5G技术与标准介绍----第4部分：5G新空口之物理层技术-20171114

5G新空口物理层技术系统设计理念NR物理层设计12物理层技术设计物理层设计远景：统一灵活的空口系统帧结构带宽系统参数资源复用传输/调制/编码……灵活配置应用场景、频段、业务类型、信道变化、终端能力…敏捷性与高效性统一空口框架参数优化配置通过灵活可配置的帧结构和系统参数、灵活双工、多址、多天线等关键技术，满足5G多场景和多样化的业务需求，提升用户体验、提升运营商竞争力3物理层技术设计：场景、需求与方向低时延高速率广覆盖高移动速度大连接场景需求方向•帧结构：自包含短子帧•Mini-slot调度•uRLLC与eMBB资源复用•免调度传输•MassiveMIMO•大带宽设计•超密集组网•半静态上下行时隙对比•下行控制信道波束赋型•上行控制信道覆盖增强•上行波形DFT-S-OFDM和OFDM灵活可配•系统参数设计•参考信号设计•信道反馈增强•非正交多址4设计目标思路：主要的针对性考虑更广覆盖更灵活部署更高效传输更高移动速度更大带宽链路预算、初始接入、同步/广播信道覆盖增强、PDCCH/PUCCH覆盖增强、PUSCH覆盖增强、干扰控制灵活帧结构（半静态帧结构）、灵活的资源复用（eMBB与URLLC复用)、灵活的带宽、灵活的系统参数DMRS增强、参考信号设计增强（SRS等）、CSI反馈增强、下行波束管理等帧结构相关设计、PRACHFormat设计、DMRS、TRS设计、传输模式设计等高频的系统设计、相位噪声、多用户MIMO、信道建模、高低频协作、高频回传等5系统设计理念NR物理层设计12物理层技术设计帧结构12工作带宽系统参数34资源复用5物理层技术设计大阵列天线（MassiveMIMO）6高速移动技术7高频段大带宽技术8覆盖增强技术7•定时单位：无线帧：10ms；子帧：1ms；•调度单位：•Slot：14符号；•根据子载波间隔的变化，1个子帧中的slot个数进行相应调整，如下表所示；•Mini-slot：1~（Slot长度-1）个符号；•支持多Slot调度；支持跨slot调度；•支持纯下行、纯上行、上行+下行混合的Slot结构NR帧结构基本构成单元15kHz30kHz60kHz120kHz240kHz480kHzSCS8NR帧结构自包含slot，实现快速ACK/NACK和调度A/N下行分配下行数据GP上行确认上行数据GP快速调度快速确认•自包含slot设计，降低业务传输时延，适用于TDD系统通过Mini-Slot，实现更小调度粒度•MiniSlot设计，更细时间调度粒度，实现快速传输低时延调度单元减少调度符号数目低时延调度单元半静态配置的子帧，实现宏站部署DLDLDLUL#8#9#0#1#2DLDLDLUL#3#4#5#6#7DLGPULLTETDDConfig.2NRDLDL/Blank/GPDL/Blank/GPGPUL#0#1#2#3#4DLDL/Blank/GPDL/Blank/GPGPUL#5#6#7#8#9FrameSubframePeriodicityDLGPULNR帧结构配置相比LTE更加灵活：支持半静态TDD帧结构配置、动态TDD以及动态与半静态混合的TDD帧结构；支持Self-contained帧结构方式不同帧结构可基于不同业务、场景和运营商需求，通过不同的参数配置灵活调整来实现。9帧结构12工作带宽系统参数34资源复用5物理层技术设计大阵列天线（MassiveMIMO）6高速移动技术7高频段大带宽技术8覆盖增强技术135G中不同UE能力举例工作带宽带宽自适应的目的支持低带宽能力UE能够在大系统带宽小区中工作使用户端以低功耗监听或发送控制信道(例如在低数据周期)，而能够在数据高发周期以大带宽接收或发送。适配不同的numerologyNRCC1SystemBWUE-specificCC1UE-specificCC1UE-specificCC2UE1UE2UE3UE-specificCC1BandwidthPartUERFBWUE4•UE1：窄带UE，仅可用一个NR载波的部分带宽•UE2:宽带UE,可用整个系统带宽•UE3:具有载波聚合能力的UE,可用部分或全系统带宽，但带宽使用的灵活度较低•UE4:具有带宽自适应能力的UE，可以仅检测和使用比其射频能力小的带宽，可支持带宽灵活可变(BP可变)NR带宽相关的参数最大NR载波带宽：400MHz；对于单一numerology的情况，最大的子载波数：3300或者6600CA/DC最大聚合的载波数：16RAN2可以考虑聚合载波数为32上下行的聚合载波数独立14•Others•SupportingFDMofdifferentnumerologies•SupportingreducedUEBWcapabilityBWPOverallcarrierNR中引入BWP(Bandwidthpart)，使带宽灵活可变，BWP的可能usecase有：•UE可用带宽比载波带宽小：支持窄带宽能力UEor节省UE功耗•灵活的资源分配：在不同的BP上支持不同numerology的资源分配，如eMBB和URLLC需要配置不同的numerology等•SupportingreducedUEenergyconsumptionbymeanofbandwidthadaptationBWP2OverallcarrierBWP1BWP1(numerology1)OverallcarrierBWP2(numerology2)BWP1OverallcarrierBWP2SomethingcompletelyunknownOverallcarrierBWPSomethingnewandnotyetdefined灵活带宽-BWP机制15UE能力小于NR载波带宽时，频域资源分配分为两步第一步：指示BWP第二步：指示BWP内部的PRB对于DFT-s-OFDM，分配的RB数目N=2i3j5k.