5G NR物理层关键技术：从LTE到5G的演进

本文主要探讨了3GPP 5G NR（第五代移动通信技术）的物理层关键技术，包括波形选择、帧结构、参数集的可扩展性以及与4G LTE的比较，旨在满足eMBB、uRLLC和mMTC三大应用场景的需求。 在5G NR中，波形选择至关重要，最终确定使用正交频分复用（OFDM）和循环前缀（CP）作为基础，这对下行和上行传输都是适用的。OFDM与多输入多输出（MIMO）技术的结合，使得大带宽系统可以实现低复杂度和低成本的通信。此外，为了提升上行链路的覆盖范围，NR还支持使用离散傅立叶变换扩展的OFDM（DFT-S-OFDM）。 5G NR支持两种频率范围（FR）：FR1涵盖了450 MHz至6 GHz，通常称为Sub-6 GHz，最大带宽可达100 MHz；而FR2则位于24.25 GHz至52.6 GHz之间，即毫米波频段，最大带宽可达400 MHz。为了在如此广阔的频谱范围内支持NR部署，引入了可扩展的参数集（Numerologies）。这些参数集的子载波间隔从LTE的15 kHz扩展到2μ×15 kHz，μ值可取0, 1, ..., 4，同时，CP长度也相应缩小。μ的选择取决于多种因素，如网络部署类型、载波频率、业务需求（时延、可靠性、吞吐量）、硬件性能（如振荡器相位噪声）和移动性等。 5G NR的帧结构设计也相当灵活，以适应不同的服务需求。例如，通过调整μ值，可以优化时延、可靠性和吞吐量，同时考虑到硬件限制和实施复杂度。这种灵活性是5G NR能够满足eMBB（增强型移动宽带）的大容量需求、uRLLC（超可靠低时延通信）的严格时延要求以及mMTC（海量机器通信）的大量连接需求的关键。 与4G LTE相比，5G NR在物理层进行了重大改进，包括更精细的资源分配、更低的传输延迟以及更大规模的MIMO应用。这些改进不仅提高了频谱效率，还显著降低了传输延迟，为未来的新应用和服务提供了基础。5G NR的标准制定持续发展，不断引入新的技术创新，以应对不断增长的通信挑战。 3GPP 5G NR的物理层关键技术主要包括灵活的波形选择、可扩展的参数集、优化的帧结构设计以及针对不同应用场景的定制化解决方案。这些技术的综合应用将推动5G通信技术在速度、可靠性和连接密度等方面实现重大突破。