EE6111-5G-Communication-and-Beyond-P2-3-5G物理层资源与技术
引入-波束成形与MIMO技术
波束成形（Beamforming）
波束成形是指利用多天线阵列，在特定方向上发射或接收信号的技术。要实现定向接受，可以有很多种方式实现，例如指向性天线。但是使用阵列实现的波束成型相比传统定向天线更灵活。
波束成形的原理
发射端的波束成形，核心是通过调整每个天线单元的信号相位，制造相长干涉（增强信号功率）和相消干涉（抵消信号），从而在目标方向聚焦信号。
影响波束成形调制参数的因素有：
- 天线单元的间距。
- 每个天线单元的相位调整
- 天线阵列的单元数量
三种波束成形架构
波束成形主要有模拟、数字、混合三种实现架构，各有优劣。
在介绍它们之前先科普一个概念：射频链（RF Chain），其作用是将基带信号（数字信号）转换为射频信号（模拟信号）用于无线传输。
模拟波束成形
- 信号处理位置：在射频链之后的模拟域进行相位调整。模拟波束成形的相位偏移器（Phase Shifter）接在射频链输出端，直接对模拟射频信号的相位进行调整，通过多个天线单元的相位协同，形成定向波束。
- 射频链数量：只需要 1 条，数字信号经过射频链之后，由移相器在模拟域进行操作。
- 多波束能力：只能同时形成 1 个波束，因为所有天线共享 1 条射频链，相位调整是 “全局统一” 的，无法同时对不同方向的信号单独调相，所以无法并行聚焦多个方向
- 成本：最低，射频链是硬件成本的核心（包含混频器、放大器等），模拟波束赋形只需要一个射频链。
数字波束成形
- 信号处理位置：在数模转换器DAC之前或ADC之后的数字域进行处理，通过DSP算法调整幅度和相位。数字域的处理更灵活，发射时，基带数字信号先分路，每路单独经过数字信号处理（调相、调幅），再通过各自的 DAC 转换为模拟信号，最后经射频链发射；接收时则相反，每个天线的射频信号先经 ADC 转为数字信号，再在数字域处理。
- 射频链数量：每个天线单元都需要 1 条独立射频链。
- 多波束能力：可以同时形成多个波束。数字域的灵活性允许对不同方向的信号单独计算相位 / 幅度，多个天线单元可分别协同形成指向不同目标的波束
- 成本：最高，射频链数量随着天线数量巨幅增加。
混合波束成形
- 信号处理位置：结合模拟域和数字域处理。数字域先进行 “粗调”（例如将信号分成几组，每组对应一个大致方向），每组信号再通过少量射频链转换为模拟信号，最后在模拟域通过相位偏移器 “精调”，形成更精确的定向波束。
- 射频链数量：少于数字波束成形
- 多波束能力：可以同时形成多个波束（数量取决于射频链数量）。
- 成本：介于纯数字和纯模拟之间
多输入输出技术（MIMO）
MIMO 技术的本质是在发射端和接收端同时使用多根天线，实现多路数据的并行传输。MIMO需要丰富的散射环境，确保接收信号之间 “不相关”（这样才能区分不同的并行数据流）。
MIMO 也被称为空间复用（Spatial Multiplexing）—— 通过 “空间维度”（多天线的空间位置差异）来同时传输多路数据
并行数据流的数量由 “发射天线数（(N_{TX})）” 和 “接收天线数（(N_{RX})）” 中的较小值决定，即 (\text{min}(N_{TX}, N_{RX}))
MIMO的数学原理
对于一个有M根发射天线、N根接收天线的 MIMO 系统，接收信号的数学模型可表示为：
- (\mathbf{y})：接收信号向量（维度为(N \times 1)）；
- (\mathbf{H})：信道矩阵（维度为(N \times M)），描述了每根发射天线到每根接收天线的信道特性；
- (\mathbf{x})：发射信号向量（维度为(M \times 1)）；
- (\mathbf{n})：噪声向量（维度为(N \times 1)）。
要从接收信号(\mathbf{y})中恢复出发射信号(\mathbf{x})，需要用到信道矩阵的伪逆（(\mathbf{H}^\dagger)），即：(\hat{\mathbf{x}} = \mathbf{H}^\dagger \mathbf{y})。（若(\mathbf{H})是方阵（(N=M)），则伪逆退化为普通的矩阵逆）
