提到5G，就能不說(shuō)NR。5G NR，也就是5G新空口技術(shù)。所謂空口，指的是移動(dòng)終端到基站之間的連接協(xié)議，是移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)中一個(gè)至關(guān)重要的標(biāo)準(zhǔn)。我們都知道3G時(shí)代的空口核心技術(shù)是CDMA，4G的空口核心技術(shù)是OFDM。5G時(shí)代的應(yīng)用將空前繁榮，不同應(yīng)用對(duì)空口技術(shù)要求也是復(fù)雜多樣的，因此最重要的當(dāng)然是靈活性和應(yīng)變能力，一個(gè)統(tǒng)一的空口必須能解決所有問(wèn)題，靈活適配各種業(yè)務(wù)。

增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（eMBB）旨在顯著改善移動(dòng)寬帶接入的數(shù)據(jù)速率、延遲、用戶密度、容量和覆蓋范圍，即使在智能高速公路等較為擁擠的環(huán)境中，也能夠?qū)崿F(xiàn)AR／VR應(yīng)用的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流傳輸。超可靠的低延遲通信（URLLC）使用戶和設(shè)備能夠以最低延遲與其他設(shè)備進(jìn)行雙向通信，同時(shí)保證高網(wǎng)絡(luò) 可用性。最后，大規(guī)模機(jī)器通信（mMTC）使得許多低成本、低功耗、長(zhǎng)壽命的設(shè)備可以支持嵌入式 高速傳感器、停車(chē)傳感器和智能電表等應(yīng)用。

物理層設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

在5G NR物理層中發(fā)揮決定性作用的關(guān)鍵特性包括：支持廣泛的工作頻段，以及這些工作頻段包含各種信道帶寬和多個(gè)部署選項(xiàng)；為應(yīng)用提供超低延遲服務(wù)，這需要關(guān)鍵性傳輸具有短子幀和抗短突發(fā)干擾功能；動(dòng)態(tài)共享頻譜以提供上行鏈路（UL）、下行鏈路（DL）、側(cè)鏈路（Side Link）和回程鏈路；實(shí)現(xiàn)多天線技術(shù)（多輸入、多輸出或MIMO），以提高頻譜效率；保持緊密的時(shí)間操作和更高效的頻率使用，以實(shí)現(xiàn)更好的時(shí)分雙工（TDD）和頻分雙工（FDD）部署；要求DL和UL對(duì)稱(chēng)，使得小型低成本的基站能夠在毫米波頻率下運(yùn)行。

目前，業(yè)內(nèi)研究人員正在積極致力于解決實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的5G網(wǎng)絡(luò)所面臨的挑戰(zhàn)。

用于5G NR的波形

NR是個(gè)復(fù)雜的話題，因?yàn)樗婕耙环N基于正交頻分復(fù)用（OFDM）的新無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)。OFDM指的是一種“數(shù)字多載波調(diào)制方法”。隨著3GPP采用這一標(biāo)準(zhǔn)之后，NR這一術(shù)語(yǔ)被沿用下來(lái)，正如用LTE（長(zhǎng)期演進(jìn)）描述4G無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)一樣。

5G無(wú)線電接入架構(gòu)由LTE Evolution和New Radio Access Technology（新無(wú)線電接入技術(shù)，NR）組成，NR工作在1GHz到100GHz

OFDM指的是一種“數(shù)字多載波調(diào)制方法”，其中“使用大量間隔緊密的正交子載波信號(hào)在幾個(gè)并行數(shù)據(jù)流或信道上傳輸數(shù)據(jù)”。NR需要使用LTE以外的新無(wú)線電接入技術(shù)（RAT，Radio Access Technology）——它必須足夠靈活，以支持從小于6GHz到高達(dá)100GHz的毫米波（mmWave）頻段的更寬范圍的頻帶。

CP－OFDM：下行鏈路和上行鏈路

最近，研究人員一直在研究多種不同的多載波波形，并提出5G無(wú)線電接入方案。然而，由于正交頻分復(fù)用（OFDM）方案非常適用于TDD操作和時(shí)延敏感的應(yīng)用，加上該方案能夠有效地處理大帶寬 的信號(hào)，在商業(yè)應(yīng)用上已有諸多成功案例，所以循環(huán)前綴（CP）OFDM成為首選為NR。 CP－OFDM的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)使其非常適合用于實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)：高頻譜效率、MIMO兼容、相位噪聲抑制、收發(fā)器的簡(jiǎn)易性、定時(shí)誤差和符號(hào)間干擾電阻。

