NR PUSCH（一）
这个系列介绍NR的PUSCH（Physical Uplink Shared Channel），物理上行共享信道。PUSCH和PDSCH（Physical Downlink Shared Channel）对应，一个用于上行传输，一个用于下行传输，在很多方面比较相似，这里重点关注不同之处。不熟悉PDSCH的读者，可参考孙老师的《NR下行物理信道（PDSCH）简析V2.0》，或我的学习心得（《NR PDSCH（一）/（二）/（三）/（四）/（五）/（六）/（七）》）。
PUSCH和PDSCH都是物理信道，位于Uu接口协议栈的最底层。从映射关系看，PUSCH只对应一种传输信道（UL-SCH），用于传输“数据”（DTCH）和“信令”（CCCH、DCCH），不用关注广播（BCCH）和寻呼（PCH）等过程，比PDSCH简单一些。不过，除了“数据”和“信令”，PUSCH有时也会“夹带私货”，包括下行传输的HARQ-ACK信息，或CSI（Channel State Information）报告。
无论PUSCH还是PDSCH，资源都是gNB分配的。通常来说，UE通过DCI获得UL Grant（上行授权），才可以在对应的时频资源发送上行数据。不过，在CBRA（Contention Based Random Access）中，UE通过PUSCH发送MSG 3，此时UL Grant来自MSG 2（Random Access Response）。对UE来说，UL Grant怎么来（DCI或RAR）并不重要，不管黑猫白猫，捉到老鼠就是好猫。在某种程度上，UE对UL Grant指示的资源有一定的自主权（基站分配完就管不了那么多了），比如说，UE为了业务数据请求PUSCH，获得UL Grant后，PUSCH可用于发送优先级更高的信令数据。
除了CBRA的MSG 3，gNB无法预知UE何时需要发送数据（UE的心思你别猜），因而不会为UE预留PUSCH资源，以免浪费。在上行数据抵达时，UE需要主动通过PUCCH发送SR（Scheduling Request），向gNB请求PUSCH资源—— 前提是UE出于“上行同步”状态，且有可用于SR的PUCCH资源。如果UE处于“上行失步”状态，UE只能通过随机接入获得PUSCH资源。
和PDSCH不同，除了通过DCI或RAR获得UL Grant的Grant-Based方式（动态调度），PUSCH还支持两种Grant-Free方式，基站通过Configured Grant Config进行PUSCH的RRC预配置 —— 实际调度时，Type 1由RRC配置（上行数据到达触发），Type 2通过CS-RNTI加扰的DCI激活（半静态调度）。和PDSCH相同，PUSCH也支持（TB）重复传输，PUSCH Aggregation Factor可配置为n2、n4或n8，选择RV参见下图。
在NR中，gNB通过DCI1_0和DCI 1_1调度PDSCH，通过DCI 0_0和DCI 0_1调度PUSCH。Frequency Domain Resource Assignment和Time Domain Resource Assignment用于指示时频资源。和PDSCH不同，PUSCH不支持交织（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使用另一种方法获得频域分集增益 —— 跳频（Frequency Hopping），后面再讲。
和PDSCH相似，PUSCH支持HARQ（但没有显性的HARQ反馈，可参考《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）确定方式和PDSCH相似。PUSCH只支持1个Codeword，DCI 0_0和DCI 0_1不包含第二个TB相关字段。PUSCH支持CBG传输，DCI 0_1包含CBGTI（Code Block Group Transmission Indicator），指示发送（或重传）的CBG，由于上行传输的HARQ缓存就在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，“数据”经过一系列处理后，才“装载”到PUSCH进行传输。更具体的，根据3GPP TS 38.211和TS 38.212描述，在发送端（UE），UL-SCH处理过程包括14个步骤：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。步骤1 ~ 7详见3GPP TS 38.212的6.2章节；步骤8 ~ 14详见3GPP TS 38.211的6.3.1章节。
