5G移动通信技术 第三章 5G NR空中接口
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5G移动通信技术
CONTENTS
5G NR空中接口
第三章
NR无线帧结构
NR物理信道和信号
NR信道编码
【本章内容】
5G空中接口和LTE相比，既有延续又有发展。本章主要 介绍了5G NR的空中接口，包括无线帧结构、Numerology 概 念 、 NR 的 物 理 信 道 和 信 号 、 5G NR 新 的 调 制 方 式 256QAM等，特别是Numerology概念最能体现5G空口的新 特性，是5G实现新功能和强大性能的基础。本章最后介绍 了5G NR的数据信道的编码LDPC码和信令信道的编码Polar 码。
表3-2 正常循环前缀下OFDM符号数、每帧时隙数和每子帧时隙数分配
μ
N slot sy mb
0
14
1
14
2
14
3
14
4
14
N frame,μ slot
10 20 40 80 160
N subframe,μ slot
1 2 4 8 16
核桃AI
N sflruoabtmfrea,mμ e,μ sylomt b
表3-1 NR支持的五种子载波间隔
μ
Δf = 2μ × 15(kHz)
循环前缀(CP)
0
15Leabharlann 正常130
正常
2
60
正常、扩展
3
120
正常
4
240
正常
核桃AI
N sflruoabtmfrea,mμ e,μ sylomt b
由于NR的基本帧结构以时隙为基本颗粒度，当子载波间隔变化时，时隙的绝对时间长度也 随之改变，每个帧内包含的时隙个数也有所差别。比如在子载波带宽为15 kHz的配置下，每个 子帧时隙数目为1，在子载波带宽为30 kHz的配置下，每个子帧时隙数目为2。正常CP情况下， 每个子帧包含14个符号，扩展CP情况下包含12个符号。表3-2和3-3给出了不同子载波间隔时， 时隙长度以及每帧和每子帧包含的时隙个数的关系。可以看出，每帧包含的时隙数是10的整数 倍，随着子载波间隔的增大，每帧或是子帧内的时隙数也随之增加。
NR上下行转换可以在符号之间进行。
核桃AI
N sflruoabtmfrea,mμ e,μ sylomt b
由于每个时隙的OFDM数目固定为14(正常CP)和12(扩展CP)，因此OFDM符号长度也是可变的。无 论子载波间隔是多少，符号长度 × 子帧时隙数目 = 子帧长度，子帧长度一定是1 ms。子载波间隔越 大，其包含的时隙数目越多，因此，对应的时隙长度和单个符号长度会越短。各参数如表3-4所示。
表3-4 OFDM符号长度可变数表
Parameter/Numerlogy(μ)/(参数/参数集)
0
1
2
3
4
子载波(subcarrier)间隔/kHz
15
30
60
120
240
每个时隙(slot) 长度/μs
1000
500
250
125
62.5
每个时隙符号数(Normal CP)/个
14
14
14
14
14
OFDM符号有效长度/μs
核桃AI
3 5G NR空中接口 3.1NR无线帧结构 核桃AI
3.1.1 帧结构和Numerology的概念
5G的新空中接口称为5G NR，从物理层来说，5G NR相对于4G最大的特点是支持灵活的帧结构。 5G NR引入了Numerology的概念，Numerology可翻译为参数集或配置集，意思指一套参数、包括子 载波间隔、符号长度、CP(循环前缀)长度等，这些参数共同定义了5G NR的帧结构。5G NR帧结构 由固定架构和灵活架构两部分组成，如图3-1所示。
表3-3 扩展循环前缀的每时隙OFDM符号数、每帧时隙数和每子帧时隙数
μ
N slot sy mb
N frame,μ slot
N subframe,μ slot
2
12
40
4
在表3-2和表3-3中，µ是子载波配置参数， 是每时隙符号数目， 是每帧时隙数目， 是每 子帧时隙数目，子载波间隔 = 2μ × 15 kHz，子帧由一个或多个相邻的时隙形成，每时隙具 有14个相邻的符号。
66.67
33.33
16.67
8.33
4.17
循环前缀(Cyclic Prefix)长度/μs
4.69
2.34
1.17
0.57
0.29
OFDM符号有效长度(包含CP)/μs
