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[導讀]2016年(nian)6月30日，美(mei)國(guo)第一(yi)大(da)移(yi)動(dong)通信(xin)運(yun)營商Verizon在全球率(lv)先發布(bu)了5G（第五代移(yi)動(dong)通信(xin)）空(kong)口(kou)的物(wu)(wu)理層標準(zhun)/規范（一(yi)共(gong)4份，編號為TS V5G.200系列）[1~4]，下文簡要(yao)介紹這4份5G空(kong)口(kou)物(wu)(wu)理層標準(zhun)的主(zhu)要(yao)內容。

2016年6月30日，美國第一大移動通信運營商Verizon在全球率先發布了5G（第五代移動通信）空口的物理層標準/規范（一共4份，編號為TS V5G.200系列）[1~4]，在業界引起了很大轟動。相關標準是由Verizon聯合思科、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空口物理層標準的主要內容。

1、5G空(kong)口物理層(ceng)與其他各層(ceng)的關系(xi)

1）總體架構

如(ru)圖1所示，5G空口由Layer 1（物(wu)理層(ceng)）、Layer 2（第(di)二層(ceng)。即(ji)(ji)媒(mei)介接入控制(zhi)(zhi)層(ceng)）、Layer 3（第(di)三層(ceng)。即(ji)(ji)無線(xian)資(zi)源控制(zhi)(zhi)層(ceng)RRC）組成(cheng)組成(cheng)[1]。其中(zhong)：（1）Layer 1是(shi)UE（用戶5G終端(duan)設(she)備）與5G無線(xian)網絡之間的接口，Verizon的TS V5G.200系(xi)列(lie)標準對(dui)5G的Layer 1進行(xing)了規(gui)范(fan)；（2）Verizon接下(xia)來將(jiang)(jiang)要發(fa)布的TS V5G.300系(xi)列(lie)標準將(jiang)(jiang)對(dui)5G的Layer 2、Layer 3進行(xing)規(gui)范(fan)。

圖1 ?Verizon的(de)5G無線接(jie)入空口(kou)協議架構[1]

具體地，Verizon的TS V5G.200系列標準目前共有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"（物理信道與調制）[2]；（3）TS V5G.212： "Verizon 5G Radio Access (V5G RA)； Multiplexing and channel coding"（復用與信道編碼）[3]；（4）TS V5G.213： "Verizon 5G Radio Access (V5G RA)； Physical layer procedures"（物理層流程）[4]。

其中(zhong)，上述(shu)后面3份5G無線接(jie)入空(kong)口標(biao)準相(xiang)互間的關系如(ru)圖2所示。

圖2 ?5G物理層標準之間的(de)關系[1]

2）協議棧低層向高層提供的服務

SAPs（業務接入(ru)點）：上文圖1中(zhong)，位(wei)于最(zui)底層(ceng)的Layer 1向上層(ceng)提供數據傳輸服務，Layer 1與(yu)Layer 2之(zhi)間通過傳輸信(xin)(xin)道來(lai)(lai)(lai)傳送“如何(he)通過空(kong)口來(lai)(lai)(lai)傳輸信(xin)(xin)息(xi)(xi)”，Layer 2與(yu)Layer 3之(zhi)間通過不同(tong)的邏(luo)輯信(xin)(xin)道來(lai)(lai)(lai)傳送“信(xin)(xin)息(xi)(xi)是何(he)類型”消(xiao)息(xi)(xi)[1]。

物理層的功能：為了向上層提供數據傳輸服務，Verizon對5G無線接入空口的物理層所應具備的功能進行了規范：（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（自動重發請求）的軟性結合（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；（7）物理信道的調制與解調；（8）頻率同步與時間同步；（9）無線特性測試并反饋至更高層；（10）MIMO（收/發端多天線）處理；（11）發射分集；（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空口無線接入標準的主要內容。

