5G通信标准解读

美国第一大移动通信运营商Verizon在全球率先发布了5G(第五代移动通信)空口的物理层标准/规范(一共4份，编号为TS V5G.200系列)，在业界引起了很大轰动。相关标准是由Verizon联合思科、爱立信、英特尔、LG电子、诺基亚、美国高通公司、三星电子这7家厂商共同制定的。下文简要介绍这4份5G空口物理层标准的主要内容。

1、5G空口物理层与其他各层的关系

1)总体架构

如图1所示，5G空口由Layer 1(物理层)、Layer 2(第二层。即媒介接入控制层)、Layer 3(第三层。即无线资源控制层RRC)组成组成。其中：

(1)Layer 1是UE(用户5G终端设备)与5G无线网络之间的接口，Verizon的TS V5G.200系列标准对5G的Layer 1进行了规范;

(2)Verizon接下来将要发布的TS V5G.300系列标准将对5G的Layer 2、Layer 3进行规范。

图1 Verizon的5G无线接入空口协议架构

具体地，Verizon的TS V5G.200系列标准目前共有4份，分别为：

(1)TS V5G.201： "Verizon 5G Radio Access (V5G RA); Physical layer – General description"(物理层总体描述);

(2)TS V5G.211： "Verizon 5G Radio Access (V5G RA); Physical channels and modulation"(物理信道与调制);

(3)TS V5G.212： "Verizon 5G Radio Access (V5G RA); Multiplexing and channel coding"(复用与信道编码)[3];

(4)TS V5G.213： "Verizon 5G Radio Access (V5G RA); Physical layer procedures"(物理层流程)[4]。

其中，上述后面3份5G无线接入空口标准相互间的关系如图2所示。

图2 5G物理层标准之间的关系

2)协议栈低层向高层提供的服务

SAPs(业务接入点)：上文图1中，位于最底层的Layer 1向上层提供数据传输服务，Layer 1与Layer 2之间通过传输信道来传送"如何通过空口来传输信息"，Layer 2与Layer 3之间通过不同的逻辑信道来传送"信息是何类型"消息。

物理层的功能：为了向上层提供数据传输服务，Verizon对5G无线接入空口的物理层所应具备的功能进行了规范：

(1)传输信道的误码检测并反馈至更高层;

(2)传输信道的FEC(前向纠错)编码/解码;

(3)混合式ARQ(自动重发请求)的软性结合(soft-combining);

(4)编码传输信道的速率适配(面向物理信道);

(5)将编码传输信道映射至物理信道;

(6)物理信道的功率加权;

(7)物理信道的调制与解调;

(8)频率同步与时间同步;

(9)无线特性测试并反馈至更高层;

(10)MIMO(收/发端多天线)处理;

(11)发射分集;

(12)RF(射频)处理。

2、对5G空口物理层的总体描述

TS V5G.201对5G空口的物理层(Layer 1)作了总体描述。下文介绍TS V5G.211、TS V5G.212、TS V5G.213这3份Verizon的5G空口无线接入标准的主要内容。

1)多址接入

在Verizon所规范5G无线接入空口物理层中，上行与下行的多址接入技术均是基于具备CP(循环前缀)的OFDM(正交频分复用)。而且，如果采取TDD(时分双工)机制，则可支持以半双工模式运行。

另外，还可支持单个成员载波达到最大100 MHz的物理带宽。一个资源块的时间长度为0.1毫秒，其中包含12个子载波，每个子载波的物理带宽为75 kHz。

一个无线帧的时间长度为10毫秒，由50个子帧组成，每个子帧的长度为0.2毫秒(10÷50=0.2)。基于子帧，可实现对于数据传输链路方向(上行或下行)的动态配置。其中，每个子帧均可配置成下行控制/数据与上行控制/数据的如下四种组合中的任意一种：(1)含有下行控制信息与下行数据信息的一个子帧;(2)含有下行控制信息、下行数据信息与上行控制信息的一个子帧;(3)含有下行控制信息与上行数据信息的一个子帧;(4)含有下行控制信息、上行数据信息与上行控制信息的一个子帧。

Verizon所规范5G无线多址接入技术可支持模拟波束赋形，而且还可以实现根据移动性支持的需求对波束的指向进行动态配置。另外，在进行MIMO传输时，支持作数字预处理。下行方向支持最大8根天线的MIMO配置，从而可支持最大8条流的多层下行传输(每个5G用户终端处理最大两个流)。此外，也可支持每个5G终端最大处理两个流的多层上行传输。还可支持多个(最高可达8个)小区的上行与下行数据的汇聚。

2)物理信道与调制

TS V5G.211标准对5G空口的下行物理信道及上行物理信道分别作了定义，还描述了5G空口物理层物理信道的特性、物理层信号的产生及射频调制。

总体看来，TS V5G.211标准确定了：(1)物理信道结构、帧格式、物理资源元素等