在可预见的未来,第5代移动通信(The 5th Generation mobile communication,5G)是移动互联网发展的目标,高效率的物理层控制和管理是高性能5G系统的基础。但在目前状态下,物理层仅是高层指令的执行者。在5G系统中,终端环境状态的变化可能非常频繁,因而高层下发的指令可能也非常频繁;这些指令可能混乱甚至冲突以至于物理层可能无法有效执行。建立以物理层状态为基础的物理层控制(Layer 1 Control,L1C)是充分发挥物理层作用的有效途径。物理层工作是以过程为基础,这些过程相互独立却又互有关联。在分析物理层基本过程的功能及其关联性基础上,提出基于过程的物理层任务:最大功率频点确定、驻留小区选择、最佳小区选择、上行同步建立和数据接收与发送;提出与物理层任务对应的物理层的状态:空态、小区选择态、空闲态、随机接入态和连接态。建立基于物理层状态的L1C模式。分析每个状态下物理层的过程,建立基于过程的原语及每个状态的原语库;分析状态间的转换条件,建立控制物理层状态转移的原语。当物理层接收到原语后,将与本状态下原语比对,如接收原语不属于该状态原语,物理层将拒绝执行接收的原语;只有接收的原语与当前物理层状态匹配,物理层才会执行,这样物理层参与了指令执行的决策。设计基于PC+DSP+FPGA的L1C实现方案,以物理层的每个状态下原语库为基础,建立了原语组装模块、原语解析模块、状态选择模块和信道调度模块,并在DSP上实现了上述模块。依托于国家科技重大专项“增强移动带宽5G终端模拟器研发”,建立了由电脑(Personal Computer,PC)、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)和现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)构成的开发与测试平台,实现并测试终端模拟器设备中L1C功能。设计多种工况,测试了每个工况下信道调度机制、原语回复机制。对物理层的工况进行50次仿真。根据仿真结果,物理层收到与状态不匹配的原语时,物理层均拒绝执行接收的原语。只有接收的原语属于当前状态,物理层才执行该原语;每次执行原语的结果均正确,实现了原语确定的目标。因此本论文设计L1C实现了其设计目标。