5G NR的Numerology中的子载波间隔讨论和形成过程

标签:5GNR3GPP
分享到:

1.   TR38.802中Numerology的定义
 
关于5G新空口的Numerology,在R14的TR38.802 (V14.0.0 (2017-03))中进行了定义。
 
第5.3节” Numerologies and frame structure”中提到以下几点:
 
”支持多种Numerologies,Numerology采用子载波间隔和CP开销来定义。
 
多种子载波间隔是由基本的子载波间隔采用整数N等比例扩展而成的(A numerology is defined by sub-carrier spacing and CP overhead. Multiple subcarrier spacings can be derived by scaling a basic subcarrier spacing by aninteger N)。
 
虽然假定在较高的载波频率下不使用较小的子载波间隔,但是所使用的Numerology可以独立于频段进行选择。
 
可扩展子载波间隔至少从15KHz到480KHz(Scalable numerology should allow at least from 15kHz to 480kHz subcarrier spacing.)。
 
子帧长度固定为1ms,帧长度为10ms。不管CP开销如何,采用15KHz及以上的子载波间隔的numerololgy,在每1ms的符号边界处对齐。
 
对于子载波间隔 15 kHz * 2n (n为非负整数(For subcarrier spacing of 15 kHz * 2n (n is non-negative integer))………………” 
 
以下借助3GPP会议报告和提案讨论Numerology选择过程。
 
需要说明的是,在MIIT二阶段测试规范中,”Numerology”译作”参数集”,在特定的上下文中应该不会出现理解错误,不过准确期间,本文中仍采用Numerology来表示。另载波间隔(Subcarrier space)采用SCS缩写。
 
 
2.   3GPP关于Numerology的会议概览
 
1
 
2
 
 
 
3. Numerology中子载波间隔(SCS)的讨论和取舍过程
 
 
3.1     子载波间隔
 
3.1.1    基本原理
 
Ericsson在R1-163227:Numerology for NR中提到,但对于给定的频段,相位噪声和多普勒频移决定了最小子载波间隔(SCS)。
 
采用较小的SCS,会导致较高的相位噪声从而影响EVM,也对本地振荡器产生较高的要求,还会使多普勒频移较高时的性能降低。
 
采用较大的SCS,会使符号长度缩短,从而降低时延。
 
所需的CP开销(亦即时延扩展预期)设定了SCS的上限,SCS过大会导致CP开销增加。
 
OFDM调制器的FFT size和SCS共同决定了信道带宽。
 
考虑到上述关系,最优化的SCS应当足够小但是仍应当足够强壮,以抵抗相位噪声和多普勒频移,并对预期的信道带宽和时延提供支持。
 
Intel在R1-162386:Numerology for new radio interface中提到,子载波间隔(SCS)是系统设计的重要参数。SCS较小时,符号周期增加,CP开销降低,反之亦然。
 
 
3.1.2    选取原则
 
Ericsson在R1-163227:Numerology for NR中提到,Numerology选取时,可以考虑不同频率独立选取,也可以考虑采用OFDM numerology家族的方式,设定一个基准numerology,并对SCS、符号长度和CP等进行相应扩展。采用扩展的方法,不同OFDM numerology下的时钟采样率(Ts的倒数)借助扩展系数n相互关联,从而便于实现。因此推荐采用基准numerology加扩展的方式。举例如下:
 
Qualcomm在R1-163397:Numerology Requirements中提到Numerology的一些原则:
 
3
 
 
 
•   灵活的numerology和TTI按比例缩放:
 
•  子载波间隔乘以2^K:
 
- 更短的TTI结合优化的导频/控制信息的配置利于低时延HARQ传送的流水线处理。
 
- 支持成比例的符号长度和numerology的设计,以便实现下行数据的流水线处理,也利于上行导频和ACK信道的波形产生。
 
-  当扩展成更大带宽时FFT的复杂度中等。
 
- mmWave下足够的UE能够进行时分复用。
 
•  SCS扩展比例为2^k,以获取长时延扩展下的强壮性。其中k是非负整数。
 
•  TTI长度缩短为1/2^k,无需牺牲对抗时延扩展的强壮性。
 
•   不同载波、不同业务间的Numerology复用,以支持不同的时延和效率需求。
 
 
ZTE在R1-162227: Numerology design for new RAT中提到,为了简化设计并降低成本,5G和LTE应当能够共享本振,在此基础上考虑5G的采样率,并建议将CP-OFDM作为基准,对不同频段进行相应扩展(x2n),以支持eMBB/URLLC/mMTC等多种业务的KPI需求。
 