以3 根发射天线、3 根接收天线的 MIMO 系统为例：
- 发射信号向量(\mathbf{x} = [1,2,3]^T )；
- 信道矩阵(\mathbf{H} = \begin{bmatrix} 3 & 2 & 5 \\ 3 & 1 & 3 \\ 1 & 6 & 3 \end{bmatrix})；
- 噪声向量(\mathbf{n} = \begin{bmatrix} 0.01, 0.03, 0.02 \end{bmatrix}^T)；
那么接收到的信号$y$是：
信道矩阵的逆：
恢复发射信号 (\hat{\mathbf{x}} = \mathbf{H}^{-1}\mathbf{y})：
这个结果与原始发射信号 $[1,2,3]^T$ 几乎一致
直到这里，我们介绍的都是传输系统，而非接收系统。这是因为在标准化的时候，只标准化传输系统，不标准化接收系统。
5G的射频（物理层）架构
在5G中，上行与下行链路都是使用的为预调制的OFDM，同时上行链路保留对DFTS-OFDM的兼容能力。
子载波间隔与循环前缀（Numerology）
5G的一大特点是Flexible Numerology，即子载波间隔（Subcarrier spacing SCS）和循环前缀（CP）可以灵活配置。
子载波间隔
子载波间隔被规定为是15-960kHz内$2^\mu\times15kHz$的频率。更大的 SCS 更适合大带宽场景（因为 FFT 尺寸无需随带宽缩放，且高频下相位噪声更严重，大 SCS 能降低实现难度）。
关于”因为 FFT 尺寸无需随带宽缩放”这句话是这样理解的：FFT 尺寸决定了子载波数量和系统带宽的映射关系，4G采用固定 15kHz 子载波间隔，FFT 尺寸与带宽严格挂钩，例如20MHz带宽就需要2048点FFT，40MHz就需要4096点FFT。而5G通过改变SCS，实现了带宽增加时 FFT 点数不缩放，从而降低了硬件复杂度和处理时延。
循环前缀
循环前缀的持续时间与 OFDM 符号时长相关（5G 中约占 7%），子载波间隔越大，OFDM 符号时长越短，循环前缀时长也越短。
也就是说，通过改变SCS，可以间接影响CP，这使得场景适配性增强。低频段多径效应强，需更长 CP；高频段多径弱且大部分高频信号都是LOS传输，需更短 CP；大带宽 + 高频场景也需更短 CP。
5G射频资源块结构
时域结构（Time Domain Structure）
5G 的时域传输以 “帧 - 子帧 - 时隙 - OFDM 符号” 分层组织。
- 帧（Frame）：时长 10 ms，包含 10 个子帧。
- 子帧（Subframe）：时长固定 1 ms，包含 (2^\mu) 个时隙（由 Numerology 的(\mu)决定）。
- 时隙（Slot）：固定包含 14 个 OFDM 符号，时长随 SCS 变化（例如(\mu=0)时，时隙时长 1 ms；(\mu=3)时，时隙时长 50 μs）。时隙是数据调度的最小单位
- OFDM 符号：OFDM 符号的持续时长（(T_s)）由 *有效符号时长（(T_u)）和循环前缀时长（(T_{CP})）组成。子载波间隔（(\Delta f)）和有效符号时长（(T_u)）满足倒数关系：(T_u = \frac{1}{\Delta f})。符号是调制的基本单位。
5G还允许迷你时隙（Mini-slot），迷你时隙传输数据时会占用当前时隙的一小部分（无需等待下一个时隙），支持低时延传输，也能提升模拟波束成形的波束扫描效率。
频域结构（Frequency Domain Structure）
频域的层级关系是系统带宽 → 资源块组（RBG） → 资源块（RB） → 子载波
资源元素（resource element RE）：是频域的最小单位，定义为 1 个 OFDM 符号内的1 个子载波。
资源块（RB）：一个频域上的资源块由12 个子载波组成（与 4G 保持一致），但区别在于：5G 的 RB与时隙无关，不局限于单个时隙。资源块是频域的基本调度单位。
时频资源网格
下图横轴是时域，纵轴是频域。
