2. 物理层（L1）基础：OFDM与SC-FDMA原理，资源网格与RE映射，物理信道与信号分类

各位好，咱们今天聊聊物理层最核心的几个概念。说实话，我刚入行那会儿，看到OFDM的公式就头疼。后来做项目调了两年，才真正摸到门道。这一章我会尽量把原理讲透，再结合我踩过的坑，帮你少走弯路。

2.1 OFDM与SC-FDMA：为什么LTE选了两种波形？

OFDM，正交频分复用。说白了就是把一个高速数据流，拆成几十上百个低速子流，分别调制到不同的子载波上。每个子载波之间是正交的，所以可以挨得很近，频谱利用率就上去了。

我印象很深，第一次在频谱仪上看OFDM信号，感觉像一排梳子齿。每个齿就是一个子载波。接收端用FFT一解调，数据就出来了。简单、高效、抗多径。

但OFDM有个大问题——峰均比高。什么意思？就是信号瞬时功率可能比平均功率高很多。这对终端来说很要命，因为功放得留很大余量，电池扛不住。

所以LTE的上行选了SC-FDMA。它本质上还是OFDM那一套框架，但多了个DFT预编码。你想想看，先把时域信号做一次DFT，再映射到子载波上，最后做IFFT。这样出来的信号，峰均比就低多了。

我在项目中遇到过一个问题：某款终端在上行发射时，功放老是饱和。查了半天，发现是SC-FDMA的DFT点数没对齐。嗯，这里要注意，DFT大小必须和分配的RB数匹配，否则会引入额外失真。

2.2 资源网格与RE映射：一张图看懂物理层

LTE/NR的物理层，本质上就是一张二维网格。横轴是时间，纵轴是频率。每个小格子就是一个资源粒子（RE）。

一个RE承载一个调制符号。QPSK就是2比特，16QAM就是4比特，64QAM就是6比特。就这么简单。

资源块（RB）是调度的基本单位。一个RB在频域上占12个子载波，在时域上占1个时隙。LTE里1个时隙是0.5ms，NR里可以灵活配置。

参数	LTE	NR
子载波间隔	15 kHz	15/30/60/120 kHz
每RB子载波数	12	12
时隙长度	0.5 ms	0.5/0.25/0.125/0.0625 ms
每时隙OFDM符号数	7（常规CP）	14

RE映射，就是把数据、参考信号、控制信息，填到对应的格子里。我建议你把这个过程想象成填色游戏。每个格子填什么，协议规定得死死的。

2.3 物理信道与信号分类：谁负责干什么？

物理信道和物理信号，是两个不同的概念。信道承载的是高层来的数据，信号是物理层自己产生的参考序列。

我习惯把物理信道分成三类：

• 数据信道：PDSCH（下行）、PUSCH（上行）。真正传用户数据的。
• 控制信道：PDCCH（下行调度）、PUCCH（上行反馈）。管调度和ACK/NACK的。
• 广播信道：PBCH。告诉终端小区的基本信息。

物理信号呢，主要是参考信号。比如：

• DMRS：解调用。和数据一起发，用于信道估计。
• CSI-RS：信道状态信息测量用。终端根据它反馈CQI。
• SRS：探测参考信号。基站用来估计上行信道质量。

你想想看，如果没有参考信号，接收端怎么知道信道长什么样？那就没法做均衡了。所以参考信号是物理层的眼睛。

2.4 一个简单的RE映射示例

咱们写个伪代码，看看PDSCH的RE映射大概长什么样。这只是示意，实际协议要复杂得多。

// 伪代码：PDSCH RE映射
for (每个分配的RB) {
    for (每个OFDM符号) {
        if (该符号包含DMRS) {
            跳过DMRS占用的RE
        }
        if (该符号包含PDCCH) {
            跳过PDCCH占用的RE
        }
        // 剩下的RE，按频域优先顺序填入数据
        for (每个子载波) {
            if (RE未被占用) {
                写入调制符号
            }
        }
    }
}

这段代码看起来简单，但实际实现时，边界条件特别多。比如DMRS的频域偏移、PDCCH的聚合等级、预留资源的处理。我建议你先把协议里的表格画出来，再写代码，会清晰很多。

2.5 小结

这一章咱们聊了OFDM和SC-FDMA的区别，资源网格的结构，以及物理信道和信号的分类。说白了，物理层就是一张大表格，你按规则填好，接收端就能正确解读。

下一章我会讲L2的MAC调度器，那是协议栈里最烧脑的部分。咱们到时候见。