ARTICLE / 2026·07·05

NR物理信道与信号

系统整理5G NR物理信道、物理信号、传输信道映射、参考信号、控制与数据信道处理链路。

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通信NR物理层3GPP
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NR物理信道与信号

1. 概述

本文补充NR物理层专题中“物理信道与信号”的规划内容，主要依据3GPP TS 38.211、TS 38.212、TS 38.213、TS 38.214和TS 38.300整理。

NR physical layer的核心任务是把MAC层transport block和L1/L2 control information映射到time-frequency resource grid，并通过合适的modulation、coding、reference signal和beam完成无线传输。

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2. 信道与信号总览

graph TD
    MAC["MAC transport channels"] --> DL_SCH["DL-SCH"]
    MAC --> UL_SCH["UL-SCH"]
    MAC --> BCH["BCH"]
    MAC --> RACH["RACH"]
    DL_SCH --> PDSCH["PDSCH"]
    UL_SCH --> PUSCH["PUSCH"]
    BCH --> PBCH["PBCH"]
    RACH --> PRACH["PRACH"]
    DCI["DCI"] --> PDCCH["PDCCH"]
    UCI["UCI"] --> PUCCH["PUCCH"]
    UCI --> PUSCH
    RS["Reference signals"] --> DMRS["DM-RS"]
    RS --> PTRS["PT-RS"]
    RS --> CSIRS["CSI-RS"]
    RS --> SRS["SRS"]
    SYNC["Synchronization signals"] --> PSS["PSS"]
    SYNC --> SSS["SSS"]
类型作用典型对象
Transport channelMAC与PHY之间的承载抽象DL-SCH、UL-SCH、BCH、RACH
Physical channel在resource grid上承载编码后bit的实体PDSCH、PUSCH、PDCCH、PUCCH、PBCH、PRACH
Physical signal不承载MAC transport block，主要用于同步、估计、测量PSS、SSS、DM-RS、CSI-RS、SRS、PT-RS

3. 下行物理信道

3.1 PDSCH

PDSCH（Physical Downlink Shared Channel）承载DL-SCH，是NR下行业务数据和部分系统信息的主要承载信道。

flowchart LR
    TB["DL transport block"] --> CRC["CRC attachment"]
    CRC --> LDPC["LDPC coding / rate matching"]
    LDPC --> SCR["Scrambling"]
    SCR --> MOD["QPSK / 16QAM / 64QAM / 256QAM / 1024QAM"]
    MOD --> LAY["Layer mapping"]
    LAY --> PREC["Precoding"]
    PREC --> RE["RE mapping with DM-RS/PT-RS"]
    RE --> OFDM["OFDM signal generation"]
参数来源含义
RNTIPDCCH DCI / UE context用于PDSCH scrambling和调度寻址
MCSDCI决定modulation order和target code rate
time domain allocationDCI + RRC table指示起始symbol和长度
frequency domain allocationDCI指示PRB资源
HARQ process numberDCI关联HARQ soft combining
NDI / RVDCI指示新传/重传和redundancy version
DM-RS configurationRRC + DCI用于PDSCH channel estimation

常用资源估算：

NRE,data=NPRB⋅12⋅Nsym−NRE,overheadN_{\mathrm{RE,data}} = N_{\mathrm{PRB}} \cdot 12 \cdot N_{\mathrm{sym}} - N_{\mathrm{RE,overhead}}

其中N_RE,overhead包括DM-RS、PT-RS、CSI-RS冲突、reserved RE等开销。

3.2 PDCCH

PDCCH（Physical Downlink Control Channel）承载DCI，用于下行/上行调度、slot format indication、power control、pre-emption indication等控制。

graph LR
    RRC["RRC config"] --> CORESET["CORESET: frequency/time/control resource"]
    RRC --> SS["SearchSpace: monitoring occasion"]
    CORESET --> CCE["CCE aggregation"]
    SS --> CCE
    CCE --> PDCCH["PDCCH candidates"]
    UE["UE blind decoding"] --> PDCCH
概念说明
REGResource Element Group，PDCCH resource mapping基本粒度
CCEControl Channel Element，由若干REG组成
Aggregation level一个PDCCH candidate占用的CCE数，覆盖与开销随之变化
Search spaceUE需要blind decode的PDCCH candidate集合
CORESETPDCCH的时频资源区域，类似LTE控制区但更灵活

3.3 PBCH

PBCH（Physical Broadcast Channel）位于SSB中，承载MIB和部分同步相关信息。PBCH与PSS、SSS组成SSB，支撑小区搜索、下行同步和初始接入。

内容说明
MIB提供初始BWP、CORESET#0、SCS等接入所需基本信息
PBCH DM-RS辅助PBCH demodulation和SSB index推导
SSB burst多beam场景下以burst形式周期发送

