專欄文章

3GPP於Rel.15版本制定了新的無線介面—New Radio (NR)，新的無線介面將能支援從1GHz以下的頻段到~60GHz的超高頻頻段，因此碼框的設計上與4G LTE相比有顯著的變化，並引入了參數集(Numerology)的設計，本篇對此做概括地介紹。

從4G LTE演進到5G NR，3GPP仍是採用了基於正交頻分多工技術(OFDM)的波形，而採用OFDM波形有一重點就是參數集(Numerology)的選用，參數集主要代表OFDM選用的子載波間距(Subcarrier Spacing, SCS)以及循環字首(Cyclic Prefix, CP)的配置。在LTE時由於主要為針對~3GHz頻率以下，室外宏基站的布建場景，主要採用15kHz SCS與4.7us的CP配置而並未強調這個參數集的配置。

由於NR設計上需支援從1GHz的低頻段到超高頻的毫米波頻段，在低頻段的運用上考量基地台的涵蓋範圍較大，須採用較低的子載波間距與較長的CP以應對較大的信號延遲擴展；在超高頻段則採用較大的子載波間距以應付較大的相位雜訊，同時在超高頻段上預期的涵蓋範圍較小，信號的延遲擴展較低頻段來的小。

因此Rel.15 NR設計上支援了不同的參數集配置，支援了15kHz, 30kHz, 60kHz, 120kHz及240kHz的子載波間距配置，不過240kHz僅支援於SS Block；而在CP的配置上主要採用Normal CP的配置，除了在60kHz SCS的配置上同時支援Normal CP與Extended CP的配置。

NR在碼框設計上延續了LTE的碼框設計，在傳輸上切分以10ms作為一個frame，並以1ms作為一個subframe，每個frame將會對應到一system frame number (SFN)。然而為支援不同的參數集配置，subframe內又可分成一個或數個slot，slot為一般排程的單位，在Normal CP的配置下一個slot包含14個OFDM symbol，因此slot的長度會隨著不同的子載波配置而有所不同，且為了能符合subframe的長度，在特定symbol的CP會稍做調整，如圖一所示。

圖一、NR 參數集與碼框設計

為支援5G的各種應用以及各種頻率範圍，NR引入了參數集的設計，並採用延展性高的碼框設計，然而若採用不同參數集的混用時，子載波之間將無法維持正交性而產生干擾，將需再配置保護頻帶。

參考資料

[1] 3GPP TS 38.211 (Rel.15) 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; NR; Physical channels and modulation

[2] Yazar, Ahmet & Pekoz, Berker & Arslan, Huseyin. (2018). Flexible Multi-Numerology Systems for 5G New Radio.