步與時(shí)間同步；（9）無線特性測試并反饋至更高層；（10）MIMO（收/發(fā)端多天線）處理；（11）發(fā)射分集；（12）RF（射頻）處理[1]。

2、對5G空口物理層的總體描述

TS V5G.201對5G空口的物理層（Layer 1）作了總體描述。下文介紹TS V5G.211、TS V5G.212、TS V5G.213這3份Verizon的5G空口無線接入標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容。

1）多址接入

在Verizon所規(guī)范5G無線接入空口物理層中，上行與下行的多址接入技術(shù)均是基于具備CP（循環(huán)前綴）的OFDM（正交頻分復(fù)用）。而且，如果采取TDD（時(shí)分雙工）機(jī)制，則可支持以半雙工模式運(yùn)行。

另外，還可支持單個(gè)成員載波達(dá)到最大100 MHz的物理帶寬。一個(gè)資源塊的時(shí)間長度為0.1毫秒，其中包含12個(gè)子載波，每個(gè)子載波的物理帶寬為75 kHz。

一個(gè)無線幀的時(shí)間長度為10毫秒，由50個(gè)子幀組成，每個(gè)子幀的長度為0.2毫秒（10÷50=0.2）?；谧訋?，可實(shí)現(xiàn)對于數(shù)據(jù)傳輸鏈路方向（上行或下行）的動態(tài)配置。其中，每個(gè)子幀均可配置成下行控制/數(shù)據(jù)與上行控制/數(shù)據(jù)的如下四種組合中的任意一種：（1）含有下行控制信息與下行數(shù)據(jù)信息的一個(gè)子幀；（2）含有下行控制信息、下行數(shù)據(jù)信息與上行控制信息的一個(gè)子幀；（3）含有下行控制信息與上行數(shù)據(jù)信息的一個(gè)子幀；（4）含有下行控制信息、上行數(shù)據(jù)信息與上行控制信息的一個(gè)子幀。

Verizon所規(guī)范5G無線多址接入技術(shù)可支持模擬波束賦形，而且還可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)移動性支持的需求對波束的指向進(jìn)行動態(tài)配置。另外，在進(jìn)行MIMO傳輸時(shí)，支持作數(shù)字預(yù)處理。下行方向支持最大8根天線的MIMO配置，從而可支持最大8條流的多層下行傳輸（每個(gè)5G用戶終端處理最大兩個(gè)流）。此外，也可支持每個(gè)5G終端最大處理兩個(gè)流的多層上行傳輸。還可支持多個(gè)（最高可達(dá)8個(gè)）小區(qū)的上行與下行數(shù)據(jù)的匯聚[1]。

2）物理信道與調(diào)制

TS V5G.211標(biāo)準(zhǔn)對5G空口的下行物理信道及上行物理信道分別作了定義，還描述了5G空口物理層物理信道的特性、物理層信號的產(chǎn)生及射頻調(diào)制[2]。

總體看來，TS V5G.211標(biāo)準(zhǔn)確定了：（1）物理信道結(jié)構(gòu)、幀格式、物理資源元素等；（2）調(diào)制映射方式（BPSK、QPSK等）；（3）上行及下行的物理共享信道；（4）上行及下行的參考信號；（5）隨機(jī)接入信道；（6）主/備同步信號；（7）上行及下行的OFDM（正交幅度調(diào)制）信號生成；（8）信號加擾、調(diào)制及上變換；（9）上/下行時(shí)間關(guān)系（Uplink-downlink timing relations）；（10）層映射（Layer mapping）及上行/下行的預(yù)編碼。

Verizon所定義的5G空口下行物理信道包括：（1）xPDSCH（5G無線下行物理共享信道）；（2）xPDCCH（5G無線下行物理控制信道）；（3）xPBCH（5G無線下行物理廣播信道）；（4）ePBCH（5G無線下行物理擴(kuò)展廣播信道）。

Verizon所定義的5G空口上行物理信道包括：（1）xPRACH（5G物理隨機(jī)接入信道）；（2）xPUSCH（5G無線上行物理共享信道）；（3）xPUCCH（5G無線上行物理控制信道）。

此外，5G信號的類型已被Verizon分別定義為“參考信號”及“同步信號”。

5G無線射頻信號（包括上行信號與下行信號）的調(diào)制技術(shù)，可從QPSK、16 QAM、64 QAM這3種里面靈活選擇。

3）復(fù)用、信道編碼與交織

TS V5G.212標(biāo)準(zhǔn)對5G空口的傳輸信道、控制信道數(shù)據(jù)處理（具體包括復(fù)用、信道編碼與交織）進(jìn)行了規(guī)范：（1）信道編碼技術(shù)；（2）物理層（Layer 1）及MAC層（Layer 2）控制信息的編碼；（3）交織；（4）速率適配[3]。

Verizon所規(guī)范的5G無線物理信道編碼技術(shù)包括：（1）咬尾卷積編碼（Tail biting convolutional coding）；（2）LDPC編碼；（3）Turbo編碼（此為可選方式）。

4）物理層工作流程

TS V5G.212標(biāo)準(zhǔn)對5G空口的物理層流程特性，明確了：（1）同步流程（包括小區(qū)搜索流程及時(shí)間同步）；（2）功率控制流程；（3）隨機(jī)接入流程；（4）與下行物理共享信道相關(guān)的流程，包括CSI（信道狀態(tài)信息）反饋報(bào)告；（5）與上行物理共享信道相關(guān)的流程，包括5G終端探測、HARQ ACK/NACK檢測；（6）物理共享控制信道流程，包括對共享控制信道的指配/分配；（7）波束捕獲流程[4]。

Verizon所定義的5G空口物理層工作流程包括：（1）小區(qū)搜索；（2）上行同步與下行時(shí)控；（3）與隨機(jī)接入相關(guān)的流程；（4）與HARQ（混合式自動重傳請求）相關(guān)的流程；（5）波束捕獲。

Verizon所定義的5G空口規(guī)范，也可支持進(jìn)行干擾協(xié)調(diào)——將可通過在頻域、時(shí)域及功率域進(jìn)行物理層資源的控制來實(shí)現(xiàn)。

5）物理層測試

5G用戶終端及5G Node-B（5G基站）可以對5G無線特性進(jìn)行測試，并可將測試結(jié)果上報(bào)至5G網(wǎng)絡(luò)中的更高層[1]。

參考文獻(xiàn)：

[1] Verizon. Verizon 5G TF； Air Interface Working Group； Verizon 5th Generation Radio Access； Physical layer； General description (Release 1)[EB/OL]. http：//www.5gtf.org/V5G_201_v1p0.pdf， 2016-06-30.

[2] Verizon. Verizon 5G TF； Air Interface Working Group； Verizon 5th Generation Radio Access； Physical channels and modulation (Release 1)[EB/OL]. http：//www.5gtf.net/V5G_211_v1p3.pdf， 2016-06-30.

[3] Verizon. Verizon 5G TF； Air Interface Working Group； Verizon 5th Generation Radio Access； Multiplexing and channel coding (Release 1)[EB/OL]. http：//www.5gtf.org/V5G_212_v1p2.pdf， 2016-06-30.

[4] Verizon. Verizon 5G TF； Air Interface Working Group； Verizon 5th Generation Radio Access； Physical layer procedures (Release 1)[EB/OL].

http：//www.5gtf.org/V5G_213_v1p0.pdf， 2016-06-30.

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