LTE和5G NR中的PDSCH和PUSCH

一、PUCCH和PUSCH的简介

PDSCH： Physical Downlink Shared CHannel，下行共享信道

PUSCH：Physical Uplink Shared CHannel，下行共享信道

PDSCH是物理层下行信道中的一种，是主要承载用户数据的下行链路通道。

PUSCH是物理层下行信道中的一种，是主要承载用户数据的上行链路通道。

这两个信道的工作原理基本相同，因此放在一起阐述。

二、基础介绍

1. 物理下行共享信道 - PDSCH

a) 基本定义
PDSCH是物理下行共享信道。它是下行链路（从基站到用户设备，即gNB/eNB -> UE）中最重要的传输信道，负责承载绝大部分的下行用户数据和高层信令（如系统消息、寻呼信息）。

“物理”： 意味着它是在物理层实际传输的波形信号。

“下行”： 方向是从网络到终端。

“共享”： 这是关键。意味着这个信道资源（时间、频率）是所有小区内用户动态共享的。基站通过调度器，在每一个调度周期（例如一个时隙或微时隙）决定将资源分配给哪个用户。

b) 承载内容

用户面数据： 你上网、看视频、下载文件的所有数据。

控制面信令：

• 系统消息： 通过SI-RNTI加扰。

• 寻呼信息： 通过P-RNTI加扰。

• 随机接入响应： 通过RA-RNTI加扰。

2. 物理上行共享信道 - PUSCH

a) 基本定义
PUSCH是物理上行共享信道。它是上行链路（从用户设备到基站，即UE -> gNB/eNB）中最重要的传输信道，负责承载上行用户数据和高层信令（如测量报告）。

同样，它也是物理、上行、共享的信道。

b) 承载内容

用户面数据： 你上传文件、发送消息、视频通话的数据。

控制面信令：

上行控制信息的一部分，当与PUSCH同时传输时，可以通过UCI on PUSCH的方式复用在一起。

测量报告。

三、深入理解

要深入理解PDSCH/PUSCH，必须掌握其完整的传输链条和关键技术。它们的处理流程非常相似，都遵循经典的“信道编码与复用”链条。

1. 传输流程（以5G NR为例）

PDSCH传输流程（发送端 - gNB侧）：

PUSCH传输流程（发送端 - UE侧）：
流程与PDSCH高度相似，同样包括TB CRC、LDPC编码、速率匹配、加扰、调制、层映射、变换预编码（可选）、资源映射等步骤。

关键环节解析：

传输块： 是MAC层交给物理层的基本数据单元。一个PDSCH/PUSCH传输在一个时隙内可以承载1或2个TB。

CRC附加： 为TB添加循环冗余校验码，用于接收端判断数据是否正确。

信道编码：

• 5G NR： 主要使用LDPC，因为它在大数据块和高速率场景下性能接近香农极限。

• LTE： 使用Turbo码。

速率匹配： 将编码后的比特流打孔或重复，以精确匹配物理层资源所能承载的比特数。

加扰： 用一个与用户和设备相关的序列对数据进行扰乱，目的是将干扰随机化，并区分不同用户/信道（通过RNTI）。

调制： 将比特流映射为复数符号。如QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM等。调制阶数越高，速率越快，但抗干扰能力越差。

层映射： 将调制符号映射到多个“层”上，这是MIMO技术的基础。每一层可以看作一个独立的数据流。

预编码： 对各个层的数据进行加权，使其能够更好地适应无线信道，提升接收性能。

资源映射： 将符号映射到时频资源的特定资源单元上。这个映射位置是由下行控制信息 精确指示的。

2. 动态调度与DCI/RNTI的核心作用

这是理解“共享”二字的关键。

DCI： 下行控制信息。它像是一个“调度指令”，告诉UE如何去接收PDSCH或如何发送PUSCH。

• 对于PDSCH： DCI会告诉UE在哪个时频资源位置去接收PDSCH，使用哪种调制编码方案，以及相关的HARQ信息等。

• 对于PUSCH： DCI会授权UE在未来的某个时频资源上发送PUSCH，并指示使用的MCS、功率等参数。

RNTI： 无线网络临时标识符。它实际上是加扰过程的掩码，用于区分不同的用户和不同的信道用途。

• DCI消息本身是通过C-RNTI（小区RNTI）加扰的，只有拥有对应C-RNTI的UE才会去解码这个DCI，并知道这是发给自己的调度指令。

• PDSCH数据也是通过RNTI（如C-RNTI, SI-RNTI）加扰的，确保了数据的安全性和针对性。

简单来说：UE永远在监听PDCCH（承载DCI的信道）。当它发现一个用自己C-RNTI加扰的DCI时，就按照DCI的指示去接收PDSCH或发送PUSCH。

3. 自适应调制与编码

MCS： 调制与编码策略。它是连接信道质量和数据传输速率的核心。

原理： 基站的调度器会根据UE上报的信道状态信息，快速估计当前信道的质量。

如果信道质量好（SNR高），就选择高阶调制（如256QAM）和高码率，实现高速传输。

如果信道质量差（SNR低），就选择低阶调制（如QPSK）和低码率，保证传输的可靠性。

目的： 在保证一定误块率（如10%）的前提下，最大化频谱效率。

4. 混合自动重传请求

HARQ： 是保证数据传输可靠性的关键技术。

原理： 结合了前向纠错和自动重传。

• 发送端发送一个TB，并附带FEC编码。

• 接收端尝试解码。如果成功（CRC校验通过），则回复ACK；如果失败，则回复NACK，并缓存接收到的错误数据。

• 发送端收到NACK后，会重新发送该TB（可能是完全相同的副本，也可能是包含新信息的增量冗余版本）。

• 接收端将重传的数据与之前缓存的错误数据进行合并解码，大大提升了成功解码的概率。

PDSCH HARQ： 是异步自适应的，重传可以在任何时间发生，且MCS可以改变。

PUSCH HARQ： 在LTE中是同步的，重传有固定的时序；在5G NR中更为灵活。

5. MIMO与波束成形

PDSCH和PUSCH是MIMO技术的主要应用载体。

SU-MIMO： 基站可以同时向一个UE发送多个数据流（多层），或者同时调度多个UE，极大地提升了单用户峰值速率和小区容量。

波束成形： 通过预编码技术，将能量集中在特定方向对准UE进行传输（PDSCH）或接收（PUSCH），这能显著提升覆盖和信噪比。在5G毫米波频段，这是必不可少的技术。

四、PDSCH与PUSCH的对比

特性	PDSCH	PUSCH
传输方向	下行	上行
发送端	基站	用户设备
功率控制	无（基站功率充足）	有（至关重要），用于克服“远近效应”，节省UE电量
多址方式	正交频分多址	基于DFT-S-OFDM（单载波）和CP-OFDM
HARQ特性	异步自适应	在5G中灵活，在LTE中多为同步
信道探测	依赖于UE上报的CSI	基站通过Sounding Reference Signal来估计上行信道

五、总结

角色定位： PDSCH和PUSCH是无线接入网的“数据高速公路”，承载了用户的核心数据业务。

共享本质： 它们体现了无线资源的“按需分配”和“统计复用”，通过动态调度实现了资源利用效率的最大化。

智能适应： 通过AMC和HARQ，它们能够智能地适应快速变化的无线信道，在可靠性和效率之间取得最佳平衡。

性能引擎： 它们是MIMO、波束成形等高级天线技术的承载者，这些技术的性能增益最终都体现在PDSCH/PUSCH的吞吐量和可靠性上。