在时域上，SF₀, SF₁, …, SF₇表示子帧，每个子帧时长为1ms。子帧内进一步划分为14个OFDM 符号，分别是$S_0-S_{13}$。
频域上，每一个OFDM符号内有多个子载波，12个子载波构成一个资源块。
将 “时间域的 OFDM 符号” 和 “频率域的子载波” 编织成一张 “网格”，这就是资源网格（Resource Grid），也就是上图。每个 “网格单元” 就是资源元素（RE）。
当$\mu$较小时，网格的 “时间分辨率” 低（OFDM 符号时长较长）、“频率分辨率” 细（子载波间隔小），适合广覆盖场景（如低频段物联网）；当$\mu$较大时，网格的 “时间分辨率” 高（OFDM 符号时长较短）、“频率分辨率” 粗（子载波间隔大），适合高速率 / 低时延场景（如毫米波 eMBB）
5G 载波支持的带宽能力与子载波间隔（SCS）强相关：
- 最大资源块数：单载波最多支持 275 个 RB，对应 (275 \times 12 = 3300) 个可用子载波。
- 带宽上限：最大支持 2GHz，不同子载波间隔对应的理论带宽和实际支持带宽如下表：
| 子载波间隔（kHz） | 理论最大带宽（MHz） | 5G 实际支持带宽（MHz） |
|---|---|---|
| 15 | 49.5 | 50 |
| 30 | 99 | 100 |
| 60 | 198 | 200 |
| 120 | 396 | 400 |
| 480 | 1548 | 1600 |
| 960 | 3168 | 2000 |
与 4G 的关键区别：5G NR没有未占用的直流（DC）子载波，频谱利用率更高；而 4G LTE 为了规避射频器件的直流偏移，会保留一个未使用的 DC 子载波。
5G的资源网格对齐
这个老师这部分讲得1t4，我也没搞懂
5G 支持同一帧内存在多种子载波间隔（Numerology），为了让不同 SCS 的资源能协同工作，引入了资源网格对齐机制：
公共资源块（Common Resource Blocks CRB）：是全局对齐的虚拟资源网格，从载波外部的 “块 0” 开始编号，作为不同子载波间隔资源网格的统一参考标尺。
物理资源块（Physical Resource Blocks PRB）：是实际可调度的资源块，位于载波内部，其编号基于 CRB 的 “偏移位置”（由基站通过信令告知终端）。
Point A：是不同\mu$下的资源网格的公共参考点，采用绝对频点来表示，其与CRB 0的子载波0的中心重合
上图展示了不同子载波间隔（SCS）下，资源网格如何通过公共资源块（CRB）实现跨 SCS 的对齐，核心逻辑如下：
基准点：Point A 与 Subcarrier #0：图中底部的Point A是所有资源网格的公共对齐参考点（即 “载波外的对齐点”），所有 SCS 的子载波#0都与Point A对齐，确保不同 SCS 的资源网格在频率域有统一的 “原点”。
CRB 编号从CRB0开始，向上依次递增（CRB0、CRB1、CRB2…），每个 CRB 包含 12 个子载波。
不同 SCS 的资源网格（子载波间隔、CRB 带宽不同），通过统一的Point A和子载波 #0实现 “同源对齐”。例如，15kHz 的 CRB0 与 30kHz、60kHz、120kHz 的 CRB0 在Point A处完全对齐，确保了跨 SCS 场景下资源网格的频率同步，为多载波聚合、异构组网等技术提供了基础。
Bandwidth Parts （BWPs）
5G NR 支持非常大的带宽，但不同 UE（用户设备）的能力不同，支持的带宽也不同。不能期望所有 UE 都支持全带宽，而 UE 使用更窄的带宽可以提升能耗表现（比如低功耗场景下，缩小带宽能减少能量消耗）
带宽部分（BWP）是从某个连续的公共资源块（CRBs）子集中选出的连续物理资源块（PRBs）集合，且这些资源块遵循给定的子载波间隔（SCS，即 numerology）。
下图展示了不同 BWP#1、BWP#2、BWP#3在 CRBs 中的分布。BWP #1采用30kHz 子载波间隔，覆盖的 CRB 范围是CRB #0 到 CRB #13；BWP#2采用60kHz子载波间隔….
