5G nr频段_5g哪个信道信号强

文章目录

• 1. 工作频段
• 2. 信道带宽
• • 2.1 传输带宽配置
  • 2.2 最小保护带
• 3. 信道安排
• • 3.1 信道栅格
  • • 3.1.1 全局频率栅格
    • 3.1.2 每个工作频段适用的信道栅格
  • 3.2 同步栅格
  • • 3.2.1 全局同步栅格
    • 3.2.2 每个工作频段适用的同步栅格
• 4. 总结
• 参考文献

1. 工作频段

NR工作在两大频率范围（Frequency Range，FR）：FR1和FR2，如下表1-1所示 [1]。FR1又称作Sub-6 GHz（6 GHz以下）频段，FR2又称作毫米波频段。

表1-1. 频率范围的定义 [1]（TS 38.104 Table 5.1-1）

FR1和FR2中，又划分了多个不同的工作频段，如下表1-2和下表1-3所示 [1]。表中工作频段阿拉伯数字之前的n代表NR。

表1-2. NR在FR1中的工作频段 [1]（TS 38.104 Table 5.2-1）

表1-3. NR在FR2中的工作频段 [1]（TS 38.104 Table 5.2-2）

图2-1. 信道带宽、传输带宽配置的定义 [1]（TS 38.104 Figure 5.3.1-1）

2.1 传输带宽配置

表2-1和表2-2分别规定了FR1和FR2中，不同信道带宽和子载波间隔下的传输带宽配置 N R B N_{\rm RB} NRB​ [1]。

表2-1. FR1传输带宽配置 [1]（TS 38.104 Table 5.3.2-1）

表2-2. FR2传输带宽配置 [1]（TS 38.104 Table 5.3.2-2）

传输带宽配置不仅定义了不同信道带宽和子载波间隔配置下最大可用RB数，还定义了不同配置下的最大频谱利用率（Spectrum Utilization）。频谱利用率为传输带宽所占用信道带宽占整个信道带宽的比例，即 频谱利用率 = N R B × 12 × 子 载 波 间 隔 信 道 带 宽 (2-1) \text{频谱利用率}=\frac{N_{\rm RB} \times 12 \times 子载波间隔}{信道带宽} \tag{2-1} 频谱利用率=信道带宽NRB​×12×子载波间隔​(2–1)

以FR1中信道带宽100 MHz，子载波间隔30 kHz为例（表2-1第4行最后1列）。该信道带宽和子载波间隔配置下的最大频谱利用率为 273 × 12 × 30 k H z / 100 M H z = 98.28 % 273 \times 12 \times 30~ {\rm kHz}/100~{\rm MHz} = 98.28\% 273×12×30 kHz/100 MHz=98.28%。不同信道带宽和子载波间隔配置下的频谱利用率可参考[2]中的表3-4和表3-5。

2.2 最小保护带

表2-3和表2-4分别规定了FR1和FR2中，不同信道带宽和子载波间隔下的最小保护带大小 [1]。

表2-3. 最小保护带（FR1） [1]（TS 38.104 Table 5.3.3-1）

表2-4. 最小保护带（FR2） [1]（TS 38.104 Table 5.3.3-2）

另外，当SCS 240 kHz SS/PBCH块放置在信道带宽边缘时，最小保护带规定如下表2-5所示 [1]。

表2-5. SCS 240 kHz SS/PBCH块的最小保护带（FR2） [1]（TS 38.104 Table 5.3.3-2）

最小保护带与传输带宽配置之间的关系如下 [3]： 最 小 保 护 带 = 信 道 带 宽 − N R B × 12 × 子 载 波 间 隔 − 子 载 波 间 隔 2 (2-2) {\rm 最小保护带} = \frac{信道带宽-N_{\rm RB} \times 12 \times 子载波间隔-子载波间隔}{2} \tag{2-2} 最小保护带=2信道带宽−NRB​×12×子载波间隔−子载波间隔​(2–2)