1）多址接入

在Verizon所規(gui)范5G無線接入(ru)空口(kou)物理層(ceng)中，上(shang)行(xing)與(yu)下行(xing)的(de)多址(zhi)接入(ru)技術均是基于具備CP（循(xun)環前綴）的(de)OFDM（正交頻分(fen)復用）。而且，如果采取TDD（時(shi)分(fen)雙工）機制，則可支(zhi)持以半雙工模式(shi)運行(xing)。

另外，還可支持單個成員載波達到最大100 MHz的物理帶寬。一個資源塊的時間長度為0.1毫秒，其中包含12個子載波，每個子載波的物理帶寬為75 kHz。

一(yi)(yi)(yi)個無線幀(zhen)(zhen)(zhen)的(de)(de)時間長(chang)度為10毫秒，由50個子(zi)(zi)(zi)(zi)幀(zhen)(zhen)(zhen)組成(cheng)，每個子(zi)(zi)(zi)(zi)幀(zhen)(zhen)(zhen)的(de)(de)長(chang)度為0.2毫秒（10÷50=0.2）。基于子(zi)(zi)(zi)(zi)幀(zhen)(zhen)(zhen)，可實現對于數據(ju)(ju)(ju)(ju)傳輸鏈路(lu)方(fang)向（上(shang)行(xing)(xing)或下(xia)(xia)行(xing)(xing)）的(de)(de)動態配置。其中(zhong)，每個子(zi)(zi)(zi)(zi)幀(zhen)(zhen)(zhen)均可配置成(cheng)下(xia)(xia)行(xing)(xing)控制(zhi)(zhi)/數據(ju)(ju)(ju)(ju)與上(shang)行(xing)(xing)控制(zhi)(zhi)/數據(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)如(ru)下(xia)(xia)四種組合(he)中(zhong)的(de)(de)任意一(yi)(yi)(yi)種：（1）含有(you)下(xia)(xia)行(xing)(xing)控制(zhi)(zhi)信(xin)息(xi)(xi)(xi)(xi)與下(xia)(xia)行(xing)(xing)數據(ju)(ju)(ju)(ju)信(xin)息(xi)(xi)(xi)(xi)的(de)(de)一(yi)(yi)(yi)個子(zi)(zi)(zi)(zi)幀(zhen)(zhen)(zhen)；（2）含有(you)下(xia)(xia)行(xing)(xing)控制(zhi)(zhi)信(xin)息(xi)(xi)(xi)(xi)、下(xia)(xia)行(xing)(xing)數據(ju)(ju)(ju)(ju)信(xin)息(xi)(xi)(xi)(xi)與上(shang)行(xing)(xing)控制(zhi)(zhi)信(xin)息(xi)(xi)(xi)(xi)的(de)(de)一(yi)(yi)(yi)個子(zi)(zi)(zi)(zi)幀(zhen)(zhen)(zhen)；（3）含有(you)下(xia)(xia)行(xing)(xing)控制(zhi)(zhi)信(xin)息(xi)(xi)(xi)(xi)與上(shang)行(xing)(xing)數據(ju)(ju)(ju)(ju)信(xin)息(xi)(xi)(xi)(xi)的(de)(de)一(yi)(yi)(yi)個子(zi)(zi)(zi)(zi)幀(zhen)(zhen)(zhen)；（4）含有(you)下(xia)(xia)行(xing)(xing)控制(zhi)(zhi)信(xin)息(xi)(xi)(xi)(xi)、上(shang)行(xing)(xing)數據(ju)(ju)(ju)(ju)信(xin)息(xi)(xi)(xi)(xi)與上(shang)行(xing)(xing)控制(zhi)(zhi)信(xin)息(xi)(xi)(xi)(xi)的(de)(de)一(yi)(yi)(yi)個子(zi)(zi)(zi)(zi)幀(zhen)(zhen)(zhen)。

Verizon所規范5G無線多址接入技術可支持模擬波束賦形，而且還可以實現根據移動性支持的需求對波束的指向進行動態配置。另外，在進行MIMO傳輸時，支持作數字預處理。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5G用戶終端處理最大兩個流）。此外，也可支持每個5G終端最大處理兩個流的多層上行傳輸。還可支持多個（最高可達8個）小區的上行與下行數據的匯聚[1]。