每个连接的设备（UE）针对每个小区，最多可配置4 个下行（DL）和 4 个上行（UL）BWP。但同一时间，只能有一个下行 BWP 和一个上行 BWP 处于激活状态（称为 “active BWP”）。物理下行控制信道（PDCCH）、物理下行共享信道（PDSCH）、物理上行控制信道（PUCCH）、物理上行共享信道（PUSCH）这些关键信道，只能在激活 BWP上进行接收或发送。
BWP 允许UE通过 “切换不同 BWP” 来实现带宽的灵活调整，从而适配业务需求（比如大流量业务时切换到宽 BWP，低流量时切换到窄 BWP 以节省功耗）。
每个小区可以配置具有不同子载波间隔（SCSs）和不同物理资源块（PRBs）数量的 BWP。
载波聚合（Carrier Aggregation CA）
载波聚合通过将多个离散或连续的载波（分量载波，Component Carrier）动态绑定，整合频谱资源以实现更大的传输带宽，从而显著提升网络的峰值速率、容量和覆盖能力。下图就是4G中的载波聚合，每一个20MHz的载波就被称为分量载波。
5G 的载波聚合技术类似 LTE 的载波聚合，它最多可聚合16 个载波。若每个载波 400MHz，聚合后带宽可达$16\times 400 = 6.4 GHz$。若在更高频谱范围（如每个载波 2GHz），聚合后带宽可达32GHz，极大提升了传输带宽上限。
对于时分双工（TDD）系统，不同载波的传输方向可以不同。例如，一个载波可配置为上行，另一个可配置为下行，灵活适配业务的上下行需求。
同时，支持载波聚合的设备可连接多个小区：设备初始连接的小区称为主小区（Primary Cell PCell）；后续配置的小区称为辅小区（Secondary Cells SCells），辅用于提供额外的频谱资源，提升速率和容量。
载波聚合可与双连接技术结合，形成更灵活的组网架构。双连接中，UE 需要同时连接两个基站，但为了更精细地管理资源，会将每个基站下的小区 “分组”：
- 主小区组（MCG）：属于主基站（Master Node） 的小区集合，包含 “主小区（PCell）+ 若干辅小区（SCells）”。这些小区可以是同一频段的连续载波（载波聚合），也可以是不同频段的离散载波，共同为 UE 提供主基站侧的资源。
- 辅小区组（SCG）：属于辅基站（Secondary Node）的小区集合，包含 “主辅小区（PSCell）+ 若干辅小区（SCells）”。逻辑与 MCG 一致，是辅基站侧的资源集合。
双工方案
双工方案有三种：
- 时分双工（TDD）：UL和DL使用相同载波频率，仅在时间上分离，且使用非成对频率（无需为上下行分配对称频段）。
- 频分双工（FDD）：上行和下行传输使用不同载波频率，可同时进行，且使用成对频率（需为上下行分配对称频段）。
- 半双工频分双工（Half-duplex FDD）：上行和下行传输在频率和时间上均分离，适用于仅支持 “同一时间要么收、要么发” 的简单设备（如低成本物联网终端）。
TDD与Dynamic TDD
动态 TDD（Dynamic TDD）：可根据业务需求动态分配下行或上行时隙。
动态TDD存在两种干扰：
- DL-UL 干扰：一个基站进行DL时，另一个基站在同一频率收上行UL，导致干扰；
- UL-DL 干扰：一个终端进行UL时，另一个终端在同一频率收下行DL，导致干扰。
需要gNB与gNB之间进行协调，来规避这两种干扰。
保护间隙（Guard period）：保护间隙是TDD上下行切换时的一小段空白间隙，如下图
保护间隙可以：
- 给上下行传输切换预留时间（让发射 / 接收电路完成模式切换）；
- 补偿定时提前（Timing Advance）：不同距离的终端到基站的传输时延不同，指令部分离得远的终端在保护间隙内 “提前发送信号”，这样来补偿Timing Advance
- 规避邻区干扰：多径传播导致的残留下行信号干扰，经过保护间隙的等待让多径信号衰减。
TDD时隙结构
在 5G NR 中，3GPP 预定义了一系列预定义时隙格式，用于明确每个时隙内的符号是下行DL、UL还是Flexible（注：Flexible表示该时隙可动态配置为 DL 或 UL，常作为保护周期（用于上下行切换、规避干扰））
为了让终端明确 “何时收（DL）、何时发（UL）”，存在 3 种信令机制：
- 动态信令（Dynamic signalling）
- 终端持续监听下行控制信号，获取调度分配 / 授权；
- 默认假设为 DL，除非收到 UL 授权；
- 等效于 “所有符号都是 F” 的时隙格式，完全由动态调度决定上下行。
- 半静态信令（Semi-static signalling using RRC）
