5g標準有哪些

1、5G空口物理層與其他各層的關系

1）總體架構

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終端設備）與5G無線網絡之間的接口，Verizon的TS V5G.200系列標準對5G的Layer 1進行了規范；（2）Verizon接下來將要發布的TS V5G.300系列標準將對5G的Layer 2、Layer 3進行規范。

圖1 Verizon的5G無線接入空口協議架構［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，上述后面3份5G無線接入空口標準相互間的關系如圖2所示。

圖2 5G物理層標準之間的關系［1］

2）協議棧低層向高層提供的服務

SAPs（業務接入點）：上文圖1中，位于最底層的Layer 1向上層提供數據傳輸服務，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所規范5G無線接入空口物理層中，上行與下行的多址接入技術均是基于具備CP（循環前綴）的OFDM（正交頻分復用）。而且，如果采取TDD（時分雙工）機制，則可支持以半雙工模式運行。

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。

一個無線幀的時間長度為10毫秒，由50個子幀組成，每個子幀的長度為0.2毫秒（10÷50=0.2）。基于子幀，可實現對于數據傳輸鏈路方向（上行或下行）的動態配置。其中，每個子幀均可配置成下行控制/數據與上行控制/數據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據信息的一個子幀；（2）含有下行控制信息、下行數據信息與上行控制信息的一個子幀；（3）含有下行控制信息與上行數據信息的一個子幀；（4）含有下行控制信息、上行數據信息與上行控制信息的一個子幀。

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］。

總體看來，TS V5G.211標準確定了：（1）物理信道結構、幀格式、物理資源元素等；（2）調制映射方式（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）隨機接入信道；（6）主/備同步信號；（7）上行及下行的OFDM（正交幅度調制）信號生成；（8）信號加擾、調制及上變換；（9）上/下行時間關系（Uplink-downlink timing relations）；（10）層映射（Layer mapping）及上行/下行的預編碼。

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空口上行物理信道包括：（1）xPRACH（5G物理隨機接入信道）；（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）的調制技術，可從QPSK、16 QAM、64 QAM這3種里面靈活選擇。

3）復用、信道編碼與交織

TS V5G.212標準對5G空口的傳輸信道、控制信道數據處理（具體包括復用、信道編碼與交織）進行了規范：（1）信道編碼技術；（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空口物理層工作流程包括：（1）小區搜索；（2）上行同步與下行時控；（3）與隨機接入相關的流程；（4）與HARQ（混合式自動重傳請求）相關的流程；（5）波束捕獲。

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］。