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3GPP5GNR物理层关键技术综述

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【摘要】第五代（5G）移动通信技术被称为新型无线空口，主要满足三大应用场景的通信需求，即增强型移动宽带（eMBB）、超可靠低时延通信（uRLLC）以及海量机器通信（mMTC）。其使用的关键技术包括超精简传输、低时延设计、大规模MIMO以及高低频范围内灵活的频谱使用方式等。根据3GPPTS38系列的必威体育精装版技术规范，重点介绍了5GNR层1的关键技术，侧重于与4GLTE的比较，并通过描述5GNR的基本概念，详细解释物理信道和参考信号的设计原理，分享当前5G标准化的必威体育精装版成果。

新型无线空口；增强型移动宽带；超可靠低时延通信；海量机器通信；物理层

【关键词】

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2018.10.001：TN929.5文献标志码：A：1006-1010（2018）10-0001-08

引用格式：黄陈横.3GPP5GNR物理层关键技术综述[J].移动通信，2018，42（10）：1-8.

1引言

第五代（5G）移动通信技术被称为新型无线空口（NewRadio，NR），可以满足国际电信联盟（ITU）对IMT-2020设定的性能要求[1]。在完成了5G需求的初步调研后[2-4]，3GPP于2017年3月批准成立了NR规范制定的工作组，其研究的内容将加入到3GPPRelease15[5]（以下简称R15）中发布。R15计划于2018年12月冻结，增加的内容将包括更多架构选项，例如将5G基站节点（gNB）连接到演进分组核心（EPC）并且在多连接模式下实现NR和LTE互操作的可能性，其中NR是主节点，LTE是次节点。

NR可实现的功能包括超精简传输[6]、低时延支持、大规模MIMO以及高低频范围内灵活的频谱使用方式（包括高频和低频之间的交互使用以及动态时分复用（TDD）等）。文献[7]给出了NR关键技术及其设计原理相对全面的概述，相比之下，本文的目的是深入研究NR技术规范（TS），介绍层1的关键技术，侧重于与4GLTE的比较，并通过5GNR基本概念的阐述，详细解释物理信道和参考信号的设计原理，为无线通信相关从业者提供一个5G物理层较全面的描述。

NR的无线空口由物理层（层1）和更高层组成，如介质访问控制（MAC层）和无线资源控制（RRC层）。TS38.200系列[8-14]中描述了物理层规范，TS38.300系列则描述了更高层规范（如文献[15]中的RRC规范）。

25GNR物理层概述

2.1波形、参数集及帧结构

波形的选择是任何无线接入技术首要解决的物理层核心问题。在对所有波形提议进行评估之后，3GPP同意继续采用正交频分复用（OFDM）和循环前缀（CP），用于下行和上行传输。CP-OFDM和多输入多输出（MIMO）技术的结合可使大带宽系统实现低复杂度和低成本。NR还支持在上行链路中使用离散傅立叶变换（DFT）扩展OFDM（DFT-S-OFDM）来改善覆盖范围。

NR支持从1GHz到毫米波段范围内的频谱，R15中定义了两个频率范围（FR）：

（1）FR1：450MHz—6GHz，通常指Sub-6GHz，最大带宽为100MHz；

（2）FR2：24.25GHz—52.6GHz，通常指毫米波（MillimeterWave），最大带宽为400MHz。

可扩展的参数集（Numerologies）是在如此广泛的频谱范围内支持NR部署的关键。NR采用了从LTE的15kHz基本子载波间隔扩展到2?×15kHz（?=0，1，...，4）的多种灵活的子载波间隔。相应地，CP从LTE的4.7μs缩小2-?，这种可扩展的设计允许支持广泛的部署场景和载波频率。参数“?”的选择取决于不同的因素[16]，包括5G新空口网络部署选项类型、载波频率、业务需求（时延/可靠性/吞吐量）、硬件减损（振荡器相位噪声）、移动性及实施复雜度。比如对于较低的FR1载波频率、网络覆盖范围大、窄带终端以及增强型多媒体广播/多播服务（eMBMSs），选择15kHz、30kHz的子载波间隔是合适的。当面向对时延极为敏感的uRLLC、小覆盖区域以及更高的FR2载波频率时，可把子载波间隔调大至60kHz、120kHz。此外，还可能通过复用两种不同的数值（比如用于uRLLC的更宽子载波间隔以及用于eMBB/mMTC/eMBMS的更窄子载波间隔），以相同的载波来同时承载具有不同需求的不同类业务。

NR帧具有10ms的长度并且由10个子帧组成，这与LTE相同，能保证NR和LTE的共存。每个子帧由包含14个OFDM符号的2?个时隙组成。尽管时隙是调度的最小颗粒度，但是NR支持在任意一个OFDM符号开始传输，并且仅持续当前业务所