- 通过 RRC（无线资源控制）信令向终端配置成预定义的时隙格式；
- 对于格式中的 F ，需通过后续的下行控制信号进一步确定其具体用途；
- 可配置两种模式：小区专属模式（Cell-specific，针整个小区内的所有终端统一配置时隙格式）和终端专属模式（Device-specific，针对单个UE 单独配置时隙格式）。
- 动态时隙格式指示（Dynamic slot-format indication）
- 使用特殊信令 “时隙格式指示符（Slot Format Indicator SFI）”，向一组终端群发时隙格式信息；
- 主要用于非调度类终端（如不需要频繁动态调度的物联网设备）；
- 可以拿来更改部分参考信号的传输（如 UL 探测参考信号 SRS、DL 信道状态信息参考信号 CSI-RS）；
- 不能用于覆盖已经制定的UL或DL，但可将 F 符号限制为 DL 或 UL。
天线端口（Antenna Ports）
天线端口是一个逻辑概念，与物理天线没有直接关系，而是若数据经历的无线信道完全相同，则他们属于同一天线端口。每一个天线端口都需要自己的参考信号（Reference Signal, RS）来测定信道参数。每个天线端口代表特定且独特的信道参数。
天线端口不一定对应物理天线（是逻辑上的信道标识，而非物理硬件的直接映射）。
为所有天线端口单独分配专用参考信号，这 有助于通道估计和均衡。参考信号也称为导频信号或导频载波
参考信号
5G的参考信号有：
- 解调参考信号（Demodulation Reference Signal，DM-RS）：
- 用于PDSCH（下行数据信道）的 DM-RS：帮助终端进行信道估计，实现相干解调，仅出现在 PDSCH 占用的资源块中。
- 用于 PUSCH（上行数据信道） 的 DM-RS：帮助基站相干解调 PUSCH 信号。
- 相位跟踪参考信号（Phase Tracking Reference Signal，PT-RS）：可视为 DM-RS 的扩展，用于相位噪声补偿。其在时域更密集、频域更稀疏，且仅在配置后与 DM-RS 配合出现。
- CSI 参考信号（Channel State Information Reference Signal，CSI-RS）：下行参考信号，供终端获取下行信道状态信息（CSI），部分 CSI-RS 可配置用于时间 / 频率跟踪和移动性测量。
- 探测参考信号（Sounding Reference Signal，SRS）：上行参考信号，由终端发送，供基站进行上行信道状态估计。
- 跟踪参考信号（Tracking Reference Signal，TRS）：稀疏的参考信号，辅助终端进行时间和频率跟踪。
- 定位参考信号（Positioning Reference Signal，PRS）：下行参考信号，用于定位支持。
Channel State Information Reference Signals (CSI-RS)（信道状态信息参考信号）
CSI-RS 是下行（DL）信道测量和波束管理的核心工具，主要包含以下要点：
- 终端通过 CSI-RS 感知基站到自身的信道质量、波束方向等。发送给UE后，根据UE的CSI反馈来评估信道状态。
- 5G NR 最多支持32种不同的CSI-RS信号，也就是说，最多支持32个天线端口。
CSI-RS 不能与以下资源冲突，否则会导致信号干扰或解调失败：
- 终端配置的CORESET（控制信号集合，如 PDCCH 所在的资源区域）；
- PDSCH（下行数据信道）的DM-RS（解调参考信号）；
- 小区传输的SSB（初始接入的广播信息，如同步信号、系统消息）
对于多天线端口的CSI-RS，通过以下复用方式在资源上区分：
- 码分复用（CDM）：不同天线端口的 CSI-RS 映射到同一组资源元素，但使用正交码型区分（如不同的正交序列）。
- 频分复用（FDM）：不同天线端口的 CSI-RS 在同一 OFDM 符号内，映射到不同子载波集。
- 时分复用（TDM）：不同天线端口的 CSI-RS 在同一时隙内，映射到不同 OFDM 符号。
基站可对 CSI-RS 先进行空间滤波（Spatial filtering），再映射到物理天线，空间滤波就是实现波束赋形，以此达到 “不同 CSI-RS 指向不同波束方向”。
对终端而言，不同波束方向的 CSI-RS 会呈现为不同的信道（因为波束赋形改变了信号的空间传输特性）。
Sounding Reference Signals (SRS)（探测参考信号）
SRS 是上行（UL）信道测量的核心工具，可理解为 “上行版的 CSI-RS”。
一个 SRS 资源最多对应4 个天线端口，远少于 CSI-RS 的 32 个端口（因为上行多天线复杂度低于下行）
