全球首批5G移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

　　2016年6月30日，美國(guó)第一大移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商Verizon在全球率先發(fā)布了5G(第五代移動(dòng)通信)空口的物理層標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范(一共4份，編號(hào)為T(mén)S V5G.200系列)，在業(yè)界引起了很大轟動(dòng)。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是由Verizon聯(lián)合思科、愛(ài)立信、英特爾、LG電子、諾基亞、美國(guó)高通公司、三星電子這7家廠商共同制定的。下文簡(jiǎn)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(wú)線資源控制層RRC)組成組成。其中：(1)Layer 1是UE(用戶(hù)5G終端設(shè)備)與5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)之間的接口，Verizon的TS V5G.200系列標(biāo)準(zhǔn)對(duì)5G的Layer 1進(jìn)行了規(guī)范;(2)Verizon接下來(lái)將要發(fā)布的TS V5G.300系列標(biāo)準(zhǔn)將對(duì)5G的Layer 2、Layer 3進(jìn)行規(guī)范。

　　圖1 Verizon的5G無(wú)線接入空口協(xié)議架構(gòu)

　　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);(2)TS V5G.211： "Verizon 5G Radio Access (V5G RA); Physical channels and modulation"(物理信道與調(diào)制);(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(wú)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

　　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(guò)傳輸信道來(lái)傳送“如何通過(guò)空口來(lái)傳輸信息”，Layer 2與Layer 3之間通過(guò)不同的邏輯信道來(lái)傳送“信息是何類(lèi)型”消息。

　　物理層的功能：為了向上層提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，Verizon對(duì)5G無(wú)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(cè)并反饋至更高層;(2)傳輸信道的FEC(前向糾錯(cuò))編碼/解碼;(3)混合式ARQ(自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)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(wú)線特性測(cè)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。

　　2、對(duì)5G空口物理層的總體描述

　　TS V5G.201對(duì)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(wú)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(wú)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(zhǎng)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(wú)線幀的時(shí)間長(zhǎng)度為10毫秒，由50個(gè)子幀組成，每個(gè)子幀的長(zhǎng)度為0.2毫秒(10÷50=0.2)。基于子幀，可實(shí)現(xiàn)對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸鏈路方向(上行或下行)的動(dòng)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(wú)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(dòng)性支持的需求對(duì)波束的指向進(jìn)行動(dòng)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(hù)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。

　　2)物理信道與調(diào)制

　　TS V5G.211標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(hào)的產(chǎn)生及射頻調(diào)制。

　　總體看來(lái)，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(hào);(5)隨機(jī)接入信道;(6)主/備同步信號(hào);(7)上行及下行的OFDM(正交幅度調(diào)制)信號(hào)生成;(8)信號(hào)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(wú)線下行物理共享信道);(2)xPDCCH(5G無(wú)線下行物理控制信道);(3)xPBCH(5G無(wú)線下行物理廣播信道);(4)ePBCH(5G無(wú)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(wú)線上行物理共享信道);(3)xPUCCH(5G無(wú)線上行物理控制信道)。

　　此外，5G信號(hào)的類(lèi)型已被Verizon分別定義為“參考信號(hào)”及“同步信號(hào)”。

　　5G無(wú)線射頻信號(hào)(包括上行信號(hào)與下行信號(hào))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(duì)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。

　　Verizon所規(guī)范的5G無(wú)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(duì)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(cè)、HARQ ACK/NACK檢測(cè);(6)物理共享控制信道流程，包括對(duì)共享控制信道的指配/分配;(7)波束捕獲流程。

　　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(dòng)重傳請(qǐng)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(guò)在頻域、時(shí)域及功率域進(jìn)行物理層資源的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　5)物理層測(cè)試

　　5G用戶(hù)終端及5G Node-B(5G基站)可以對(duì)5G無(wú)線特性進(jìn)行測(cè)試，并可將測(cè)試結(jié)果上報(bào)至5G網(wǎng)絡(luò)中的更高層。