NR(二)

5G NR最终判定,OFDM依然是最适合它的的调制技术。OFDM能够很好地抵御时间色散(即由于多径传播信号的不同路径的时延差别造成符号间干扰)对通信质量的影响;OFDM能够用简便的方法实现对时域资源和频域资源的充分利用。

和LTE在上行链路使用DFT-S-OFDM不同,5G NR的上行链路基本上使用与下行链路一样的常规OFDM,因为对于具有空间复用功能的接收机来说,常规OFDM更有利于简化设计,而且可以统一上、下行链路的传输机制。DFT-S-OFDM仍然保留作为5G NR上行链路的辅助调制方式,因为在有些场景下,需要用到它峰均比低、功率放大效率高的优势。

为了支持多种多样的部署场景,适应从低于1GHz到毫米波的频谱范围,5G NR支持灵活可变的OFDM numerology,其子载波间隔可以在15KHz到240KHz的范围内选择,相应的循环前缀(CP,cyclic prefix)同时进行成比例的调整。

5G NR的子载波间隔为15X2^n KHz,其中n为整数;

而15KHz是4G LTE使用的子载波间隔。

扩展系数2^n意味着不同的numerology的时隙和OFDM符号在时域是对齐的,这对于TDD网络有着重要的意义。参数N的选择取决于很多因素,包括部署的方式(FDD或者TDD)、载频、业务需求(时延、可靠性和数据速率)、硬件品质(本地晶振的相位噪声)、移动性,以及实现复杂性。比如,设计大的子载波间隔的目的是支持时延敏感型业务(URLLC)、小面积覆盖场景,和高载频场景,而设计小的子载波间隔的目的是支持低载频场景、大面积覆盖场景、窄带宽设备,和增强型广播/多播(eMBMSs)业务。

为什么子载波间隔的下限是15KHz,而上限是240KHz?简单地说,相位噪声和多普勒效应决定了子载波间隔的最小值,而循环前缀CP决定了子载波间隔的最大值。

我们当然希望子载波间隔越小越好,这样在带宽相同的情况下,能够传输更多的数据。但如果子载波间隔太小,相位噪声会产生过高的信号误差,而消除这种相位噪声会对本地晶振提出过高要求。如果子载波间隔太小,物理层性能也容易受多普勒频偏的干扰。

如果子载波间隔的设置过大,OFDM符号中的CP的持续时间就太短。设计CP的目的是尽可能消除时延扩展(delay spread),从而克服多径干扰的消极影响。CP的持续时间必须大于信道的时延扩展,否则就起不到克服多径干扰的作用。因此,CP时长(或者说信道的时延扩展)决定了子载波间隔的最大值。对sub 6GHz频段和毫米波频段的实际测量发现,不同频段的时延扩展差不多,基本不受频率高低的影响;而且,与非视距(NLOS)场景相比,视距(LOS)场景下的时延扩展小得多。时延扩展的最大均方根值(RMS)是0.2微秒,这决定了最大子载波间隔是240KHz,因为根据OFDM的技术特点,当子载波间隔是240KHz时,CP时长是0.2915微秒,刚好大于0.2微秒。

在带宽上限是400MHz的前提下,可以使用的子载波最大数量是3300个,因此不同子载波间隔的最大带宽也不同——15/30/60/120 kHz子载波间隔对应的最大带宽分别是50/100/200/400 MHz。如果需要更大的带宽,则需要用到载波聚合技术。

尽管NR的物理层规范适用所有的频率,但并不是所有的numerologies都适合所有的频率。3GPP当前只分配了2个频段给5G使用:0.45GHz—6GHz的频段称为FR1频段,而24.25GHz—52.6 GHz的频段称为FR2频段。6GHz—24.25GHz之间的频段目前还没有被分配使用。FR1频段可以使用子载波间隔为15/30/60KHz的numerologies,而FR1频段可以使用子载波间隔为60/120KHz的numerologies。子载波间隔为240KHz的numerology只能用于同步信道(PSS,SSS和PBCH),不能用于数据信道(PDSCH、PUSCH等);子载波间隔为60KHz的numerology只能用于数据信道(PDSCH、PUSCH等),不能用于同步信道(PSS,SSS和PBCH);其它的numerologies既能够用于数据信道,也能够用于数据信道。

LTE中,所有的终端都支持最大20MHz的载波带宽。但在5G NR中,由于其带宽比较大,要求所有终端都支持最大的载波带宽并不合理。为了减少终端的能耗,5G NR允许进行终端自己对接收带宽进行调整。带宽调整机制意味着,终端可以平时使用适度的带宽监测控制信道,并且以适度的数据速率接收数据,然后只有在需要时,启用大的接收带宽,以很高的数据速率来接收大流量数据。

BWP

       为了实现上述功能,5G NR定义了带宽分块(bandwidth parts)机制,来指示当前终端判定用来接收数据(基于某个特定的numerology)的某个带宽范围。如果一个终端能够同时接收几个带宽分块(bandwidth parts),那么原则上,这个终端就有可能在一个载波上,混合不同numerologies传输的数据,尽管Release 15仍然只允许终端激活一个带宽分块(bandwidth parts)。

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