）等）。文献[7]给出了NR 关键技术及其设计原理相对全面的概述，相比之下，本文的目的是技术规peepm
范（TS ），介绍层1的关键技术，的比较，并通过5G NR 基本概念的阐述，详细解释物理信道和参考信号的设计原理，为无线通信相关从业者提供一个5G 物理层较全面的描述。
的无线空口由物理层（层1）和更高层组成，如层）和无线资源控制（RRC 层）。中描述了物理层规范，TS 38.300系列则描述了更高层规范（如文献[15]中的RRC 规范）。
物理层概述
帧结构及相关参数的示意图。
波形、参数集及帧结构
波形的选择是任何无线接入技术首要解决的物理层核心问题。在对所有波形提议进行评估之后，3GPP 交频分复用（O F D M ）和循环前缀），用于下行和上行传输。CP-OFDM 和多输入 多输出（MIMO ）技术的结合可使大带宽系统实现低复杂度和低成本。NR 还支持在上行链路中使用离散傅立叶变换（DFT ）扩展OFDM （DFT-S-OFDM ）来改善覆盖范围。 NR 支持从1 GHz 到毫米波段范围内的频谱，R15中定义了两个频率范围（FR ）：
（1）FR1：450 MHz —6 GHz ，通常指Sub-6 GHz ，最大带宽为100 MHz ；
（2）FR2：24.25 G Hz —52.6 GHz ，通常指毫米波（Millimeter Wave ），最大带宽为400 MHz 。
可扩展的参数集（Numerologies ）是在如此广泛
的频谱范围内支持NR 部署的关键。NR 采用了从LTE 的15 kHz 基本子载波间隔扩展到2µ×15 kHz (µ=0, 1, ..., 4)的多种灵活的子载波间隔。相应地，CP 从LTE 的4.7 μs 缩小2-µ，这种可扩展的设计允许支持广泛的部署场景和载波频率。参数“µ”的选择取决于不同的因素[16]，包括5G 新空口网络部署选项类型、载波频率、业务需求（时延/可靠性/吞吐量）、硬件减损（振荡器相位噪声）、移动性及实施复杂度。比如对于较低的FR1载
图1 5G帧结构及相关参数
TDD方式。
NR TDD支持灵活时隙的配置。具体来说，时隙符号可以配置为'DL'、'UL'或'flexible'。DL 或'flexible'符号中，同样UL传输
'flexible'符号中。通过小区特定及
配置可实现UL/DL时隙分配，这与LTE 的时隙配置一样。
如果未专门配置时隙，则默认情况下所有资源均被视为灵活时隙。动态的TDD则可通过DL控制信息
层信令来动态地配置符号是用于DL传输
3 小区接入信道
就物理信道的使用而言NR和LTE无明显
差异，本文按照用户随机接入到开始数据传
的物理信道。首先是用户小
区搜索及随机接入过程：
）小区搜索涉及的物理信道过程：
PSS/SSS->PBCH->PDCCH->PDSCH；
（2）随机接入涉及的物理信道过程：PRACH->PDCCH->PDSCH->PUSCH。
为小区搜索及接入过程。
同步信号及广播信道（PBCH）
和广播信道P B C H的组合
S B，其子载波间隔在F R1
30 kHz，在FR2中则可选
。通过检测SS，UE可以
，实现时域和频域的下行同
的定时，后者携带着小区基本的系统信息。
N R S S由主要S S
（P S S）和次要S S
（SSS）组成。由于缺乏频繁的静态参考信
号以帮助跟踪，与LTE相比，gNB和UE之间
可能存在较大的初始频率误差，尤其是对于
工作在较高频率的低成本UE而言。为了解决挡风抑尘墙
传统基于Zadoff-Chu序列的LTE PSS时间和
频率偏移模糊度问题，NR PSS使用长度为
127的BPSK调制的m序列，NR SSS则通过使
用长度为127的BPSK调制的Gold序列生成的PSS和SSS
总共可标识1 008个不同的物理小区ID（LTE最多504个
小区ID）。
如图4所示，SSB被映射到时域中的4个OFDM符
号和频域中的240个连续子载波（20个RB）。为了支
持用于初始接入的波束成形，NR引入了新的概念SS突
