5G/NR - Numerology

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尽管在NR技术规范最终定稿之前，Numerology是3GPP RAN1会议上讨论最广泛的项目之一，但对我来说听起来还是很模糊。我想我理解了它的含义，但是我仍然不明白普通词典中数字学的含义可以与NR中的含义相关联。

Numerology的定义

基于3GPP规范中术语的使用，对Numerology的非常简单的定义将是“子载波间隔类型”。在LTE中，由于只有一个子载波间隔，因此不需要任何特定的术语来表示子载波间隔，但是在NR中，下表概述了几种不同类型的子载波间隔。

<38.211-表4.2-1：支撑的传输语言>

为了帮助您更直观地理解每种Numerology的含义，我尝试如下表所示。（注意：编号5是在较早的规范中定义的，但已从规范中删除。）

Numerology和支撑的频道

并非每种Numerology都可以用于每种物理通道和信号。即，存在一种特定的Numerology，其仅用于某种​​类型的物理信道，即使大多数Numerology可以用于任何类型的物理信道。下表显示了可以用于哪些物理通道的数字。

<38.300-表5.1-1：支撑的传输语言和其他信息。>=

RRC消息中的Numerology

Numerology选择不是一成不变的。可以在各种不同的情况和目的中使用不同的Numerology（子载波间隔）。在RRC消息的不同位置定义不同情况和目的的子载波间隔，如下所示。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.75)]消息/ASN序列IE描述
MIBsubCarrierSpacingCommonSIB1的子载波间隔，Msg.2/4，用于初始接入和SI消息
BandwidthPart-ConfigsubcarrierSpacing此BWP中使用的子载波间隔。它至少适用于PDCCH，PDSCH和相应的DMRS
LogicalChannelConfigallowedSubCarrierSpacing
ReferenceSignalConfigsubcarrierSpacing
CSI-RS-ResourceConfig-MobilitysubcarrierSpacingCSI-RS的子载波间隔。数据通道和SSB也可以使用相同的值
RACH-ConfigCommonmsg2-SubcarrierSpacing
RACH-ConfigCommonmsg3-SubcarrierSpacing
RACH-ConfigDedicatedrar-SubcarrierSpacing
ServingCellConfigCommonsubcarrierSpacingCommonSIB1的子载波间隔，Msg.2 / 4，用于初始访问和SI消息。值15和30 kHz适用于<6GHz的载波频率；值60和120 kHz适用于> 6GHz的载波频率
ServingCellConfigCommonsubcarrierSpacingSSBSSB的子载波间隔。仅用于非初始访问（例如SCell，SCG的PCell）。如果该字段不存在，则UE将采用该频段的默认值。
BasebandParametersPerCCsubCarrierSpacing
为什么要用不同的Numerology？

现在您对NR Numerology设计有一些疑问。甚至在您完成上述所有详细信息之前，您可能会有这些问题。当我第一次听说这种多Numerology（基本上是多个子载波间距）时，我遇到的问题是“为什么大家需要这种多Numerology？”。
可以肯定的是，这并不是为了让您的工程师生活困难。那么，其他（更多技术性）原因是什么？

更具技术性（实际原因）是NR应涵盖非常宽的工作频率范围（例如，低于3 Ghz，低于6 Ghz和mmWave（超过25 Ghz）。由于物理原因，很难（几乎不可能）提出一种能涵盖整个范围而不牺牲效率或性能的单一Numerology（副载波空间）。

你可以说得更详细点吗 ？
在OFDM中，可以打包到特定频率范围内的子载波数量与频谱效率直接相关（每秒每Hz可以发射多少位）。您可以在一个频率范围内打包的子载波越多（即，使用的子载波间隔越窄），您可以传输（或接收）的数据就越多。
基于物理特性（子载波间隔与OFDM符号长度之间的反比例关系），窄的子载波间隔意味着更长的OFDM符号长度。使用更长的OFDM符号，大家可以为CP（Cyclick Prefic）分配更多空间。使用更长的CP，大家可以使信号对衰落信道的容忍度更高（参考文献[33]）。
在较低的频率下（如低于3Ghz，低于6Ghz），大家没有太多的宽带频谱可用于这项新技术。为了在这些有限的频谱中尽可能多地打载波，大家需要使子载波间隔尽可能小。这就是为什么大家在NRNumerology中使用较小的子载波间距，例如15 Khz，30 Khz，60 Khz。
那么，为什么大家不使用甚至更小的子载波，如10 Khz，5 Khz等呢？如您所知，在OFDM中，保持子载波之间的正交性至关重要。发射的信号将通过各种衰落信道，从而导致每个子载波的漂移，并且当发射机或接收器移动得更快时，漂移的程度会变得更加严重。因此，使用的子载波间隔越窄，对衰落的容忍度就越弱。
那么大家需要非常宽的子载波间隔，例如120 Khz或240 Khz？它用于毫米波之类的高频操作。随着载波频率变高，通过移动发射器或接收器引起的频率漂移程度也变高（即，随着载波频率变高，多普勒扩展变宽）。为了容忍这种大范围的频率漂移（或频移），大家需要使用更宽的子载波间隔。
毫米波中子载波间距更大的另一个原因是。出于此处说明的原因 ，大家将使用波束成形（基于大规模MIMO的波束成形），因为波束成形的实施对于控制信号的相位至关重要，并且难以通过较窄的子载波间隔来控制信号的相位（参考文献[33 ]）。
随着频率的升高，相位噪声的程度将增加。因此，大家需要实现更复杂的相位噪声估计和校正机制。较宽的副载波间隔更容易实现这种机制（参考文献[33]）。

UE能力FeatureSetDownlinkPerCC ::= SEQUENCE {   supportedSubcarrierSpacingDL               SubcarrierSpacing,   supportedBandwidthDL                       SupportedBandwidth,   channelBW-90mhz                            ENUMERATED {supported} OPTIONAL,   maxNumberMIMO-LayersPDSCH                  MIMO-LayersDL OPTIONAL,   supportedModulationOrderDL                 ModulationOrder OPTIONAL}

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supportedSubcarrierSpacingDL： 定义UE支撑的DL支撑的子载波间隔，指示UE支撑在CA中以相同或不同的数字同时接收。注意，UE应支撑FR1 / FR2的所有规定的子载波间隔。FR1和FR2都必须对带内NR CA进行相同的编号，包括连续和不连续。如果UE支撑包括FR1频段和FR2频段的频带间NR CA，则DL中的FR1频段和FR2频段之间的两种混合数字是必不可少的。对于其他情况是可选的。