SRS 资源可跨1、2、4 或最多 14 个连续 OFDM 符号（支持不同时长的信道探测，平衡开销与测量精度）
Demodulation Reference Signals (DM-RS)（解调参考信号）
DM-RS 是实现数据信道相干解调的核心参考信号，具备以下关键特性：
- 低时延-前端加载（Front-loaded）：采用 “前端加载” 设计（即，将 DM-RS提前放置在数据信道（如 PDSCH、PUSCH）的时域前端），使接收机可提前获取信道估计，无需缓存整个时隙即可实时处理符号，从而实现低时延。
- MIMO 支持：支持最多12 个正交天线端口（Release 18 中提升至 24 个），适配多天线 MIMO 传输场景。
- 传输时长与实例：传输时长覆盖2~14 个符号，每个时隙最多支持4 个参考信号实例，以适配高速移动等场景。
- 时域结构（两种映射类型）：
- Mapping type A：第一个 DM-RS 符号位于时隙的第 2 或 3 个符号，相对于时隙边界映射。主要适用于数据占用大部分时隙的场景，可在时隙开头的 CORESET 之后灵活定位 DM-RS。
- Mapping type B：第一个 DM-RS 符号位于数据分配的第一个符号，不依赖时隙边界。适用于数据仅占用时隙小部分的低时延传输场景，无需等待时隙边界即可启动传输。
Phase Tracking Reference Signal (PT-RS)（相位跟踪参考信号）
PT-RS 是 DM-RS 的补充，聚焦相位噪声补偿，关键要点如下：
- 功能定位：作为 DM-RS 的扩展，用于跟踪传输过程中的相位变化（主要源于振荡器的相位噪声，在高频载波场景下更显著）。
- 配置依赖：仅在网络配置且与 DM-RS 配合时出现，不是独立存在的参考信号。
- 时频特性：时域上比 DM-RS 更密集、频域上更稀疏
下图展示了5G NR 中PT-RS、DM-RS与数据信道在时频网格中的分布关系。横轴为时间（一个时隙），纵轴为频率（子载波）。红色表示PT-RS信号，蓝色表示DM-RS信号。
PT-RS 在时域上较为密集（多个符号上都有分布），但频域上较为稀疏（间隔多个子载波）；DM-RS 则在时频上有其专属的分布模式。上图中左中右分别展示了PT-RS与DM-RS的三种分布方式。
物理层传输流程
5G NR（新空口）物理层的信号处理流程是：
CRC → LDPC coding → Rate matching, hybrid-ARQ → Scrambling → Modulation → Layer mapping → Transform precoding (UL only) → Multi-antenna precoding → Resource mapping → Physical antenna mapping
- CRC：添加循环冗余校验位，用于接收端错误检测。
- LDPC coding：采用低密度奇偶校验码引入冗余，增强数据抗误码能力。
- Rate matching, hybrid-ARQ：调整编码比特数适配传输资源，并实现混合自动重传（提升传输可靠性）。
- Scrambling：通过加扰序列随机化比特，抑制干扰。
- Modulation：将比特映射为调制符号（支持 QPSK、16QAM 等多阶调制）。
- Layer mapping：把调制符号映射到传输层（最多 8 层，支持空间复用）。
- Transform precoding (UL only)：仅上行专用的多天线处理环节。
- Multi-antenna precoding：通过预编码矩阵将传输层映射到天线端口，同时插入参考信号（如 DM-RS）。
- Resource mapping：将符号映射到时频资源网格的具体资源元素。
- Physical antenna mapping：最终映射到物理天线完成发射。
Transport Channel（传输信道处理）
回顾前面的知识，传输信道是指的MAC层与物理层沟通的信道。
传输信道处理是物理层对来自 MAC 层的传输块（Transport Block）执行的一系列操作，核心是循环冗余校验（CRC）：
- CRC 的作用是在传输块末尾插入奇偶校验位，用于接收端检测错误。
- 若传输块过大，会被分割为多个码块（Code Block），每个码块也会添加 CRC（即 “CB-CRC”），再进入信道编码环节。
Channel Coding & Rate Matching（信道编码与速率匹配）
这一步是为了增强数据的抗干扰能力，关键要点如下：