2）物理信道(dao)與調制

TS V5G.211標準對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、物理層信號的產生及射頻調制[2]。

總體看(kan)來，TS V5G.211標(biao)準確(que)定了：（1）物(wu)理(li)信(xin)(xin)(xin)(xin)道結構、幀格式(shi)、物(wu)理(li)資(zi)源元素(su)等；（2）調制(zhi)映射方式(shi)（BPSK、QPSK等）；（3）上(shang)行(xing)(xing)(xing)(xing)及下(xia)行(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)物(wu)理(li)共(gong)享信(xin)(xin)(xin)(xin)道；（4）上(shang)行(xing)(xing)(xing)(xing)及下(xia)行(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)參(can)考信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)；（5）隨機接入信(xin)(xin)(xin)(xin)道；（6）主(zhu)/備同步信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)；（7）上(shang)行(xing)(xing)(xing)(xing)及下(xia)行(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)OFDM（正交幅度(du)調制(zhi)）信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)生成；（8）信(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)加擾、調制(zhi)及上(shang)變換；（9）上(shang)/下(xia)行(xing)(xing)(xing)(xing)時間關系(xi)（Uplink-downlink timing relations）；（10）層映射（Layer mapping）及上(shang)行(xing)(xing)(xing)(xing)/下(xia)行(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)預編碼。

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無線下行物理擴展廣播信道）。

Verizon所定義的5G空口上(shang)(shang)行(xing)(xing)物(wu)理(li)信(xin)道(dao)(dao)包括：（1）xPRACH（5G物(wu)理(li)隨機接入信(xin)道(dao)(dao)）；（2）xPUSCH（5G無線上(shang)(shang)行(xing)(xing)物(wu)理(li)共享信(xin)道(dao)(dao)）；（3）xPUCCH（5G無線上(shang)(shang)行(xing)(xing)物(wu)理(li)控制(zhi)信(xin)道(dao)(dao)）。

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(wu)線射(she)頻信(xin)號（包括上(shang)行(xing)(xing)信(xin)號與下行(xing)(xing)信(xin)號）的調制技(ji)術(shu)，可從QPSK、16 QAM、64 QAM這3種里面靈活選(xuan)擇。

3）復用、信道編碼與交織

TS V5G.212標準(zhun)對5G空口的傳輸信(xin)道(dao)、控制信(xin)道(dao)數據(ju)處理（具體包括(kuo)復用、信(xin)道(dao)編(bian)碼與交(jiao)織(zhi)）進(jin)行了規(gui)范：（1）信(xin)道(dao)編(bian)碼技術；（2）物理層（Layer 1）及MAC層（Layer 2）控制信(xin)息的編(bian)碼；（3）交(jiao)織(zhi)；（4）速率適(shi)配[3]。

Verizon所規范的5G無線物理信道編碼技術包括：（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標準對5G空口的物理層流程特性，明確了：（1）同步流程（包括小區搜索流程及時間同步）；（2）功率控制流程；（3）隨機接入流程；（4）與下行物理共享信道相關的流程，包括CSI（信道狀態信息）反饋報告；（5）與上行物理共享信道相關的流程，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(kou)物理層工作流(liu)程包括：（1）小區搜(sou)索(suo)；（2）上行(xing)(xing)同步(bu)與(yu)(yu)下行(xing)(xing)時控；（3）與(yu)(yu)隨機接入相(xiang)關的流(liu)程；（4）與(yu)(yu)HARQ（混合(he)式自動重傳請求）相(xiang)關的流(liu)程；（5）波束捕獲(huo)。

Verizon所定義的5G空口規范，也可支持進行干擾協調——將可通過在頻域、時域及功率域進行物理層資源的控制來實現。

5）物(wu)理層測試

5G用戶終端及5G Node-B（5G基站）可以對5G無線特性進行測試，并可將測試結果上報至5G網絡中的更高層[1]。

參考文獻：

[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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