 
4
 
3.1.3    候选方案
 
RAN1#84bis会议上,同意支持多种SCS,由基准SCS乘以整数N扩展而成。
 
选项1:包括15KHz的SCS;
 
选项2:包括17.5KHz的SCS;
 
选项3:包括17.06KHz的SCS;
 
选项4:包括21.33KHz的SCS(选项3采用扩展CP)。
 
fsc = f0 * 2m
 
fsc = f0 * M
 
这4种SCS之间的关系请参见R1-163864(ZTE&Qualcomm),举例如下。
 
5
 
ZTE在R1-164271中对这4种类型之间的关系和来源进行了说明,如下图所示。
 
6
 
3.1.4  对比分析
 
3.1.4.1    基准子载波间隔(SCS)对比
 
下面列举几个提案中的分析结论,更多结论和分析方法请参见会议文稿。
 
对于上述4种SCS,Huawei/Hisilicon在R1-160431中分析认为,17.07/21.33KHz在复用LTE硬件方面较为复杂,原因为:
 
FFT大小不是2的N次方,17.06KHz时为1800,21.33KHz时为1440。
 
15KHz的扩展系数(scaling factor)更复杂:17.06KHz时为853/750,21.33KHz时为711/500。
 
Huawei/Hisilicon在R1-160431中对15KHz和17.5KHz进行了对比,建议考虑15KHz,不考虑17.5KHz。
 
7
 
在R1-164622中,Ericsson对15/17.5/17/06KHz进行了对比,并建议考虑15KHz。
 
8
 
其它提案中有不同的结论,比如ZTE在R1-164271中建议考虑选项3,即17.07KHz。它认为,15KHz(选项1)和17.07KHz(选项3)具有类似的性能,但是在特别长的DS(时延扩展)下的低时延子帧下,17.07KHz性能优于15KHz。下图中左侧为M=1(即没有扩展)的对比,右侧为0.125ms子帧的对比,Method 1对应17.07KHz且每个子帧中2个符号,Method 2对应NCP和ECP下的60KHz(即15KHz的扩展)。
 
9
 
3.1.4.2    扩展系数(2m和M)对比
 
下面随意列举几个提案中的分析结论,其它更多结论和分析方法请参见会议文稿。
 
R1-165439: Views on numerology for NR中,NTT DOCOMO采用3种相位噪声模型,分析不同SCS下的性能。
 
通常,频率偏移量(offset)指数增加时,相位噪声的功率谱密度(dBc/Hz)会线性降低。也就是说,deltaf加倍时,SNR不是指数式而是线性增加。图2中,Df=240KHz和480KHz下SNR差异分别约为2/2/1.8dB,而deltaf=60KHz和120KHz下,SNR的差异会更小。SCS的粒度更细没有必要。
 
10
 
 
 
最终结论是,从相位补偿的角度讲,f0*2m 的力度就够了,而f0*M粒度过大。所以,建议考虑f0*2m
 
并建议采用以下表作为讨论的起点。
 
11
 
KT和Verizon在R1-165525:Discussion on NR numerology中建议考虑fsc = f0 * M。其主要考虑是,韩国200MHz可能被2个或者3个运营商所使用,那么,如果采用60MHz,则NR采用FFT size为2048的45KHz的SCS就可以了,而100MHz下,则可以采用FFT size为2048的75KHz的SCS。美国的大多数公司具有200MHz信道带宽,可能会采用100MHz或者200MHz的载波带宽。100MHz可采用75KHz和2048 FFT size,而200MHz则可采用150KHz和2048的FFT size。因此,KT和Verizon在提案中建议考虑fsc = f0 * M。
 
在R1-164622中,Ericsson认为,为了保证不同numerology间的共存性,较大的扩展系数应当能够被小的扩展系数所整除,如N2 = K1×N1,N3 = K2×N2等。这意味着不同numerology间的调度间隔(interval)是匹配的,这有利于同一个载波上的numerology可以混合使用。
 