- 信道编码：引入冗余信息，确保即使传输中出现错误，原始信息也能被恢复。5G NR 采用低密度奇偶校验码（LDPC） 作为信道编码方案。
- 速率匹配：从编码后的比特中提取合适数量的比特，使其与分配的传输资源匹配。包括 “比特选择”（丢弃比特以匹配资源）和 “比特交织”（重排比特以对抗突发错误）。
Scrambling（加扰）
通过将编码比特与加扰序列相乘（模 2 运算：(\tilde{b}^{(q)}(i) = (b^{(q)}(i) + c^{(q)}(i)) \mod 2)），使比特随机化。
加扰序列与设备和小区相关，确保不同设备、不同小区的信号在接收端可区分，减少干扰。
Modulation & Layer Mapping（调制与层映射）
这一步将比特转换为适合无线传输的符号，并映射到多天线层：
- 调制：将比特映射为调制符号，5G NR 支持 QPSK、16QAM、64QAM、256QAM 和 1024QAM（调制阶数越高，单符号传输比特数越多，速率越快但抗干扰能力越弱）。
- 层映射：将调制符号映射到不同的传输层，5G 最多支持 8 个传输层（对应最大 8 个空间复用流）。
Multi-Antenna Precoding（多天线预编码）
这一步是多天线 MIMO 技术的核心，实现 “层到天线端口” 的映射：
- 通过预编码矩阵 W，将不同传输层的符号映射到不同天线端口。
- 插入解调参考信号（DM-RS）：用于接收端的信道估计，保证符号的正确解调。
- 插入CSI-RS（下行）或 SRS（上行）：在资源映射前插入，用于信道状态测量（支撑预编码的精准性）
P2-3小练习
有一个MIMO系统，信息矩阵是$3\times 1$向量，信道矩阵是$5\times 3$的矩阵（即，有3根发射天线，5根接收天线）。问：(1)噪声矩阵n和接收矩阵y的维度是多少？（2）信道矩阵可逆的条件是什么？
（1）y和n都是$5\times 1$的矩阵，代表5根接收天线各自接收的数据。
（2）信道矩阵H的秩需要是3。
Which of the following are subcarrier spacing supported by 5G NR? （d，5G NR支持$2^\mu\times15kHz$的子载波间隔）
- a. 15 kHz
- b. 240 kHz
- c. 60 kHz
- d. All of the above
What is the CSI-RS used for? （c，CSI-RS用于下行信道测量）
- a. DL control signalling
- b. UL channel measurement
- c. DL channel measurement
d. UL retransmission
What is the SRS used for? （b，SRS用于上行信道测量）
- a. UL control signalling
- b. UL channel measurement
- c. DL channel measurement
- d. DL control signalling
Which of the following duplexing modes are not supported by 5G NR? （a，5G NR支持TDD / FDD / 半双工FDD）
- a. CDD
- b. TDD
- c. Half Duplex FDD
- d. FDD
How many carriers can 5G NR maximally aggregate? （c，5G NR最多可聚合16个载波）
- a. 4
- b. 8
- c. 16
- d. 32
What is the maximum number of antenna ports CSI-RS can support? （b，CSI-RS最多支持32个天线端口，SRS最多有4个）
- a. 16
- b. 32
- c. 64
- d. 128
在5G NR中，使用30kHz的子载波间隔，最高275个资源块，问：(i)计算理论最大带宽，（ii）确定最合适的 FFT 大小，（iii）计算未占用的子载波数
（i）每个资源块由12个子载波构成，那么275个资源块的最大带宽是$275\times12\times30kHz=99MHz$
（ii）FFT 大小的选择需满足 “是(2^n)（n为整数），且不小于总子载波数。总子载波数是$275\times12=3300$，最接近的是$2^{12}=4096$，因此最合适的是4096点FFT
（ii）FFT点数为4096，就会给OFDM调出4096个子载波，占用的有3300个，5G没有直流子载波，因此未占用的就是$4096-3300=796个$