基础进行梳理：5G NR的波形、帧结构和参数集

前面,我们针对5G做了一个简单的介绍,随着标准的发布,一些列技术不断落地,更多行业应用将在未来数十年一一呈现。

为了更好地了解5G NR 物理层,本周我们将针对5G NR的波形、帧结构和参数集等基础知识进行梳理。

5GNR 波形、帧结构与参数集

为适应多种不同子载波间隔的OFDM波形,在5G NR中引入了参数集,子载波间隔不再局限于LTE时代的15KHz,而是根据不同的使用场景,进行适配,这也是5G NR的一个重要特性,并对时隙和子帧产生影响。

什么是载波,什么是部分带宽(BWP),5G NR的资源块RB与LTE的RB有什么区别?

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5G NR波形

5G NR将波形定义为具有循环前缀的OFDM,这一点与LTE中大放异彩的OFDM如出一辙。

此外,5G NR波形可以降低保护频带,这意味着5G波形不像在LTE中那样被限制在90%的带宽。做过LTE基带的朋友应该还记得,20M带宽,波形却只占用了18M。与LTE一样,在标准中没有制定任何特定技术来限制带宽和频谱泄露,这也是为什么只有一套标准,各通信厂商的设备在基带和射频性能上有着较大差异的原因之一,谁发挥得好,谁就能在市场上多分一杯羹。

一些公认的技术,比如滤波OFDM,加窗OFDM,得到了业界广泛关注。

在前面的文章《5G NR中的多载波波形》中,介绍了CP-OFDM、W-OFDM、F-OFDM、UF-OFDM、DFTS-OFDM以及FBMC-OQAM、FBMC-QAM等多载波波形,并列出了NR波形设计的性能指标KPI。对于选择什么样的波形进行设计,需要根据性能要求进行选择和设计。

对于这些波形,在MATLAB中可以通过通信系统工具箱附带示例进行试用,作为一种参考。

前面提到5G NR中的自造波间隔,具有适应性选择。5G NR的一个关键特征,便是子载波间隔(SCS)不仅可以采用一个与LTE相同的15KHz,还可以是2的幂乘以15KHz,最高可达240KHz。

OFDM符号的持续时间,是子载波间隔的倒数,对于最高的子载波间隔,符号持续时间可以缩短2、4、8或16倍。

同时,对于相同数量的子载波,间隔越远,占用的带宽就越大。

间隔为15KHz时,支持的最大带宽为50MHz。随着子载波间隔增加,最大带宽也会随之翻倍,在间隔为120KHz时,可达400MHz。而当子载波间隔为240KHz时,支持的子载波数减半,因而所能支持的最大带宽,依然为400MHz。

那么,为什么要设定这么多不同的子载波间隔呢?各自有什么优缺点呢?

首先,我们知道,较高的子载波间隔,会增加带宽。与此同时,缩短了OFDM符号的传输时间,从而缩短了物理层的延迟。

也就是传输相同的内容,用的时间减少了,传输相对而言就更快。

天下武功,唯快不破。

物理层信号处理实践缩短,这就为超高速低时延创造了前提条件。

因此,为适应众多不同的应用场景,5G NR中子载波间隔具备选择性。

在想象高速低时延应用时,其实问题也浮出来水面。

每个OFDM符号持续时间缩短了,意味着每个slot的时间也缩短了,假如不能在规定时间范围内将信号处理完成,每一帧的数据处理不过来,这对系统来说,是不可接受的。