《5G NR标准：下一代无线通信技术》读书笔记——NR概述

二.NR概述

1.与LTE相比，NR好处

1.设计原则（设计要求）

1. 利用更高频率的频段作为额外的频谱，以支持超宽的传输带宽和高数据速率
2. 极简（ultra-lean）设计，改进网络能效，减少干扰
3. 向前兼容，为未来未知的用例和技术做好准备

2.低延迟，以提高性能并支持新的用例
3.以波束为中心的设计，波束赋形和大规模天线，不仅用于数据传输，还用于控制平面的流程，如初始接入

2.高频操作和频谱灵活性

1.1GHz到52.6GHz之间的授权频谱和非授权频谱也在计划
2.更高的频率–更严重信道衰减–限制覆盖范围
3.5G时代，低频带仍然是重要组成部分，较低和较高频谱（如2GHz和28GHz）联合操作可以带来实质利好
4.高频段另一挑战，监管。以6GHz为分界，低于6GHz采用SAR限制，高于采用类似EIRP限制

3.极简设计

1.网络节点总要承载一定的传输量。“常开”（always-on）信号

1. 检测基站信号
2. 系统信息的广播信号
3. 信道估计的常开参考信号

2.常开信号负面影响

1. 抬高了网络能耗的基线
2. 对其他小区干扰，降低实际数据速率

3.极简设计可以最大限度减少常开信号的传输

4.向前兼容

1.NR标准定的一个重要目标是无线接口设计的高度向前兼容性
2.向前兼容性是指无线接口的设计为未来演进留出足够的空间，能够支持未来具有新需求和新特性的服务，且能同一载波上支持传统终端
3.相关设计原则

1. 在对向后兼容不影响的前提下，最大化时频域资源
2. 减少常开信号发送
3. 物理层相关信号和信道放置在可配置、分配的时域资源内

4.尽量避免在固定的时频域资源上传送，保持灵活性
5.NR还可以配置预留资源。即某些时频域资源配置为不用于任何传输，用于对未来无线接口的扩展

5.传输方案/部分带宽和帧结构

1.采用非DFT预编码的OFDM作为上行链路方案
2.NR希望上行和下行链路使用相同传输方案
3.DFT预编码可作为上行链路补充方案

1. 可通过减少立方度量（cubic metric）来提高终端侧功率放大器效率
2. 立方度量，用来测量某个信号波形所需额外功率回退的指标

4.NR支持灵活的OFDM参数集，子载波间隔范围从15-240kHz

1. 小的子载波间隔有开销提供相对较长的循环前缀优点
2. 更大的子载波间隔适合处理高频下增大的相位噪声

5.NR最大总带宽为400MHz，最多可使用子载波间隔达3300个

1. 频率范围1，FR1，0.45-6GHz，子载波间隔15/30/60kHz，最大带宽50/100/200MHz
2. 频率范围2，FR2，24.25-52.6GHz，子载波间隔60/120kHz，最大带宽200/400MHz

6.NR允许终端侧采用接收机带宽自适应以降低终端能耗，使用相对窄带宽来监听控制信道和接收中等速率数据，仅支持高数据速率使才动态打开带宽接收机
7.部分带宽，用于指示当下终端假定的接收某个参数集的传输带宽，如果终端同时接收到多个带宽，原则上可以在单个载波上混合用于该终端的不同参数集的传输
8.10ms无线帧，分为10个1ms子帧，子帧被划分为时隙

1. 15kHz，1个时隙14个OFDM符号，1ms
2. 30kHz，1个时隙14个OFDM符号，0.5ms
3. 60kHz，1个时隙14个OFDM符号，0.25ms

9.NR通过允许在部分时隙（“微时隙”传输）上传输来更有效支持低时延要求，此传输还可抢占另一个正在传输的终端，以便允许低时延要求的即使传送

6.双工方式

1.较低频段，频谱分配通常是成对的，即FDD；在较高频段，频谱分配多是非对称频谱，TDD
2.NR在对称和非对称频谱中使用同一个帧结构

1. 半双工，终端无法同时发送和接收，如TDD和半双工FDD
2. 全双工，同时发送和接收，如FDD

3.TDD在高频段特性导致不太适合用于广域覆盖较大小区，适用于在传输功率较低、天线安装低于屋顶局部部署
4.在小区较小、部署密集情况下，每小区业务变化很快，引入动态TDD
5.动态TDD，在上下行传输方向之间动态分配和重分配时域资源，是NR的关键技术构件。在业务快速变化，业务快速变化在密集部署、每小区用户数量相对较少场景中尤其明显
6.动态TDD基本原理，终端监听下行控制信令并遵循调度决策

7.低时延支持

1.“前置”的参考信号和控制信号，参考信号和携带调度信息的下行控制信令置于发送的起始位置，不使用跨OFDM符号的时域交织，终端可以立即开始处理接收数据而无须先缓存
2.在部分时隙（“微时隙”传输）进行发送
3.终端在接收到下行数据传输之后大约1个时隙的时间做HARQ确认相应
4.MAC和RLC协议，报头结构使能在不知道要传输的数据量情况下开始处理

