如何理解5G中的Numerology

surgal

Numerology这个概念是5G里面才提出来的，那为什么有这么一个Numerology呢，其实在LTE里面应用场景主要还是针对eMBB业务，所以LTE时代子载波间隔是固定的，就是15kHz，然后一系列的参数都由于子载波的配置受到一定的影响。那么5G里面因为首先5G应用场景是多种多样的，不仅仅是eMBB场景，它还有uRLLC，还有mMTC这些场景，那么不同业务对于网络，对5G的需求，是不同的，比如说一些要求时延非常低，有一些业务呢，它对时间不是很在意，它关注的是覆盖，所以5G特意设计这样一套基础参数集合，就是大家说的Numerology，其里面包含了像子载波间隔，循环前缀的长度，以及TTI的长度等等这一套参数的集合，也就是5G和4G的区别当中，很大一方面就是，子载波的配置在5G里面是有多种选择的。那么随着子载波间隔的大小不同，它会影响每个时隙，也会影响大家的时延，每个符号的长度，具体的大家可以看这张表格，这个表格里面，目前子载波的配置有五种，0到4，那么对应的带宽多大呢，大家通过2的μ次方乘以15kHz来得出这个子载波的带宽，比如说当这个μ为0的时候，子载波带宽就是15kHz，当μ取1的时候，子载波带宽为30kHz，目前现网当中基本上配的这个30kHz带宽，最大话，当μ等于4的时候，子载波间隔可以到240kHz。那么，什么时候子载波间隔取大一点呢，什么时候要配小一点呢，这个其实跟应用场景有关系。大家举个例子，大家可以看到，当子载波间隔μ取1的时候，子载波带宽就是30kHz，每个时隙里面的符号数是固定的，如果是普通CP的话，就是14个符号，那么，当30kHz 的时候，每个子帧里面的时隙数为2个，每个时隙为0.5ms，所以其调度的周期就是0.5ms，因为5G里，以时隙为单位进行调度的。所以这就意味着，如果把子载波带宽变小的话，调度的周期变长，比如说配成15kHz，时隙就是1ms，也就是1ms，调度一次，30kHz呢，0.5ms调度一次，所以子载波带宽越大，调度周期越短，它的时延就越小，所以对于一些低时延业务，对时延要求较高的话，可以把子载波带宽变大，这个是不同子载波带宽的影响。在这个五种配置里面，子载波配置为2的，也就是μ等于2的时候，可以选择扩展CP，扩展CP是为了把小区的覆盖距离，覆盖半径变大，所以呢扩大CP，当然CP变大了，每个时隙里面的符号数就变少。这个其实和LTE相对应的，就可以看下面这个，不同的Numerology对应的视频资源的图形，比如说，μ取0的时候，子载波间隔是15kHz，这时一个RB（是12个连续子载波）的频率资源为180kHz，（在这个表格里μ最大取到了5，其实目前这个5，都没有用，现在最大只用到了240kHz）。再来，当你子载波间隔越大的话，就意味着，一个RB的频率资源占用是越多的，然后翻过来，每个符号的时间呢，越短的，比如说15kHz，每个符号的长度为1/14ms，如果30kHz，每个时隙为0.5ms，所以每个符号的长度为1/28ms，这些就影响时域和频域的不同，Numerology的配置非常重要。
对定义上来说5G里面，选择Numerology还和CP有关系，CP就是循环前缀，有普通CP和扩展CP，扩展CP只有在子载波间隔为60kHz的时候才可以支撑，其它的子载波间隔不支撑，都是普通CP，那么CP呢，每个符号的前面都有CP，CP的功能呢，为了避免符号间干扰的，而且CP影响了小区的覆盖半径，也就是CP的大的时候，小区半径可以越大，比如像15kHz，和30kHz相比，每个符号前面CP更大，所以，如果说这个业务，它是比较关注覆盖的话，可以把子载波间隔配的小一点，这样每个符号前CP也大，不过，它们调度的时间比较长，因为调度是以时隙为单位的，一个时隙是14个符号，每个符号长，14个符号加起来的时间也长了，另外，协议里对CP的长度，还有一个要求，就是说，没0.5ms，第一个符号的CP，会比其它符号的要大，因为它要凑够0.5ms，这就是灵活的Numerology的定义。
根据协议规定，不同频段支撑的子载波间隔是不一样的，比如说，频段在1GHz以下的话，目前支撑的子载波间隔只有15kHz和30kHz，sub 6GHz，它还支撑60kHz，毫米波可以支撑60kHz到120kHz。另外，240kHz子载波间隔，目前没有在业务信道里面用的，只用于下行同步信号的发送。这也反映了，灵活Numerology的定义，还考虑了对于不同频段，可实现硬件精密度问题，即，在频率维度和时间维度上可实现的精度水平存在互斥性，把硬件做成子载波间隔和符号长度同时很小的难度肯定会很大，而且由此带来的硬件灵敏度下降也是不可避免的，这也自然会导致网络抗干扰能力的下降。