相比上图2-1，下图2-2可以更加清楚地反应该关系。

图2-2. 信道带宽、传输带宽配置及保护带之间的关系（Figure 18.2 [3]）

我们还是以FR1中信道带宽100 MHz，子载波间隔30 kHz为例（表2-1第4行最后1列）。该信道带宽和子载波间隔配置下的最小保护带为 ( 100 M H z − 273 × 12 × 30 k H z − 30 k H z ) / 2 = 845 k H z (100~{\rm MHz} – 273\times 12\times30~{\rm kHz}-30~{\rm kHz})/2=845 ~{\rm kHz} (100 MHz−273×12×30 kHz−30 kHz)/2=845 kHz。

这里多出1个子载波的原因是NR某些频带的开始频率和终止频率有时和信道栅格不一致，因此需要增加1个子载波以确保两侧的保护带大于或等于最小保护带的要求 [2]。

以 N R E F = 600000 N_{\rm REF}=600000 NREF​=600000为例。 N R E F = 600000 N_{\rm REF}=600000 NREF​=600000对应的参考频率为 3000 M H z + 15 × ( 600000 − 600000 ) k H z = 3000 M H z 3000~{\rm MHz}+15\times(600000-600000)~{\rm kHz} = 3000~{\rm MHz} 3000 MHz+15×(600000−600000) kHz=3000 MHz。

3.1.2 每个工作频段适用的信道栅格

NR中，信道栅格定义为参考频率 F R E F F_{\rm REF} FREF​的子集，或者说全局频率栅格的子集，用于识别上下行的信道位置。每个工作频段适用一个粒度为 Δ F R a s t e r \Delta F_{\rm Raster} ΔFRaster​的信道栅格，并对应全局频率栅格中的一部分参考频率（由NR-ARFCN指定）[1]。 Δ F R a s t e r \Delta F_{\rm Raster} ΔFRaster​需大于等于 Δ F G l o b a l \Delta F_{\rm Global} ΔFGlobal​，以减少计算量 [2]。

FR1的每个工作频段适用的NR-ARFCN和FR2的每个工作频段适用的NR-ARFCN分别见下表3-2和表3-3 [1]。

表3-2. FR1的每个工作频段适用的NR-ARFCN [1]（TS 38.104 Table 5.4.2.3-1）

表3-3. FR2的每个工作频段适用的NR-ARFCN [1]（TS 38.104 Table 5.4.2.3-2）

• 对于具有100 kHz信道栅格的工作频段， Δ F R a s t e r = 20 × Δ F G l o b a l \Delta F_{\rm Raster} = 20 \times \Delta F_{\rm Global} ΔFRaster​=20×ΔFGlobal​。在这种情况下，工作频段内的每20个NR-ARFCN适用于工作频段内的信道栅格，因此信道栅格的步长为20，用 < 20 > <20> <20>表示。例如，对于工作频段n40（2300 MHz~2400 MHz，TDD）， Δ F G l o b a l = 5 \Delta F_{\rm Global}=5 ΔFGlobal​=5 kHz， Δ F R a s t e r = 100 \Delta F_{\rm Raster} =100 ΔFRaster​=100 kHz， Δ F R a s t e r \Delta F_{\rm Raster} ΔFRaster​是 Δ F G l o b a l \Delta F_{\rm Global} ΔFGlobal​的20倍，对应的步长为20。
• 对于低于3 GHz的具有15 kHz信道栅格的工作频段， Δ F R a s t e r = I × Δ F G l o b a l \Delta F_{\rm Raster} = I \times \Delta F_{\rm Global} ΔFRaster​=I×ΔFGlobal​，其中 I ∈ { 3 , 6 } I \in \{3,6\} I∈{
  3,6}。在这种情况下，工作频段内每 I I I个NR-ARFCN适用于工作频段内的信道栅格，因此信道栅格的步长为 I I I，用 < I > <I> <I>表示。
• 对于高于3 GHz的具有15 kHz和60 kHz信道栅格的工作频段， Δ F R a s t e r = I × Δ F G l o b a l \Delta F_{\rm Raster} = I \times \Delta F_{\rm Global} ΔFRaster​=I×ΔFGlobal​，其中 I ∈ { 1 , 2 } I \in \{1,2\} I∈{
  1,2}。在这种情况下，工作频段内每 I I I个NR-ARFCN适用于工作频段内的信道栅格，因此信道栅格的步长为 I I I，用 < I > <I> <I>表示。
• 对于FR1中具有两个信道栅格工作频段，较大的 Δ F R a s t e r \Delta F_{\rm Raster} ΔFRaster​仅适用于SCS等于或大于该 Δ F R a s t e r \Delta F_{\rm Raster} ΔFRaster​的信道，或SSB SCS等于该 Δ F R a s t e r \Delta F_{\rm Raster} ΔFRaster​的信道。例如，工作频段n41（2496 MHz~2690 MHz，TDD）对应的 Δ F G l o b a l = 5 \Delta F_{\rm Global}=5 ΔFGlobal​=5 kHz， Δ F R a s t e r = 15 / 30 \Delta F_{\rm Raster} =15/30 ΔFRaster​=15/30 kHz，其中 Δ F R a s t e r = 30 \Delta F_{\rm Raster} =30 ΔFRaster​=30 kHz仅适用于SCS等于或大于30 kHz的信道，或SSB SCS等于30 kHz的信道。
• 对于FR2中具有两个信道栅格工作频段，较大的 Δ F R a s t e r \Delta F_{\rm Raster} ΔFRaster​仅适用于SCS等于该 Δ F R a s t e r \Delta F_{\rm Raster} ΔFRaster​的信道，或SSB SCS等于或大于该 Δ F R a s t e r \Delta F_{\rm Raster} ΔFRaster​的信道。