8.调度和数据传输

1.由于频率选择性衰落、距离相关的路径损耗以及其他小区和终端的发射引起的随机干扰变化，导致瞬时信道条件大幅快速变化
2.信号相关调查，支持用户间动态共享时频资源，以利用上述变化
3.基站中的调度器基于从终端获得信道质量报告后进行调度决策
4.每个终端监听若干条物理下行控制信道（PDCCH），通常每时隙一次，需要低时延的业务可配置更密集监听，检测到有效PDCCH，终端服从调度，接收或发送称为传输块的数据单元
5.终端采用有增量冗余的混合自动重传（HARQ）向基站报告解码结果。NR支持更细粒度的重传，即码块组（CBG）的重传
6.码块组在处理抢占（preemption）时也有用，如：到第二台终端的紧急传送仅使用一到几个OFDM符号，仅会在个别OFDM符号上对第一台终端造成大的干扰。这时仅传输受干扰的CBG就好了，不必重传整个数据块

9.控制信道

1.NR操作需要一系列的，物理层控制信道在下行链路中传送调度决策，在上行链路中提供反馈信息
2.PDCCH与LTE差异

1. 主要是时频结构更加灵活，可以在1个或多个控制资源集（CORESET）中传输，不同与LTE使用全载波带宽，可以配置占用部分带宽
2. 对控制信道波束赋形的支持，每个控制信道有专用参考信号

3.PUCCH，根据信息量和传输持续时间不同，有不同PUCCH格式

1. 短PUCCH在时隙最后一个或两个符号中发送，并可以非常迅速HARQ确认反馈，实现自包含时隙，从数据传输结束到终端接收确认时延是1个OFDM符号
2. 自包含特性指解码一个时隙内的数据时，所有的辅助解码信息，比如参考信号（RS）和ACK消息，都能够在本时隙内找到，不需要依赖其它时隙；解码一个波束内的数据时，所有的辅助解码信息，比如参考信号（RS）和ACK消息，都能够在本波束内找到，不需要依赖其它波
3. 如果短PUCCH的持续时间太短以至于不能提供足够的覆盖，可采用更长的PUCCH持续时间

10.以波束为中心的设计和多天线传输

1.支持可接收和发送、方向可控、大量天线单元

1. 较高频段，主要用波束赋形扩展覆盖范围
2. 较低频段，可实现全维度MIMO，并通过空间隔离来规避干扰

2.NR信号和信道都支持波束赋形，支持模拟波束赋形、数字波束赋形、数字预编码
3.高频需要模拟波束赋形，其是数模转换之后赋形。模拟波束赋形限制：给定时刻接收或发射波束只能在一个方向上形成，需要波束扫描，即相同信号在多个OFDM符号中、不同发射波束中重复
4.当天线数量很大时，波束变得很窄而波束跟踪可能失败，终端可以触发波束恢复过程
5.一个小区可以有多个传输点，每个传输点有波束，可以在不同的传输点之间无缝切换
6.支持多用户MIMO，规定了12个正交的解调参考信号，而1个NR终端下行最多可以接入8个MIMO层，上行最多4层
7.NR准备支持分布式MIMO，即终端每时隙可以接收多个独立的物理数据共享信道，可以实现多个传输点到同一用户的同时数据传输

11.初始接入

1.过程

1. 终端找到要驻留小区
2. 接收必要的系统信息
3. 通过随机接入请求连接

2.基础结构类似LTE相应功能

1. 有一对下行链路信号，主同步信号（PSS）和辅同步信号（SSS），用于终端查找、同步、识别网络
2. 一个与PSS/SSS一起发送的下行链路物理广播信道（PBCH），PBCH携带最少的系统信息，包含指示其余广播系统信息在哪里传输的指示。NB中，PSS、SSS、PBCH统称为同步信号块（SSB）
3. 四阶段随机接入过程，一开始是在上行链路传送随机接入前导码

3.SSB每20ms发送一次
4.为了保持终端复杂度和总体搜索时间，NR支持用于SSB的稀疏频率栅格。与NR载波可能的位置相比，SSB潜在的频域位置可能更加稀疏，因此SSB通常不位于NR载波中心
5.稀疏的SSB栅格可以缩短小区初始搜索时间
6.下行SSB发送和上行随机接入的接收都支持网络侧波束扫描，可以改善覆盖范围

12.互通和LTE共存

1.通过互通，高频NR系统可以最为低频系统补充，低频系统可以是NR或LTE，NR可以与其中任何一个互通
2.互通可以在任一层级实现，NR内载波聚合、具有公共分组数据汇聚协议（PDCP）层的双连接及切换
3.两个共存场景

1. 下行和上行链路中都存在LTE/NR共存，与对称和非对称频谱都相关
2. 通常在较低频率对称频谱上行部分中，仅在上行有共存，NR下行传输在较高频率的NR专用频谱中。此NR支持的补充上行（SUL）场景试图解决上下行不平衡问题

未完待续