从“宏观”角度看，PUSCH（UL-SCH）处理过程比PDSCH（DL-SCH）多2个步骤：Data and Control Multiplexing（“数据”和“控制”复用）和Transform Precoding（DFT预编码）。前一个解决PUSCH“夹带私货”的需求，后一个用于降低立方度量，提升功放效率。“DFT预编码”只用于上行传输，因为相对UE来说，基站（功放）没那么“娇气”。“DFT预编码”是否开启，对其他处理步骤会产生影响（比如调制模式、预编码矩阵、DM-RS序列和附加DM-RS等），是PUSCH的一个关键环节。
Data and Control Multiplexing有机会再讲，在此之前，PUSCH处理步骤和PDSCH基本相同，概括来说，就是进行信道编码（LDPC），根据空口码率和RV选择比特，构成Codeword。在这部分中，PUSCH和PDSCH的主要差异是：PDSCH支持2个Codeword，但LBRM（Limited Buffer Rate Matching，可参考《NR PDSCH（三）》）是强制要求的（UE缓存更可能受限）；PUSCH只支持1个Codeword，但LBRM是可配置的。
PUSCH和PDSCH的扰码（Scrambling Code）都是伪随机码，主要差异是：1、Cinit的nID分别使用data Scrambling Identity PUSCH和data Scrambling Identity PDSCH —— 如果RRC有配置的话（没有则使用小区ID）；2、PDSCH的Cinit输入包含q（对应不同Codeword），两个Codeword使用不同的扰码，PUSCH的Cinit输入不包含q，因为PUSCH只支持1个Codeword。
在NR中，PDSCH支持4种调制模式：QPSK、16QAM、64QAM和256QAM。PUSCH也支持这4种调制模式，如果“DFT预编码”开启，则还支持π/2-BPSK调制，以降低立方度量，提升功放效率 —— 如果“DFT预编码”没有开启，立方度量主要受限于OFDM，没必要支持π/2-BPSK调制。（引用自爱立信的《5G NR The Next Generation Wireless Access Technology》）
在NR中，PDSCH最多支持8层传输，PUSCH最多支持4层传输（受限于UE天线端口数量）。PUSCH层映射方法和PDSCH相同，协议中直接引用PDSCH的表格（1 ~ 4层）。不过，如果“DFT预编码”开启，PUSCH只支持单层传输，因为多层传输和“DFT预编码”叠加过于复杂。实际上，引入“DFT预编码”主要是为了提高覆盖，在覆盖受限场景下，接收信噪比较低，本来也无法支持多层传输。
“DFT预编码”将长度为M（符号）的数据块，通过长度为M的DFT（Discrete Fourier Transform，离散傅里叶变换），以降低立方度量，提升功放效率 —— M代表PUSCH包含SC数量，由于PUSCH以RB为粒度分配，而1个RB包含12个SC，因此M总是12的倍数。从DFT实现的复杂度看，M应限制为2的幂，但这会限制调度的灵活性（M为12的倍数，已不可能是2的幂），为了在复杂度和灵活性之间取得平衡，协议规定PUSCH包含RB数量的质因数只能是2、3和5，即M = 2^a2 x 3^a3 x 5^a5。（和LTE一样）
在NR中，PDSCH只支持“基于非码本的预编码”，预编码对UE来说是“透明”的；PUSCH支持“基于码本的预编码”和“基于非码本的预编码”，gNB可通过PUSCH Config的高层参数txConfig配置 —— 如果使用“基于码本的预编码”，gNB通过DCI向UE传递TPMI（Transmitted Precoding Matrix Indicator），UE根据层数（Layers）、天线端口数量（Antenna Ports）和“DFT预编码”是否开启，在3GPP TS 38.211的Table 6.3.1.5-1 ~ 7选择表格，再根据TPMI选择码本（预编码矩阵W）。如果使用“基于非码本的预编码”，W退化为单位矩阵。
在下行传输中，UE通过测量CSI-RS（Channel State Reference Signal）确定预编码矩阵W，相对应的，在上行传输中，gNB通过测量SRS（Sounding Reference Signal）确定预编码矩阵W。从“接收机”的角度看，PUSCH的DM-RS和“数据”采用相同的预编码，预编码是透明的，但从“调度器”的角度看，DCI包含的TPMI是“调度器”选择的，预编码是可见的。
这个系列是《NR上行物理信道（PUCCH / PUSCH）简析V2.0》（作者孙老师，发表于“春天工作室”公众号，推荐各位读者关注）的学习心得，提供给和我一样的小白参考。本系列同时参考了金辉老师的《深入理解LTE-A》、爱立信的《5GNR The Next Generation Wireless Access Technology》和人民邮电出版社的《5G空口特性与关键技术》。部分示图引用自上述资料，为了风格的一致性，我重新绘制并做了修改（也可能引入了一些错误）。