图3-1. 3300 MHz~3400 MHz的信道栅格（图3-5 [2]）

实际上， N R E F = 623334 N_{\rm REF} = 623334 NREF​=623334也是可以的。此时，对应的 F R E F = 3350.025 F_{\rm REF} = 3350.025 FREF​=3350.025 MHz，两侧的保护带分别为870 kHz和850 kHz，符合最小保护带要求。由于篇幅关系，我们没有画出该情况下的信道栅格。

全局同步栅格是全局频率栅格的子集。例如，0~3000 MHz频率范围内的 S S R E F SS_{\rm REF} SSREF​，即 N × 1200 k H z + M × k H z N \times 1200~{\rm kHz}+M \times {\rm kHz} N×1200 kHz+M×kHz必然可以被这个范围对应的 Δ F G l o b a l \Delta F_{\rm Global} ΔFGlobal​整除，但是显然 S S R E F SS_{\rm REF} SSREF​的间隔更大（与NR-ARFCN相比，GSCN间隔较大）。另外，与LTE的同步栅格（固定为100 kHz）相比，NR的GSCN间隔也明显较大。这样设计的主要原因是NR的信道带宽很大（对于FR1，最高可达100 MHz；对于FR2，最高可达400 MHz），较大间隔的GSCN可以显著减少UE初始接入时的搜索时间，从而降低UE功耗及搜索的复杂度 [2]。

3.2.2 每个工作频段适用的同步栅格

FR1的每个工作频段适用的同步栅格和FR2的每个工作频段适用的同步栅格分别见下表3-6和表3-7 [1]。

表3-6. 全局同步栅格的GSCN参数（FR1） [1]（TS 38.104 Table 5.4.3.3-1）

表3-7. 全局同步栅格的GSCN参数（FR2） [1]（TS 38.104 Table 5.4.3.3-2）

关于SSB图样（Pattern），请参见 【5G NR】SSB。

有些工作频段给出了两个SSB图样，例如n5、n41等。这样设计的目的主要是为了兼顾最小信道带宽和SSB波束数量的平衡。例如n41频段，支持Case A（SCS=15 kHz）和Case C（30 kHz）两种图样。Case A可以支持较小的信道带宽，如5 MHz；而Case C可以支持高达8个SSB波束，因此波束增益较大。如果某个频段有两个SSB图样，则UE可以通过盲检的方式得到SSB图样。

同步栅格对应SSB的中心频率。同步栅格与对应的SSB的RE的映射关系如下表3-8所示。该规则适用于上行和下行。

表3-8. 同步栅格到SSB RE的映射 [1]（TS 38.104 Table 5.4.3.2-1）

需要注意的是， k k k是SSB中的子载波序号。由于SSB在频域上占用240个连续的子载波，即20个PRB，因此同步栅格对应SSB中第11个PRB（对应PRB索引 n P R B = 10 n_{\rm PRB}=10 nPRB​=10）的第1个子载波（中心频率），如下图3-2所示。