虽然这本身并不意味着排除75KHz,但是N = 2n在保证更大的扩展系数能够被最小的扩展系数所整除时,仍能够对numerology提供最高的灵活性(provides the highest flexibility in numerology while still having smaller scale factors dividing larger ones)。尤其是,要满足扩展系数间的整除关系,采用SCS为15KHz(注:原文为5KHz,可能有误,修改为15KHz)和75KHz的numerology中,在15KHz和75KHz间不可能存在其它SCS。
 
因此,建议考虑扩展系数采用N = 2m
 
Samsung、Intel、KT Corp.、Verizon Wireless和Fiberhome联合起草的WF(way forward)中,支持fsc = f0 *M。
 
4. 子载波间隔的最终结论
 
根据RAN1 #85会议报告可知:
 
对于采用15KHz作为基准且扩展系数采用N =2n的工作假定(working assumption),多家公司表示支持,如Ericsson、MediaTek、Fujitsu、Panasonic、Nokia、ASB、LGE、Huawei、HiSilicon、NTTDOCOMO、Sharp、CATT、ETRI和ITRI等。讨论过程中,CMCC对其表示反对,Qualcomm不支持15KHz的假设,KT认为这代表大多数人的意见,但是没有和议,所以不应当作为工作假定,Ericsson认为如果有必要的话下次会议可以再讨论,而Docomo认为即使再讨论,也应当设定一个期限把关键的问题都提出来,否则就会陷入无休止的讨论中。而CMCC、Qualcomm和KT的可能工作假定则是,将N=2n作为每1ms中OFDM符号的设计基准,并线下讨论。
 
在R1-165734:WF on subcarrier spacing in NR中, Verizon Wireless、KT Corp.、Reliance-jio、CHTTL、Samsung、Intel、Potevio、Fiberhome、IITH、CEWiT和Tejas Neworks在15KHz作为基准且扩展系数采用N =2n的基础上,建议增加75KHz,但是遭到了Qualcomm、Nokia、ASB、Huawei、HiSilicon和Fujitsu的反对。在R1-165891中,Verizon等公司同样的WF中,中国电信、StraightPath、ITL和WILUS等公司也加入了进来,此提案的结论是,RAN1将继续研究如何有效利用可变带宽。
 
此外,RAN1 #85会议同意,对于15KHz和更大的SCS,支持1ms的alignment。
 
在RAN1#86的会议报告中,Numerology部分的第一句话就是,集中精力(focuson)在第一阶段将要支持的fc=15*2^n上,讨论是否在扩展的Numerology间进行符号对齐(alignment)。
 
可见,对于SCS,RAN1#86上已经对fc=15*2^n没有疑义了。
 
 
注:根据3GPP会议报告和提案编写,如有错误,欢迎指正。
 
 
继续阅读
面向6G的无蜂窝大规模MIMO技术(基于智能超表面RIS)

多天线技术是公认的提高无线通信网络容量最有效的途径之一。当前5G蜂窝网通信系统中的基站广泛采用了集中式大规模MIMO技术。提高基站密度可进一步提升网络容量,但小区间干扰随之增大,这将限制网络容量的持续提升。近年来提出的无蜂窝大规模MIMO(cell-free massive MIMO)技术可较好地解决上述小区间干扰问题,从而大幅提高网络容量。

全球5G专网频段分配现状

根据标准定义,5G专网分为独立部署模式(SNPN)和公网集成模式(PNI-NPN),其中,PNI-NPN模式也叫“公网专用”,其根据与公网共享程度不同分为“与公网完全共享”和“与公网部分共享”。

2030年的通信网络是什么样子?

过去短短30年来,从2G发展到5G,从ADSL发展到10GPON+Wi-Fi6,从电路交换、全IP发展到全云化时代,通信网络以一次又一次的能力边界突破,实现了网速万倍提升,空前改变了人们的生活方式,改变了这个世界。

一文读懂MIMO(从MIMO到Massive MIMO)

MIMO是 Multiple Input Multiple Output 多输入多输出系统,指在发射端和接收端同时使用多个天线的通信系统,在不增加宽带的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率。

Qorvo 扩展其 BAW 滤波器产品组合,以支持全球 5G 基站部署

中国 北京,2021年9月23日——移动应用、基础设施与航空航天、国防应用中 RF 解决方案的领先供应商 Qorvo®, Inc.(纳斯达克代码:QRVO)今日推出,两款体声波 (BAW) 滤波器,以支持正在进行的全球 5G 基站部署。