71.35
35.68
17.84
8.92
4.46
OFDM符号长度(包含CP) = 每个时隙(slot)长度/每个时隙符号数(Normal CP)
3GPP技术规范38.211规定了5G时隙的各种符号组成结构。图3-2例举了格式0～15的时隙结 构，时隙中的符号被分为三类：下行符号(标记为D)、上行符号(标记为U)和灵活符号(标记为 X)。
核桃AI
N sflruoabtmfrea,mμ e,μ sylomt b
图3-2 5G NR时隙的符号配置 下行数据可以在D和X上发送，上行数据可以在U和X上发送。同 时，X还包含上下行转换点，NR支持每个时隙包含最多两个转换 点。由此可以看出，不同于LTE上下行转换发生在子帧交替时，
图3-1 NR无线帧结构
在固定架构部分，5G NR的一个物理帧长度是10 ms，由10个子帧组成，每个子帧长度为1 ms。每个帧被分成两个半帧，每个半帧包括五个子帧，子帧1～5组成半帧0，子帧6～10组成半 帧1。这个结构和LTE基本一致。
在灵活架构部分，5G NR的帧结构与LTE有明显的不同，用于三种场景eMBB、uRLLC和mMTC 的子载波的间隔是不同的。5G NR定义的最基本的子载波间隔也是15 kHz，但可灵活扩展。所 谓灵活扩展，即NR的子载波间隔设为2μ × 15 kHz，μ∈{-2，0，1，…，5}，也就是说子载 波间隔可以设为3.75 kHz、7.5 kHz、15 kHz、30 kHz、60 kHz、120 kHz、240 kHz等，这一 点与LTE有着根本性的不同，LTE只有单一的15 kHz子载波间隔。表3-1列出了NR支持的五种子 载波间隔，表中的符号μ称为子载波带宽指数。
核桃AI
3.1.2 各种子载波的帧结构划分
虽然5G NR支持多种子载波间隔，但是在不同子载波间隔配置下，无线帧和子帧的长度是相同 的。无线帧长度固定为10 ms，子帧长度为1 ms。那么不同子载波间隔配置下，无线帧的结构有哪 些不同呢？答案是每个子帧中包含的时隙数不同。在正常CP情况下，每个时隙包含的符号数相同， 且都为14个。下面根据每种子载波的间隔配置，来看一下5G NR的帧结构。
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5G NR空中接口
第三章
NR无线帧结构
NR物理信道和信号
NR信道编码
【本章内容】
5G空中接口和LTE相比，既有延续又有发展。本章主要 介绍了5G NR的空中接口，包括无线帧结构、Numerology 概 念 、 NR 的 物 理 信 道 和 信 号 、 5G NR 新 的 调 制 方 式 256QAM等，特别是Numerology概念最能体现5G空口的新 特性，是5G实现新功能和强大性能的基础。本章最后介绍 了5G NR的数据信道的编码LDPC码和信令信道的编码Polar 码。
表3-2 正常循环前缀下OFDM符号数、每帧时隙数和每子帧时隙数分配
μ
N slot sy mb
0
14
1
14
2
14
3
14
4
14
N frame,μ slot
10 20 40 80 160
N subframe,μ slot
1 2 4 8 16
核桃AI
N sflruoabtmfrea,mμ e,μ sylomt b
表3-1 NR支持的五种子载波间隔
μ
Δf = 2μ × 15(kHz)
循环前缀(CP)
0
15Leabharlann 正常130
正常
2
60
正常、扩展
3
120
正常
4
240
正常
核桃AI
N sflruoabtmfrea,mμ e,μ sylomt b
由于NR的基本帧结构以时隙为基本颗粒度，当子载波间隔变化时，时隙的绝对时间长度也 随之改变，每个帧内包含的时隙个数也有所差别。比如在子载波带宽为15 kHz的配置下，每个 子帧时隙数目为1，在子载波带宽为30 kHz的配置下，每个子帧时隙数目为2。正常CP情况下， 每个子帧包含14个符号，扩展CP情况下包含12个符号。表3-2和3-3给出了不同子载波间隔时， 时隙长度以及每帧和每子帧包含的时隙个数的关系。可以看出，每帧包含的时隙数是10的整数 倍，随着子载波间隔的增大，每帧或是子帧内的时隙数也随之增加。
NR上下行转换可以在符号之间进行。
核桃AI