DFT－S－OFDM：更高效率的上行鏈路

OFDM波形的主要缺點(diǎn)之一是峰值平均功率比（PAPR）較高，這會(huì)降低發(fā)射機(jī)上RF輸出功率放大器的效率，無(wú)法最大程度地降低高階非線性效應(yīng)。對(duì)于智能手機(jī)等UE來(lái)說(shuō)，最重要的兩點(diǎn)是維持 電池壽命和降低能耗。在移動(dòng)設(shè)備中，射頻功率放大器負(fù)責(zé)將信號(hào)傳輸?shù)交荆蚨撈骷?的功率最大，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員需要一種波形類(lèi)型，既可讓放大器高效運(yùn)行，同時(shí)又能夠滿足5G 應(yīng)用的頻譜需求。

而據(jù)華為研究人士表示，選擇基于循環(huán)前綴的OFDM（CP－OFDM）波形可以實(shí)現(xiàn)比LTE更好的頻譜約束（濾波或加窗）。下行鏈路（DL）和上行鏈路（UL）具有對(duì)稱(chēng)波形，并且對(duì)于UL具有互補(bǔ)DFT－OFDM，僅有一個(gè)數(shù)據(jù)流。

比較OFDM與目前的LTE，發(fā)現(xiàn)OFDM中具有更好的可擴(kuò)展性可以實(shí)現(xiàn)低得多的延遲——其往返時(shí)間（RTT）比當(dāng)今的LTE低一個(gè)數(shù)量級(jí)。OFDM具有自包含的TDD子幀設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)更快更靈活的TDD切換和換向，同時(shí)支持新的部署場(chǎng)景。

對(duì)TDD切換和換向來(lái)說(shuō)，OFDM的自包含TDD子幀設(shè)計(jì)比LTE的8個(gè)HARQ接口更快、更靈活

NR參考信號(hào)

為了提高協(xié)議效率，以及維持時(shí)隙或波束內(nèi)的傳輸而不必依賴(lài)于其他時(shí)隙和波束，NR引入了以下四個(gè)主要參考信號(hào)，如解調(diào)參考信號(hào)（DMRS）、相位跟蹤參考信號(hào)（PTRS）、探測(cè)參考信號(hào)（SRS） 、信道狀態(tài)信息參考信號(hào)（CSI－RS）。與LTE標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)不斷交換參考信號(hào)來(lái)管理鏈路不同的是，NR發(fā)射機(jī)僅在必要時(shí)才發(fā)送這些參考信號(hào)。

MIMO

為了更高效地使用頻譜并為更多用戶提供服務(wù)，NR計(jì)劃充分利用MU－MIMO技術(shù)。 MU－MIMO利用 多個(gè)用戶之間不相關(guān)的分散空間位置來(lái)為MIMO增加多址（多用戶）能力。在這種配置中，gNB將 CSI－RS發(fā)送給覆蓋區(qū)域中的UE，并且基于每個(gè)UE設(shè)備的SRS響應(yīng)，gNB會(huì)計(jì)算每個(gè)接收機(jī)的空間 位置。前往每個(gè)接收機(jī)的數(shù)據(jù)流會(huì)經(jīng)過(guò)預(yù)編碼的矩陣（W－Matrix），矩陣將數(shù)據(jù)符號(hào)組合成信號(hào)， 流向gNB天線陣列中每個(gè)元件。

多個(gè)數(shù)據(jù)流擁有各自獨(dú)立且適當(dāng)?shù)臋?quán)重，這些權(quán)重使每個(gè)數(shù)據(jù)流產(chǎn)生不同的相位偏移，使得波形之間相長(zhǎng)干涉，并且同相到達(dá)接收機(jī)處。這將每個(gè)用戶位置處的信號(hào)強(qiáng)度最大化，同時(shí)最大限度 減小其他接收機(jī)的方向上的信號(hào)強(qiáng)度（零值）。