4. 上行物理信道

4.1 PUSCH

PUSCH（Physical Uplink Shared Channel）承载UL-SCH，也可复用UCI。上行支持transform precoding和CP-OFDM两类传输方式，是否启用取决于配置与UE能力。

flowchart LR
    UL_TB["UL transport block"] --> CRC["CRC attachment"]
    CRC --> LDPC["LDPC coding / rate matching"]
    UCI["UCI optional"] --> MUX["UCI multiplexing"]
    LDPC --> MUX
    MUX --> MOD["Modulation"]
    MOD --> TP["Optional transform precoding"]
    TP --> MAP["Resource mapping with DM-RS/PT-RS"]
    MAP --> TX["UL waveform"]
调度方式说明
Dynamic grantPDCCH DCI 0_x动态调度
Configured grantRRC配置半静态资源，降低控制开销
MsgA PUSCH2-step RACH中随PRACH一起发送payload

4.2 PUCCH

PUCCH（Physical Uplink Control Channel）承载UCI，包括HARQ-ACK、SR和CSI report。

Format典型用途特征
Format 01-2 bit HARQ-ACK/SR短PUCCH，低开销
Format 11-2 bit，覆盖增强长PUCCH，支持time spreading
Format 2中小payload UCI短PUCCH，多bit
Format 3较大payload UCI长PUCCH，无DFT-s-OFDM spreading
Format 4较大payload UCI长PUCCH，支持orthogonal cover code

4.3 PRACH

PRACH（Physical Random Access Channel）用于随机接入前导发送。它不承载普通transport block，而是通过preamble sequence让gNB完成接入检测、Timing Advance估计和RAR调度。

参数含义
PRACH occasion可发送preamble的time-frequency occasion
Preamble format决定sequence length、CP、覆盖和时延范围
SSB-to-RO association将SSB beam与RACH occasion关联
Preamble indexUE选择或网络指定的preamble
MsgA2-step RACH中PRACH和PUSCH组合发送

5. 同步信号与参考信号

5.1 PSS / SSS

UE先检测PSS获得粗定时和N_ID2，再检测SSS获得N_ID1，组合得到physical cell ID：

NIDcell=3NID(1)+NID(2)N_{\mathrm{ID}}^{\mathrm{cell}} = 3N_{\mathrm{ID}}^{(1)} + N_{\mathrm{ID}}^{(2)}

5.2 DM-RS

DM-RS（Demodulation Reference Signal）与具体physical channel绑定，用于相干解调。

DM-RS类型绑定对象用途
PBCH DM-RSPBCHPBCH解调、SSB index辅助
PDCCH DM-RSPDCCHDCI解调
PDSCH DM-RSPDSCH下行业务信道估计
PUSCH DM-RSPUSCH上行业务信道估计
PUCCH DM-RS部分PUCCH formats上行控制信道估计

DM-RS配置要重点关注mapping type、additional position、maxLength、CDM group和端口数。高速移动或高频段下，更多DM-RS符号可提升tracking能力，但会降低data RE比例。

5.3 CSI-RS / SRS / PT-RS

信号方向主要用途
CSI-RSDLCSI measurement、beam management、mobility measurement、tracking
SRSULUL channel sounding、beam management、codebook/non-codebook precoding辅助
PT-RSDL/ULphase noise跟踪，高频段、高阶调制、宽带场景更重要

6. 信道映射关系

方向Transport channelPhysical channel主要用途
DLDL-SCHPDSCH下行业务、系统信息、paging message
DLBCHPBCHMIB
DLDCIPDCCH调度和控制
ULUL-SCHPUSCH上行业务、NAS/RRC消息承载
ULUCIPUCCH / PUSCHHARQ-ACK、SR、CSI
ULRACHPRACH随机接入preamble

7. 与LTE的主要差异

维度LTENR
控制区固定在子帧前部CORESET可灵活配置
Numerology主要15 kHz多SCS，支持FR1/FR2
Beam相对弱化beam-based access和beam management是基础能力
Reference signalCRS常驻无全带常驻CRS，按需配置DM-RS/CSI-RS/SRS
CodingTurbo为主LDPC用于data，Polar用于control/PBCH
Mini-slot不支持或弱支持支持非slot-based传输

8. 工程排查视角

现象优先检查
UE无法驻留SSB/PBCH、MIB、CORESET#0、SIB1调度
PDCCH漏检CORESET/SearchSpace、aggregation level、RNTI、blind decoding配置
下行误码高PDSCH DM-RS、MCS、HARQ、CSI report、beam mismatch
上行误码高PUSCH DM-RS、power control、TA、SRS、transform precoding配置
RACH失败PRACH occasion、preamble format、SSB-to-RO、RAR window、Msg3功控
高阶调制不稳定PT-RS、phase noise、EVM、CSI反馈和MCS选择

9. 参考资料

  1. 3GPP TS 38.211：NR; Physical channels and modulation。
  2. 3GPP TS 38.212：NR; Multiplexing and channel coding。
  3. 3GPP TS 38.213：NR; Physical layer procedures for control。
  4. 3GPP TS 38.214：NR; Physical layer procedures for data。
  5. 3GPP TS 38.300：NR and NG-RAN Overall description; Stage-2。
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