5G NR物理层概念总结

5G引入了参数集的概念，针对不同环境选择不同的参数集大大增加了通信的灵活性。

子载波：不同参数集下，子载波间隔的变化，在上一篇中做了比较详细的介绍。

Numerology这个概念可翻译为参数集，大概意思指一套参数，包括子载波间隔，符号长度，CP长度等等。 5G的一大新特点是多个参数集（Numerology），其可混合和同时使用。Numerology由子载波间隔（subcarrier spacing）和循环前缀（cyclic prefix）定义。 在LTE/LTE-A中，子载波间隔是固定的15kHz，5G NR定义的最基本的子载波间隔也是15kHz，但可灵活可扩展。 所谓可灵活扩展，即NR的子载波间隔设为15*(2^m) kHz，m ∈ {-2, 0, 1, …, 5}，也就是说子载波间隔可以设为3.75kHz、7.5kHz、15kHz、30kHz、60kHz、120kHz…（如下表）：

对于5G帧结构，由固定结构和灵活结构两部分组成。

如上图，与LTE相同，无线帧和子帧的长度固定，从而允许更好的保持LTE与NR间共存。这样的固定结构，利于LTE和NR共同部署模式下时隙与帧结构同步，简化小区搜索和频率测量。 不同的是，5G NR定义了灵活的子构架，时隙和字符长度可根据子载波间隔灵活定义。

5G定义了一种子时隙构架，叫Mini-Slot。Mini-slots主要用于超高可靠低时延（URLLC）应用场景。 如上图（红色方框），Mini-Slot由两个或多个符号组成（待进一步研究），第一个符号包含控制信息。对于低时延的HARQ可配置于Mini-Slot上，Mini-Slot也可用于快速灵活的服务调度，估计仅一些5G 终端支持Mini-Slot。

为了连接网络，5G UE需执行初始小区搜索，其主要目的： •寻找信号最强的小区来连接 •获取系统帧timing，即帧的起始位置 •确定小区的PCI •解调参考信号 为了支持小区搜索，需用到PSS（Primary Synchronization Signal，主同步信号）和SSS（Secondary Synchronization Signal，辅同步信号）。 PSS和SSS在同步信号块（Synchronisation Signal Block）里传输，与PBCH（物理广播信道）一起，配置于固定的时隙位置，如下图： 在初始小区搜索期间，UE通过匹配滤波器对接收信号和同步信号序列进行相关，并执行以下步骤： 1）发现主同步序列，获得符号和5ms帧timing。 2）发现辅同步序列，检测CP长度和FDD / TDD双工模式，并从匹配滤波器结果中获得准确的帧timing，从参考信号序列索引获取CI。 3）解码PBCH并获得基本的系统信息。 为了支持波束扫描，同步信号块被组织成一系列脉冲串（burst），并周期性发送。

PBCH向UE提供基本的系统信息，任何UE必须解码PBCH上的信息后才能接入小区。 例如，PBCH提供的信息包括（待进一步讨论）： •下行系统带宽 •无线电帧内的定时信息 •同步信号脉冲发送的周期性 •系统帧号 •其他较高层信息（待进一步讨论） 其他广播信息被映射到共享信道上。

目前，3GPP正在讨论同步信号和PBCH如何映射到物理资源。一种可能的映射如下图：

PSS/SSS/PBCH只有4个符号，这样可确保快速的获得时间。 PSS/SSS的保护带确保减少干扰。 所有5G UE都必须支持24个PRB的带宽。 同步信号块带宽取决于子载波间隔，如下图所示：

系统信息获取采用分级的方式。 基本小区配置信息由PBCH提供，共享信道进一步提供更多的系统信息。完整的信息可以通过以下步骤获得：

1）UE读取提供基本小区配置的PBCH，并找到下行控制信道（其调度共享信道）。 2）UE读取为所有其他系统信息块提供调度信息的最小系统信息。 3）UE读取其他所需的系统信息。 4）UE请求系统信息，例如，仅与特定UE相关的系统信息。

参考：3GPP TS 38.201, TS 38.202, TS 38.211, TS 38.212, TS 38.213, TS 38.214, TS 38.215

帧（Frame）的时间仍然是10ms，分为10个子帧（Subframe），编号为#0~#9，每个子帧时间为1ms，一个时隙所包含的OFDM符号数为14个（normal cp），每一帧又可以分为两个半帧（half-frame），编号为#0和#1，#0半帧包括子帧#0#4，#1半帧包括子帧#5#9，其中符号、时隙、子帧、帧的关系如下所示：

第一个表格和第二个表格分别对应正常型CP和扩展型CP情况下的各参数关系，第1列表示不同的参数集标号，第4列表示不同参数集下每个子帧包含的时隙数，第3列表示一帧所包含的时隙数，第2列表示每个时隙中的符号个数。可以看出每个slot包含的符号数不变，但是一个子帧包含的slot发生了变化，也就是不同的参数集下，符号长度发生变化，导致可以容纳的时隙数目发生变化。可以大致看出协议的思路是想让slot作为基本的处理单元，来适应不同的场景。

其中D表示下行链路，UL表示上行链路，X表示可灵活配置（flexible），可以看出5G的时隙格式具有更好的灵活性，例如在上行链路传输繁忙时采取格式10的全上行配置。在上下行配置上，5G相比4G有了很大的宝不同。4G中，上下行的设置，是以子帧作为单位的，包括上行子帧、下行子帧和特殊子帧。但是5G中，上下行的配置，变为了以符号作为单位，上下行的转换间隔大大的缩短了。5G空口资源的处理，是更多的以符号作为单位还是以slot作为单位还需要进一步确认。

50M带宽下，子载波间隔15kHz时，最大RB数目275个，跟LTE中20M带宽100个RB一样，每个RB的子载波个数为12个。子载波间隔30kHz时，最大带宽100M，对应最大RB数目275个，每个RB的子载波个数依然是12个，不过是每个RB的实际带宽扩大了一倍。由此可见，不同的参数配置下，变化的是子载波的间隔，每个RB占用的子载波个数不变。