5G(NR)中CP设计和计算

5G(NR)中CP设计和计算

5G(NR)无线系统中采用了与4G(LTE)类似的循环前缀(CP)设计，以对抗多径传播的影响。由于5G采用多种参数集，其CP设计也有所不同。本文将详细介绍5G(NR)中CP的设计思路、类型、计算公式以及其在系统中的具体应用。

一、设计思路

循环前缀(CP)设计的目的是确保不同SCS值和参数集(15kHz)之间符号对齐，例如：

• μ=15kHz的单个时隙(Slot)大约7个符号驻留在0.5毫秒内，这其中包括每个符号的CP；
• μ=30kHz的单个时隙(Slot)具有大约14个符号，其中包括相同的0.5毫秒内每个符号的CP。

这就是为什么在5G(NR)中CP长度根据子载波间隔(fsc)来进行调整。

图1.5G中不同子载波间隔循环前缀设计示意图

二、5G循环类别类型

3GPP定义两种CP：NCP(普通循环前缀)和ECP(扩展循环前缀)，其中：

• NCP是为所有子载波间隔指定；
• ECP目前仅指定用于60 kHz子载波间隔；
• 如使用NCP，则每0.5ms出现的第一个符号的CP比其他符号的CP长；
• 循环前缀持续时间随着子载波间隔的增加而减少。

三、CP计算公式

3.1 CP长度

可使用以下公式计算：

3.2 CP持续时间

可使用以下公式：

• u是参数集,l是符号索引,k是关联NR基本时间单位和LTE基本时间单位的常数,可以由以下等式表示。
• Ts是LTE基本时间单位，Tc是NR基本时间单位。

四、5G(NR)计时单元

基于上述公式，循环前缀持续时间在每个参数集每1ms子帧有2个长符号。这些较长符号是通过增加正常循环前缀持续时间来生成，以确保每个数字在每个0.5ms时间窗口内具有整数个符号同时还确保尽可能多符号边界重合；如属于15kHz子载波间隔每个符号边界与属于30kHz子载波间隔每隔一个符号边界重合(见图1所示）。

五、CP时间开销

它是CP占用时间在符号持续时间内百分比，如15KHz中NR符号持续时间是66.67μs，CP持续时间是5.2μs。则开销可以计算为 5.2/66.67=7.8%；其中长符号应当具有与CP一样多开销，而其他符号应当具有更少的开销，下表(3)总结了不同子载波间隔正常CP开销。

六、单CP覆盖支持计算

CP持续时间定义了在不影响符号间干扰(ISI)和载波间干扰(ICI)情况下可以支持小区的覆盖距离。使用简单的时间、距离公式计算距离；如将15KHz的长符号CP设为5.2 µs，无线信号以光速传播C=3.0x108m/s，则距离计算为速度x时间=(3.0 x 108) x (5.2 x 10-6)=1560米。同样计算其他CP和子载波间隔，总结如下表4所示：

图表4.5G中不同子载波间隔CP与小区覆盖