图3-2. 同步栅格示意图

在信道频率和信道配置确定的情况下，可以通过下式（3-4）和式（3-5）确定可用的同步栅格或对应的SSB中心频率。SSB中心频率 S S R E F SS_{\rm REF} SSREF​、SSB子载波间隔 S C S S S SCS_{\rm SS} SCSSS​、最小保护带宽 B W G u a r d BW_{\rm Guard} BWGuard​以及信道带宽边界 F l o w _ e d g e F_{\rm low\_edge} Flow_edge​、 F h i g h _ e d g e F_{\rm high\_edge} Fhigh_edge​应满足下述关系 [2]：
S S R E F − 1 2 × S C S S S − 1 2 × N R B _ S S × 12 × S C S S S − B W G u a r d ≥ F l o w _ e d g e (3-4) SS_{\rm REF} – \frac{1}{2} \times SCS_{\rm SS}-\frac{1}{2} \times N_{\rm RB\_SS} \times 12 \times SCS_{\rm SS}-BW_{\rm Guard} \geq F_{\rm low\_edge} \tag{3-4} SSREF​−21​×SCSSS​−21​×NRB_SS​×12×SCSSS​−BWGuard​≥Flow_edge​(3–4) S S R E F − 1 2 × S C S S S + 1 2 × N R B _ S S × 12 × S C S S S + B W G u a r d ≤ F h i g h _ e d g e (3-5) SS_{\rm REF} – \frac{1}{2} \times SCS_{\rm SS}+\frac{1}{2} \times N_{\rm RB\_SS} \times 12 \times SCS_{\rm SS}+BW_{\rm Guard} \leq F_{\rm high\_edge} \tag{3-5} SSREF​−21​×SCSSS​+21​×NRB_SS​×12×SCSSS​+BWGuard​≤Fhigh_edge​(3–5) 其中 N R B _ S S N_{\rm RB\_SS} NRB_SS​固定等于20。

以n78为例，其SSB的SCS=30 kHz。对于3300~3800 MHz，根据式（3-4）和式（3-5）可以计算得到SSB的中心频率 S S R E F SS_{\rm REF} SSREF​可能的范围为3304.46 MHz ~ 3795.57 MHz：
3300 + 1 2 × 30 × 1 0 − 3 + 1 2 × 20 × 12 × 30 × 1 0 − 3 + 845 × 1 0 − 3 = 3304.46 M H z 3300 + \frac{1}{2} \times 30 \times 10^{-3} +\frac{1}{2} \times 20 \times 12 \times 30 \times 10^{-3} + 845 \times 10^{-3} = 3304.46~{\rm MHz} 3300+21​×30×10−3+21​×20×12×30×10−3+845×10−3=3304.46 MHz
3800 + 1 2 × 30 × 1 0 − 3 − 1 2 × 20 × 12 × 30 × 1 0 − 3 − 845 × 1 0 − 3 = 3304.46 M H z = 3795.57 M H z 3800 + \frac{1}{2} \times 30 \times 10^{-3} – \frac{1}{2} \times 20 \times 12 \times 30 \times 10^{-3} – 845 \times 10^{-3} = 3304.46~{\rm MHz} = 3795.57~{\rm MHz} 3800+21​×30×10−3−21​×20×12×30×10−3−845×10−3=3304.46 MHz=3795.57 MHz
结合表3-5中 S S R E F = 3000 M H z + N × 1.44 M H z SS_{\rm REF} = 3000~{\rm MHz}+N \times 1.44~{\rm MHz} SSREF​=3000 MHz+N×1.44 MHz，可得 N = 4 , 5 , ⋯   , 552 N=4,5,\cdots,552 N=4,5,⋯,552，因此对应的 G C S N = 7711 8051 GCSN=7711~8051 GCSN=7711 8051。

有关同步栅格的例子和图示，我们将在SSB相关部分予以介绍。

4. 总结

PDCCH/PDSCH所在载波的中心频率服从信道栅格，SSB的中心频率服从同步栅格。

参考文献

[1]: 3GPP TS 38.104, NR; Base Station (BS) radio transmission and reception

[2]: 5G NR物理层规划与设计

[3]: 5G NR: the Next Generation Wireless Access Technology

[4]: 3GPP TS 36.104, Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Base Station (BS) radio transmission and reception

[5]: http://ziyubiti.github.io/2018/02/21/5gnrarfcn/

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