這個(gè)系列介紹NR的PUSCH（Physical Uplink Shared Channel），物理上行共享信道。PUSCH和PDSCH（Physical Downlink Shared Channel）對應，一個(gè)用于上行傳輸，一個(gè)用于下行傳輸，在很多方面比較相似，這里重點(diǎn)關(guān)注不同之處。不熟悉PDSCH的讀者，可參考孫老師的《NR下行物理信道（PDSCH）簡(jiǎn)析V2.0》，或我的學(xué)習心得（《NR PDSCH（一）/（二）/（三）/（四）/（五）/（六）/（七）》）。
PUSCH和PDSCH都是物理信道，位于Uu接口協(xié)議棧的最底層。從映射關(guān)系看，PUSCH只對應一種傳輸信道（UL-SCH），用于傳輸“數據”（DTCH）和“信令”（CCCH、DCCH），不用關(guān)注廣播（BCCH）和尋呼（PCH）等過(guò)程，比PDSCH簡(jiǎn)單一些。不過(guò)，除了“數據”和“信令”，PUSCH有時(shí)也會(huì )“夾帶私貨”，包括下行傳輸的HARQ-ACK信息，或CSI（Channel State Information）報告。
無(wú)論PUSCH還是PDSCH，資源都是gNB分配的。通常來(lái)說(shuō)，UE通過(guò)DCI獲得UL Grant（上行授權），才可以在對應的時(shí)頻資源發(fā)送上行數據。不過(guò)，在CBRA（Contention Based Random Access）中，UE通過(guò)PUSCH發(fā)送MSG 3，此時(shí)UL Grant來(lái)自MSG 2（Random Access Response）。對UE來(lái)說(shuō)，UL Grant怎么來(lái)（DCI或RAR）并不重要，不管黑貓白貓，捉到老鼠就是好貓。在某種程度上，UE對UL Grant指示的資源有一定的自主權（基站分配完就管不了那么多了），比如說(shuō)，UE為了業(yè)務(wù)數據請求PUSCH，獲得UL Grant后，PUSCH可用于發(fā)送優(yōu)先級更高的信令數據。
除了CBRA的MSG 3，gNB無(wú)法預知UE何時(shí)需要發(fā)送數據（UE的心思你別猜），因而不會(huì )為UE預留PUSCH資源，以免浪費。在上行數據抵達時(shí)，UE需要主動(dòng)通過(guò)PUCCH發(fā)送SR（Scheduling Request），向gNB請求PUSCH資源—— 前提是UE出于“上行同步”狀態(tài)，且有可用于SR的PUCCH資源。如果UE處于“上行失步”狀態(tài)，UE只能通過(guò)隨機接入獲得PUSCH資源。
和PDSCH不同，除了通過(guò)DCI或RAR獲得UL Grant的Grant-Based方式（動(dòng)態(tài)調度），PUSCH還支持兩種Grant-Free方式，基站通過(guò)Configured Grant Config進(jìn)行PUSCH的RRC預配置 —— 實(shí)際調度時(shí)，Type 1由RRC配置（上行數據到達觸發(fā)），Type 2通過(guò)CS-RNTI加擾的DCI激活（半靜態(tài)調度）。和PDSCH相同，PUSCH也支持（TB）重復傳輸，PUSCH Aggregation Factor可配置為n2、n4或n8，選擇RV參見(jiàn)下圖。
在NR中，gNB通過(guò)DCI1_0和DCI 1_1調度PDSCH，通過(guò)DCI 0_0和DCI 0_1調度PUSCH。Frequency Domain Resource Assignment和Time Domain Resource Assignment用于指示時(shí)頻資源。和PDSCH不同，PUSCH不支持交織（Interleaving）映射，因此，DCI 0_0和DCI 0_1不包含VRB to PRB Mapping字段。和LTE相似，NR PUSCH使用另一種方法獲得頻域分集增益 —— 跳頻（Frequency Hopping），后面再講。
和PDSCH相似，PUSCH支持HARQ（但沒(méi)有顯性的HARQ反饋，可參考《NR HARQ（五）》），因此，DCI 0_0和DCI 0_1包含MCS（Modulation and Coding Scheme）、NDI（New Data Indicator）、RV（Redundancy Version）、HARQ Process Number等，TBS（TB Size）確定方式和PDSCH相似。PUSCH只支持1個(gè)Codeword，DCI 0_0和DCI 0_1不包含第二個(gè)TB相關(guān)字段。PUSCH支持CBG傳輸，DCI 0_1包含CBGTI（Code Block Group Transmission Indicator），指示發(fā)送（或重傳）的CBG，由于上行傳輸的HARQ緩存就在gNB，DCI 0_1不包含CBGFI（Code Block Group Flushing Indicator）字段 —— gNB自己知道就行了。
和PDSCH相似，“數據”經(jīng)過(guò)一系列處理后，才“裝載”到PUSCH進(jìn)行傳輸。更具體的，根據3GPP TS 38.211和TS 38.212描述，在發(fā)送端（UE），UL-SCH處理過(guò)程包括14個(gè)步驟：1、Transport Block CRC Attachment；2、LDPC Base Graph selection；3、Code Block Segmentation and Code Block CRC Attachment；4、Channel Coding；5、Rate Matching；6、Code Block Concatenation；7、Data and Control Multiplexing；8、Scrambling；9、Modulation；10、Layer Mapping；11、Transform Precoding；12、Precoding；13、Mapping to VRB；14、VRB to PRB Mapping。步驟1 ~ 7詳見(jiàn)3GPP TS 38.212的6.2章節；步驟8 ~ 14詳見(jiàn)3GPP TS 38.211的6.3.1章節。
