移动互联网和物联网的高速发展使得各种各样差异化的新型业务应用不断涌现,为了更好地应对该局面,第五代移动通信技术(5th-Generation,5G)针对不同的需求提出三大应用场景。由于不同场景系统的实现指标可能相互矛盾,故5G系统提出新的空口技术和工作频段等。物理层作为终端移动通信的重要枢纽,为提升物理层的整体效率,本文通过建立物理层控制(Layer 1 Control,L1C)机制,即在物理层建立管理机制,对物理层各个信道进行统一调度并为高层提供数据服务。本文以以3GPP TS38 R15版本协议为基础,研究了5G系统终端侧的物理层功能,以及协议栈与物理层之间的数据交互,在物理层设计与实现L1C。主要内容和创新点如下:1.对终端侧的物理层主要过程进行研究,包括小区搜索、随机接入、上/下行调度与资源分配和混合自动重传请求(Hybrid Automatic Repeat re Quest,HARQ)过程。依据物理层过程的相关性、协议栈功能和状态机原理,将L1C从开机到与基站建立连接划分为5个状态:空状态、小区选择状态、空闲状态、接入状态和连接状态。此外设计了L1C各个状态与协议栈之间的接口原语、交互数据和状态转移方式,使得每个状态的任务既具有独立性也具有相关性,增强了物理层整个程序的鲁棒性。2.设计了终端侧L1C的开发平台,采用通用计算机、多核数字信号处理器和现场可编程门阵列三者联合的开发测试方案。在该平台上以原语为载体针对各状态下L1C的接收原语,设计了详细的处理流程及相应的处理函数,主要包括原语解析过程和信道调度过程。3.在搭建的测试平台上,实现并测试了L1C的功能。基于测试原理构建50个测试例,如小区初搜的正常和异常测试例等,涵盖所有可能的情况,联合协议栈对L1C各个状态下主要功能进行测试分析,经过不断地测试和改进,使得L1C的测试通过率达到100%。测试表明,L1C对接收到的原语进行状态匹配时,只有匹配成功的原语才会调度物理信道并对数据进行处理,此外,L1C能正确实现各原语的功能,且对异常数据也能做出合理反应,验证了本文设计的正确性和协议的一致性。