对于PUSCH/PDSCH，RBG大小和数目与分配给UE的BWP有关：Opt1：半静态配置bitmap大小Opt2:半静态配置RBG大小Opt3:根据DCIformat/DCIformatsizeOpt4:根据传输时间长度Opt5:RBG大小取决于BWP大小灵活带宽-BWP配置RAtypeDLPDSCHLTEDLRAType2LTEDLRAtype0ULPUSCHwithCP-OFDMLTEULRAType0LTEDLRAtype0PUSCHwithDFT-s-OFDMLTEULRAType016帧结构12工作带宽系统参数34资源复用5物理层技术设计大阵列天线（MassiveMIMO）6高速移动技术7高频段大带宽技术8覆盖增强技术17系统参数系统参数标准化进展子载波间隔（subcarrierspacing/SCS)NR支持的子载波间隔包括15kHz、30kHz、60kHz、120kHz和240kHzCPNormalCP：NR的NormalCP随着子载波间隔的大小等比例缩放，不同子载波间隔的符号边界对齐对于任一种子载波间隔，均为每0.5ms的第一个符号CP长度较长，其他符号CP长度相同ExtendedCPNR在R15版本至少在60kHz支持ECP，每个符号的ECP长度相同UL和DL可以分别配置不同的CP类型18系统参数5G主要低频部署频段是3.5GHz，拥有100MHz的潜在带宽，可以采用单载波独立工作和载波聚合方式实现。考虑到载波聚合的控制信道开销较大，同时设计较为复杂，倾向于支持单载波100MHz带宽设计RAN4规定了在不同频段下的不同子载波间隔支持的最大单载波带宽频率范围子载波间隔(kHz)最小载波带宽(MHz)最大载波带宽(MHz)低于6GHz1555030Option1:5MHzOption2:10MHz10060Option1:10MHzOption2:20MHz100高于6GHz60502001205040019•不同载波带宽的实现参数对比LTE-20MHzNR-100MHzNR-100MHz子载波间隔（KHz）153060系统带宽（MHz）20100100FFTsize204840962048有效子载波数120030001500OFDM符号时长（us）66.6733.416.67NCP长度（us）5.1,4.72.86,2.341.69,1.17CP开销（%）6.676.676.67ECP长度（us）16.688.344.17CP开销（%）202020•系统参数选择需要考虑不同的适用场景•SCS•较大的SCS可以适用于大带宽场景•较大的SCS可以对抗更大的多普勒频移，适用于高速移动场景•较大的SCS符号长度较短，适用于低时延场景•CP•NCP的开销较小•ECP长度较大，可以对抗更大的多径时延系统参数20帧结构12工作带宽系统参数34资源复用5物理层技术设计大阵列天线（MassiveMIMO）6高速移动技术7高频段大带宽技术8覆盖增强技术21资源复用NR支持eMBB和uRLLC业务共存低时延•0.5msforUL/DL高可靠•1ms单向时延下99.999%可靠性业务特点不确定•突发性v.s.周期性•大包v.s.小包uRLLCURLLCeMBB频率LTE时间URLLC业务特点不确定，且需要保证低时延FDM预留资源方式，资源利用率低无标准化影响eMBBURLLC时间频率NRURLLCURLLC与eMBB资源灵活复用，提高资源利用率URLLC占用eMBB资源，eMBB解调性能下降22灵活资源复用灵活资源复用下行eMBB与uRLLC业务灵活复用更细资源调度粒度，uRLLC业务以mini-slot为单位抢占eMBB资源抢占指示Preemptionindication下发，以提高eMBB解调性能CBG-based重传，提高eMBB解调性能上行多uRLLC用户之间灵活复用Grant-based传输增强，为适应不同业务特点的SR增强Grant-free传输，极大减少了上行调度时延23下行资源灵活复用•支持以Mini-slot为单元的抢占eMBBuRLLC•支持CBG-based重传（根据传错与抢占产生不同的用户行为）•对于下行基于CBG的重传，以下信息可以包含在一个相同的DCI中•传输/重传哪些CBG•哪些CBG在HARQ软合并操作中的处理不同，对于用户行为（比如缓存中的部分或全部指示的CBG被打孔等）如何标准化有待继续讨论•对于基于CBG重传的timing也需要再讨论24上行资源灵活复用Grant-freeTransmission：[TR38.802]URLLC业务支持上行免调度传输（Grant-freetransmission），多用户之间可共享或独占资源。Grant-freetransmissiontype：Grant-freetransmissionConfiguration：•Grant-free传输有两种类型–类型1：上行免调度传输完全依赖于RRC信令配置实现–类型2：上行免调度传输基于RRC信令和层一信令共同实现，RRC信令进行高层配置，层一信令进行激活/去激活•Note:更新功能通过层一信令的激活来实现[TR38.802]对于上行免调度传输，配置信息至少包括时频资源信息、调制编码方案，参考信号等，有可能包括RV版等HARQ相关参数。25帧结构12工作带宽系统参数34资源复用5物理层技术设计大阵列天线（MassiveMIMO）6高速移动技术7高频段大带宽技术8覆盖增强技术26图1：基于实现的3D-MIMO工作流程（R9~R12）低频全数字massiveMIMO的工作流程（1/3）SRS配置信息SRSCSI (PMI/RI/CQI)beamformed CSI-RS PDSCHBS UE 计算波束赋形矩阵图2：基于BFCSI-RS的3D-MIMO工作流程（R13/R14/R15）27图1：基于NPCSI-RS的3D-MIMO工作流程（R13/R14/R15）CSI (PMI/RI/CQI)non-precoded CSI-RS PDSC