N sflruoabtmfrea,mμ e,μ sylomt b
由于每个时隙的OFDM数目固定为14(正常CP)和12(扩展CP)，因此OFDM符号长度也是可变的。无 论子载波间隔是多少，符号长度 × 子帧时隙数目 = 子帧长度，子帧长度一定是1 ms。子载波间隔越 大，其包含的时隙数目越多，因此，对应的时隙长度和单个符号长度会越短。各参数如表3-4所示。
表3-4 OFDM符号长度可变数表
Parameter/Numerlogy(μ)/(参数/参数集)
0
1
2
3
4
子载波(subcarrier)间隔/kHz
15
30
60
120
240
每个时隙(slot) 长度/μs
1000
500
250
125
62.5
每个时隙符号数(Normal CP)/个
14
14
14
14
14
OFDM符号有效长度/μs
核桃AI
3 5G NR空中接口 3.1NR无线帧结构 核桃AI
3.1.1 帧结构和Numerology的概念
5G的新空中接口称为5G NR，从物理层来说，5G NR相对于4G最大的特点是支持灵活的帧结构。 5G NR引入了Numerology的概念，Numerology可翻译为参数集或配置集，意思指一套参数、包括子 载波间隔、符号长度、CP(循环前缀)长度等，这些参数共同定义了5G NR的帧结构。5G NR帧结构 由固定架构和灵活架构两部分组成，如图3-1所示。
表3-3 扩展循环前缀的每时隙OFDM符号数、每帧时隙数和每子帧时隙数
μ
N slot sy mb
N frame,μ slot
N subframe,μ slot
2
12
40
4
在表3-2和表3-3中，µ是子载波配置参数， 是每时隙符号数目， 是每帧时隙数目， 是每 子帧时隙数目，子载波间隔 = 2μ × 15 kHz，子帧由一个或多个相邻的时隙形成，每时隙具 有14个相邻的符号。
66.67
33.33
16.67
8.33
4.17
循环前缀(Cyclic Prefix)长度/μs
4.69
2.34
1.17
0.57
0.29
OFDM符号有效长度(包含CP)/μs
71.35
35.68
17.84
8.92
4.46
OFDM符号长度(包含CP) = 每个时隙(slot)长度/每个时隙符号数(Normal CP)
3GPP技术规范38.211规定了5G时隙的各种符号组成结构。图3-2例举了格式0～15的时隙结 构，时隙中的符号被分为三类：下行符号(标记为D)、上行符号(标记为U)和灵活符号(标记为 X)。
核桃AI
N sflruoabtmfrea,mμ e,μ sylomt b
图3-2 5G NR时隙的符号配置 下行数据可以在D和X上发送，上行数据可以在U和X上发送。同 时，X还包含上下行转换点，NR支持每个时隙包含最多两个转换 点。由此可以看出，不同于LTE上下行转换发生在子帧交替时，
图3-1 NR无线帧结构
在固定架构部分，5G NR的一个物理帧长度是10 ms，由10个子帧组成，每个子帧长度为1 ms。每个帧被分成两个半帧，每个半帧包括五个子帧，子帧1～5组成半帧0，子帧6～10组成半 帧1。这个结构和LTE基本一致。
在灵活架构部分，5G NR的帧结构与LTE有明显的不同，用于三种场景eMBB、uRLLC和mMTC 的子载波的间隔是不同的。5G NR定义的最基本的子载波间隔也是15 kHz，但可灵活扩展。所 谓灵活扩展，即NR的子载波间隔设为2μ × 15 kHz，μ∈{-2，0，1，…，5}，也就是说子载 波间隔可以设为3.75 kHz、7.5 kHz、15 kHz、30 kHz、60 kHz、120 kHz、240 kHz等，这一 点与LTE有着根本性的不同，LTE只有单一的15 kHz子载波间隔。表3-1列出了NR支持的五种子 载波间隔，表中的符号μ称为子载波带宽指数。
核桃AI
3.1.2 各种子载波的帧结构划分
虽然5G NR支持多种子载波间隔，但是在不同子载波间隔配置下，无线帧和子帧的长度是相同 的。无线帧长度固定为10 ms，子帧长度为1 ms。那么不同子载波间隔配置下，无线帧的结构有哪 些不同呢？答案是每个子帧中包含的时隙数不同。在正常CP情况下，每个时隙包含的符号数相同， 且都为14个。下面根据每种子载波的间隔配置，来看一下5G NR的帧结构。