從“宏觀(guān)”角度看，PUSCH（UL-SCH）處理過(guò)程比PDSCH（DL-SCH）多2個(gè)步驟：Data and Control Multiplexing（“數據”和“控制”復用）和Transform Precoding（DFT預編碼）。前一個(gè)解決PUSCH“夾帶私貨”的需求，后一個(gè)用于降低立方度量，提升功放效率。“DFT預編碼”只用于上行傳輸，因為相對UE來(lái)說(shuō)，基站（功放）沒(méi)那么“嬌氣”。“DFT預編碼”是否開(kāi)啟，對其他處理步驟會(huì )產(chǎn)生影響（比如調制模式、預編碼矩陣、DM-RS序列和附加DM-RS等），是PUSCH的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節。
Data and Control Multiplexing有機會(huì )再講，在此之前，PUSCH處理步驟和PDSCH基本相同，概括來(lái)說(shuō)，就是進(jìn)行信道編碼（LDPC），根據空口碼率和RV選擇比特，構成Codeword。在這部分中，PUSCH和PDSCH的主要差異是：PDSCH支持2個(gè)Codeword，但LBRM（Limited Buffer Rate Matching，可參考《NR PDSCH（三）》）是強制要求的（UE緩存更可能受限）；PUSCH只支持1個(gè)Codeword，但LBRM是可配置的。
PUSCH和PDSCH的擾碼（Scrambling Code）都是偽隨機碼，主要差異是：1、Cinit的nID分別使用data Scrambling Identity PUSCH和data Scrambling Identity PDSCH —— 如果RRC有配置的話(huà)（沒(méi)有則使用小區ID）；2、PDSCH的Cinit輸入包含q（對應不同Codeword），兩個(gè)Codeword使用不同的擾碼，PUSCH的Cinit輸入不包含q，因為PUSCH只支持1個(gè)Codeword。
在NR中，PDSCH支持4種調制模式：QPSK、16QAM、64QAM和256QAM。PUSCH也支持這4種調制模式，如果“DFT預編碼”開(kāi)啟，則還支持π/2-BPSK調制，以降低立方度量，提升功放效率 —— 如果“DFT預編碼”沒(méi)有開(kāi)啟，立方度量主要受限于OFDM，沒(méi)必要支持π/2-BPSK調制。（引用自愛(ài)立信的《5G NR The Next Generation Wireless Access Technology》）
在NR中，PDSCH最多支持8層傳輸，PUSCH最多支持4層傳輸（受限于UE天線(xiàn)端口數量）。PUSCH層映射方法和PDSCH相同，協(xié)議中直接引用PDSCH的表格（1 ~ 4層）。不過(guò)，如果“DFT預編碼”開(kāi)啟，PUSCH只支持單層傳輸，因為多層傳輸和“DFT預編碼”疊加過(guò)于復雜。實(shí)際上，引入“DFT預編碼”主要是為了提高覆蓋，在覆蓋受限場(chǎng)景下，接收信噪比較低，本來(lái)也無(wú)法支持多層傳輸。
“DFT預編碼”將長(cháng)度為M（符號）的數據塊，通過(guò)長(cháng)度為M的DFT（Discrete Fourier Transform，離散傅里葉變換），以降低立方度量，提升功放效率 —— M代表PUSCH包含SC數量，由于PUSCH以RB為粒度分配，而1個(gè)RB包含12個(gè)SC，因此M總是12的倍數。從DFT實(shí)現的復雜度看，M應限制為2的冪，但這會(huì )限制調度的靈活性（M為12的倍數，已不可能是2的冪），為了在復雜度和靈活性之間取得平衡，協(xié)議規定PUSCH包含RB數量的質(zhì)因數只能是2、3和5，即M = 2^a2 x 3^a3 x 5^a5。（和LTE一樣）
在NR中，PDSCH只支持“基于非碼本的預編碼”，預編碼對UE來(lái)說(shuō)是“透明”的；PUSCH支持“基于碼本的預編碼”和“基于非碼本的預編碼”，gNB可通過(guò)PUSCH Config的高層參數txConfig配置 —— 如果使用“基于碼本的預編碼”，gNB通過(guò)DCI向UE傳遞TPMI（Transmitted Precoding Matrix Indicator），UE根據層數（Layers）、天線(xiàn)端口數量（Antenna Ports）和“DFT預編碼”是否開(kāi)啟，在3GPP TS 38.211的Table 6.3.1.5-1 ~ 7選擇表格，再根據TPMI選擇碼本（預編碼矩陣W）。如果使用“基于非碼本的預編碼”，W退化為單位矩陣。
在下行傳輸中，UE通過(guò)測量CSI-RS（Channel State Reference Signal）確定預編碼矩陣W，相對應的，在上行傳輸中，gNB通過(guò)測量SRS（Sounding Reference Signal）確定預編碼矩陣W。從“接收機”的角度看，PUSCH的DM-RS和“數據”采用相同的預編碼，預編碼是透明的，但從“調度器”的角度看，DCI包含的TPMI是“調度器”選擇的，預編碼是可見(jiàn)的。
這個(gè)系列是《NR上行物理信道（PUCCH / PUSCH）簡(jiǎn)析V2.0》（作者孫老師，發(fā)表于“春天工作室”公眾號，推薦各位讀者關(guān)注）的學(xué)習心得，提供給和我一樣的小白參考。本系列同時(shí)參考了金輝老師的《深入理解LTE-A》、愛(ài)立信的《5GNR The Next Generation Wireless Access Technology》和人民郵電出版社的《5G空口特性與關(guān)鍵技術(shù)》。部分示圖引用自上述資料，為了風(fēng)格的一致性，我重新繪制并做了修改（也可能引入了一些錯誤）。
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