5G一些基本概念

本文力图把一些基本概念解释一下，参考了3GPP协议以及一些其他的资料。5G的很多概念跟LTE是可以相对应的，但是又产生了很多变化，不仅仅是范围方面的，含义很多也有些许变化。需要多多注意。

1. 频率范围¹

在NR中，3GPP(38.101)主要指定了两个频点范围。一个是我们通常称为Sub 6GHz，另一个是我们通常称为毫米波（Millimeter Wave）。对于不同的频点范围，系统的带宽和子载波间隔都所有不同。

Sub 6GHz称为FR1，毫米波称为FR2。FR1和FR2具体的频率范围如下表所示：

2. 频段

频段是根据频率范围划分的。可以看到，FR1中的一些频段，是跟LTE一样的，还有很多是不一样的。即有些频段同时支持4/5G，有些仅支持一种制式。

SDL只能用于下行传输
SUL只能用于上行传输

3. 频谱和带宽

上图描述了系统带宽的组成：

信道带宽 = 最大传输带宽 + 保护带宽×2 + 预留子载波

• 信道带宽：Channel BW，协议里面能常见的描述，如5MHz，100MHz；

• 最大传输带宽：Maximum transmission bandwidth，一般用RB数描述；

  最大传输带宽 = RB数 × 子载波数(固定为12) * 子载波带宽(SCS，可配)

• 保护带宽：guardbands，每个信道带宽两边各有一个，协议里面一般用KHz为单位；

先看协议上的几个表格，前两个是FR1的，后两个是FR2的：

在以FR1表中5MHz信道带宽、30KHz子载波间隔为例，一共包含最多11个RB。则这11个RB一共占用的带宽为：11个RB * 每个RB12个RE * 30KHz子载波间隔 + 一个保留RE（30KHz）= 3990KHz。剩余的为两个保护带 = 5000 - 3990 = 1010KHz，因此每个保护带最多505KHz。其他情况同理。

4. 各频段支持的带宽

在Sub 6GHz，系统最大的带宽为100MHz而在毫米波中最大的带宽为400MHz。

5. 频点 NR-ARFCN²

还是先看协议中的表格：

熟悉LTE频点计算的（不了解的可以参考此文），可以看到很有意思的几个不同：

• 5G的信道栅格大小是可以变的，FR1有100K 和 15K，FR2都是60K；
• 每个信道栅格对频点的步进不一定是1，比如n1频段，栅格是100K，频点步进是20（即每间隔100Hz，频点相差20）；

看第一张图，还有一个ΔF_Global，称为全局频率栅格间隔（granularity of the global frequency raster）。那全局频率栅格又是什么呢？

全局频率栅格：global frequency channel raster，定义了0 到 100 GHz 内的所有参考频率 F_REF。而参考频率主要是用来确定无线信道、SSB和其他资源的参考信号位置的。

参考频率和绝对频点号ARFCN是相对应的，计算公式如下：

F_REF = F_REF-Offs + ΔF_Global (N_REF – N_REF-Offs)

而实际中，每个5G频段规定的信道栅格并不一定就是全局信道栅格的大小，比如n1频段的信道栅格就是100k，因此n1频段的频点步进就是20。

因此说，信道栅格只是全局栅格的一个子集，而且信道栅格一定是全局栅格的整倍数。这时就把这个信道栅格记为 ΔF_Raster。

6. 全局同步信道 GSCN²

• ARFCN：Absolute Radio Frequency Channel Number
• GSCN：Global Synchronization Channel Number

GSCN（Global Synchronization Channel Number）用于标记SSB的信道号，每一个GSCN对应一个SSB的频域位置SS_REF，GSCN按照频域增序进行编号。

为啥有了频点ARFCN，还要定义一个GSCN？协议首先定义了同步栅格。

同步栅格：Synchronization raster，当UE接入系统时，如果没有显式的同步块（synchronization block）信号，就用同步栅格来指示同步块的频率位置。

其实上面说的很含糊，参考资料¹的一个推测是：

NSA场景下，UE可以从LTE获取NR的无线配置，所以不需要盲搜入网。在SA场景下UE只能盲搜。而ARFCN栅格定义的比较窄（比如n1频段是100K），盲搜太慢。所以定义GSCN，步进比较大，GSCN数少于ARFCN数，加快UE同步的速度。

全局同步栅格是定义在整个频域上的。SSB的频率位置记做SS_REF，并用GSCN来计数。计算关系见下表：

SS_REF与GSCN的关系，可以对应原来的频率F_REF和ARFCN的关系来理解。

同步栅格的RE的位置（SSB占20个RB，那就相当于SSB中间那个RE的频率位置）：

各频段GSCN范围：

7. 子载波

子载波间隔15KHz和30KHz只能用在Sub 6GHz，而120KHz子载波间隔只能用在毫米波中，60KHz子载波间隔可以同时在Sub 6GHz和毫米波中使用。

参考文献

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1. 5G/NR - FR/Operating Bandwidth http://www.sharetechnote.com/html/5G/5G_FR_Bandwidth.html#Operating_Band ↩︎ ↩︎

2. 3gpp 38.101 http://www.3gpp.org/ftp/Specs/2018-09/Rel-15/38_series/ ↩︎ ↩︎