5G无线技术基础自学系列 | μ参数

Posted 2022-11-23 COCOgsta

素材来源：《一本读懂5G技术》

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OFDM是一种正交频分复用技术。LTE和R15的5G NR都使用OFDM技术。子载波之间的频率间隔Δf为OFDM符号（Symbol）周期T的倒数，每个子载波的频谱以子载波频率间隔为周期反复地出现零值，这个零值正好落在了其他子载波的峰值频率处，所以对其他子载波的影响为零，如图10-2所示。经过基带多个频点的子载波调制的多路信号，在频域中，是频谱相互交叠的子载波。由于这些子载波相互正交，原则上彼此携带的信息互不影响。

图10-2 经过OFDM调制后的信号频谱

从时域的角度看，每个OFDM符号之间要使用的保护时间间隔是CP（Cyclic Prefix，循环前缀）。所谓CP，就是将每个OFDM符号的尾部一段复制到符号之前，如图10-3所示。加入CP，比起纯粹的加空闲保护时段来说，增加了冗余符号信息，更有利于消除多径传播造成的ICI（Inter-Channel Interference）干扰。加入CP如同给OFDM加一个防护外衣，携带有用信息的OFDM符号在CP的保护下，不易丢失或损坏。

图10-3 OFDM符号加入CP

NR空口沿用OFDM技术，不同于LTE，NR的OFDM子载波间隔Δf支持多种配置集（Numerologies）。配置集的调节参数为μ，如同空口资源的调节阀，μ可以确定空口的时频资源的配置。

OFDM系统的子载波的间隔Δf是影响OFDM性能的很重要的参数。Δf不能设计过小，过小的话，对抗多普勒频移的影响能力下降，无法支撑高速移动的无线通信；当然，Δf不能设计过大，Δf过大的话，OFDM符号周期T就会过小，于是为克服子载波间的干扰，加入CP的开销相对于有用符号来说就会过大，使传送效率受到影响。

10.1.1 μ与频域

LTE的常规符号的子载波间隔Δf为15kHz，5G NR的子载波间隔Δf和配置集的调节参数μ的关系如图10-4所示。

图10-4 5G NR的子载波间隔Δf和μ

μ取0、1、2、3、4不同的值，对应的子载波间隔Δf分别为15kHz、30kHz、60kHz、120kHz、240kHz。如表10-2所示。

表10-2 μ参数和Δf、CP的关系

5G NR使用不同的频率，支持的子载波间隔Δf不同。

1）1GHz频率以下的Δf:15kHz, 30kHz。

2）1～6GHz频率的Δf:15kHz, 30kHz, 60kHz。

3）24～52.6GHz的Δf:60kHz,120kHz。

4）R15版本数据业务没有定义240kHz的Δf。

不同的子载波间隔Δf对覆盖性能、移动性、时延的影响也是不同的，如图10-5所示。15kHz的子载波，覆盖性能较好，但由于子载波间隔太小，对抗多普勒频移能力较差，移动性较差，时延也较大。而对于120kHz的子载波间隔来说，移动性的支持能力就比较好、时延也可以很低，但覆盖性能较差。高频段存在相位噪声，120kHz的子载波间隔也能很好应对。所以在3.5GHz的频率处，常使用的子载波间隔为：15kHz、30kHz、60kHz；在28GHz的频率处，常使用的子载波间隔为：60kHz、120kHz。240kHz的子载波间隔还没有在eMBB场景中定义，但在低时延场景可以考虑使用。

图10-5 Δf和系统性能的关系

10.1.2 μ与时域

从表10-2中可以看到，有两种不同规格的CP：常规CP和扩展CP。在需要多小区协作的场景，使用扩展CP，可以避免不同位置的基站多径时延的不同。但是大多数场景，需要使用常规CP。

只有在μ=2的时候，Δf=60kHz的时候才支持扩展CP。5G帧和子帧的时间长度和LTE的保持一致，帧的时间长度是10ms，子帧的时间长度为1ms，1帧共有10个子帧。5G NR和LTE不同，不以子帧（Subframe）为单位调度，以时隙为单位进行调度。为了应对不同的业务时延要求，5G NR支持灵活的时隙长度。通过μ参数的改变可以改变时隙（Slot）长度。μ与每子帧时隙数（N）的关系如图10-6所示。在常规CP下，不管μ是多少，每个时隙的符号数都是14，固定不变；但每个子帧的时隙数（N）依据参数μ变化，如表10-3所示。对于扩展CP，每个时隙的符号数是12，固定不变，μ只能是2，每个子帧有4个时隙，那么，每帧有40个时隙，如表10-4所示。

图10-6 μ与每子帧时隙数的关系

表10-3 常规CP下参数μ与符号数、时隙数的关系

表10-4 扩展CP下参数μ与符号数、时隙数的关系

我们知道，帧和子帧的时间长度是固定的，Tframe=10ms，Tsubframe=1ms，那么一个时隙的时间长度可以用图10-7来表示。

图10-7 时隙长度计算

随着μ参数的增加，每个子帧的时隙数也会增加，那么每个时隙的时长会减少，比如μ=0时，1个1ms的子帧1个时隙，则Tslot=1ms；μ=1时，1个1ms的子帧有2个时隙，则Tslot=0.5ms；以此类推，当μ=4时，1个1ms的子帧有16个时隙，则Tslot=0.0625ms，即62.5μs。根据不同的子载波带宽间隔SCS的配置，Tslot的范围可从1ms（SCS=15kHz）到62.5μs（SCS=240kHz）。

 

μ参数取值不同，对应的子载波间隔Δf和时隙长度Tslot所形成的图形如图10-8所示。子载波间隔越大，时隙长度越小，但是子载波间隔Δf和时隙长度Tslot的乘积为恒定值15（kHz×1ms/slot），如图10-9所示。

图10-8 μ与子载波间隔和时隙长度的关系

图10-9 子载波间隔Δf和时隙长度Tslot的乘积为恒定值

10.1.3 5G空口资源框架

μ参数取值不同，对应着不同的空口时间和频率资源。空口时频资源和天线空间资源一起构成了5G的空口可调度资源，如图10-10所示。以μ参数为代表的参数集或系统参数实现了空口资源的配置和映射。

下面我们分别介绍时间、频率和空间这三类资源。

图10-10 5G NR空口资源框架