发组，用以支持SSB传输的波束扫描。为了尽可能减
少永远在线传输[6]，多个SSB在一个本地突发集内与稀
疏突发集一起周期发送（默认为20 ms）。在SS突发设
置周期内，以时分+空分的方式最多可以在不同波束中
传输64个SSB，SS块的传输被限制在5 ms窗口内。SS
图3 小区搜索及接入过程
图2 BWP应用场景
图4 5G NR SS/PBCH示意图
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突发集合内，SSB 时间位置的集合由当前小区配置的参数集确认决定，而频率位置则不一定在系统带宽的中心（中则固定配置在中心频点），并且由较高层参数配置以支持用于SSB 检测的稀疏栅格搜索，即协议中定义了一类稀疏的同步栅格（Synchronization Raster 来减少搜索时间。
3.2 随机接入信道（PRACH ）
P R A C H 主要用于发送随入的前导码，以尝试向gNB 发起随机接入并配合gNB 调整U E 的上行链路定时及他参与LT E 一样，Zadoff-Chu 序列由于其具有DFT 变换前后不变的幅度以及零低相关的特性而被用于生成随机接入前导码。与LTE 不同，NR 随机接入前导码使用具有不同格式配置和长度的两个序列以适应NR 的广泛业务支持。
对于长度为839的长序列，支持源自LTE 前导码的四种前导码格式，主要针大区的宏站部署场景。这些格式只能在FR1中使用，且子载波间隔为1.25 kHz 或5 kHz 。
对于长度为139的短序列，NR 9种不同的前导码格式，主要针对微小区和室内部署场景。短前导码格式可用于FR1，子载波间隔为15 kHz 或30 kHz ，FR2的子载波间隔采用60 kHz 120 kHz 。与LTE 不同的是，短前导码每个OFDM 符号的最后部分用做下一个OFDM 符号的CP ，并且前导码OFDM 符号手机应急充电器
的长度等于数据OFDM 符号的长度。这种新设计有几个好处：首先，它允许gNB 接收机对数据和随机接入前导码检测使用相同的快速傅里叶变换（FFT ）；其次，由于每个PRACH 前导码由多个较短的OFDM 符号组成，所以新的短前导码格式对时变信道和频率误差更具鲁棒性；第三，它支持在PRACH 接收期间模拟波束扫描，使得在gNB 处可以用不同的波束接收相同的前导码。
4 数据传输信道
上下行数据传输的过程如图5所示。
4.1 下行共享信道（PDSCH ）
PDSCH 用于传输下行用户数据、UE 特定的高层
信息、系统信息和寻呼。为了传输理层的有效载荷），首先附加传输块通过误检测，随后是LDPC 基本图选择。基本图，一个针对较小的传输块进行优化，另一个针对较大的传输块，将传输块分割成若干码块含验位后，针对每个LDPC 编码块单独进行速率匹配。最后，将码块级联合并，创建用于在字，每层PDSCH 可承载最多2个码字。
随后将码字加扰，调制以符号最多映射4个MIMO
层，因此多天线传输模式下PDSCH 可以支持最多
视频抓图8层传输。这些层以规范透明的方式（基于非码本）映射到天线端口，后续的波束成形或MIMO
预编码操作对于UE 是透明的。
当接收单播
电伴热管缆PDSCH 时，UE 于PDSCH 。这些不可用的资源可以包括具有级或RE 粒度级。在NR 和LTE 共享相同载波的情况下，后者用于映射LTE CRS 。这有利于前向和后向兼容能力，使得网络可以预留传输资源用于服务未来加入的其他业务场景（如mMTC ）。
NR PDSCH 的物理层处理过程如图4.2 上行共享信道（PUSCH ）
PUSCH 用于UL 共享信道（UL-SCH 信息的传输。UL-SCH 是用于发送道。UL 传输块的物理层处理类似于如图6的右侧所示。
码字被加扰和调制以生成符号块，之后被映射到一个或多个层上。PUSCH 最多支持到码字）传输。对于层到天线端口映射，图5 上下行数据传输过程
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