【原】5G与4G物理(Layer1)层十大不同

5G(NR)与4G(LTE)都是通过无线信号进行信令和数据信息传递，但由于采用技术不同在物理层(Layer1)它们之间有诸多差异，具体表现在以下十大方面。

一、频率(Frequencies):4G(LTE)无线网络仅支持低于6GHz的频率；而在5G(NR)中3GPP定义了两个不同频段:FR1和FR2，其中：FR1与LTE相同，支持sub 6GHz频段；FR2支持毫米波的24GHz~52GHz之间的频率。由于电磁波特性，这些高频率需要特殊处理才能发挥作用。这是因为通常与高频相比，低频往往传播得更远，也就发射器必须花费更多的能量才能使信号达到所需的距离。

二、子载波间距(SCS):这是4G(LTE)和5G(NR)之间一个重要区别。LTE 在正常循环前缀情况下支持15KHz的SCS，在扩展循环前缀的情况下支持30KHz。5G(NR)支持15、30、60、120和240KHz的SCS。

• 4G(LTE)中当SCS为15KHz,12个子载波的资源块占用12x15KHz=180KHz的频谱；

• 5G(NR)中当SCS为240KHz时的资源块将占用2880KHz或2.88MHz的频谱。

SCS也称为参数集(使用希腊字母u表示)，在FR1中支持的SCS有15、30和 60KHz，FR2支持的有60、120和240KHz

三、时间单位(Time Units)

• 在4G(LTE)中最小的时域单位是一个持续时间为0.5ms的时隙(Time Slot),在正常CP中将包含7个FDM符号；两个时隙的子帧为1ms，具有10个子帧的无线帧时长为10ms。

• 在5G(NR)中无线帧仍是10毫秒，一个子帧是1毫秒，而每个子帧的时隙数取决于参数集或SCS。无论时隙持续时间多长每个时隙都包含14个OFDM符号。         

5G中如果网络的SCS为15KHz时，一个时隙将为1ms；而当SCS为30KHz情况下，每个时隙将缩短为0.5ms，每个子帧将有2个时隙。在SCS为240KHz 时每个时隙仅为0.0625ms，每个子帧将有16个时隙，每个时隙有14个OFDM符号。其中时间和频率成反比，也就是如果频率增加时间就会减少。

5G(NR)还支持Mini Slots时间单位调度(每个mini slot可是2,4或7个符号，它们可以与常规Slot重叠），还有一种称为Self contained slot的东西，其中每个Slot有很少的DL，配置很灵活可有几个UL符号。

四、帧类型/时隙格式(Frame Types/Slot Formats)4G(LTE)没有称为时隙格式的东西，只有两种不同的帧类型：

• Frame Type1(FDD):所有OFDM符号用于DL或UL；

• Frame Type2(TDD):定义了多个UL-DL配置和特殊子帧模式。

但在5G(NR)中它变得非常灵活，这些时隙格式中的每一种都定义了不同的 DL、UL和灵活符号模式。一个灵活的符号可以是DL或UL，这取决于它是如何配置给UE的。

五、带宽部分(BWP)

• LTE支持6种不同系统带宽(1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz)；

• 5G(NR)支持从5MHz~400MHz的小区带宽；具有如此大的频谱 UE监控整个带宽可能是不现实的，所以专门定义了一个叫做BWP(Bandwidth Part)的东西，也就是系统带宽的一个子集；BWP可以与系统带宽一样宽或更窄；每个终端(UE)可以配置为最多监视4个BWP，其中任何一个在任何给定时间点处于活动状态。给定小区的不同BWP可以具有不同的SCS，这样每个BWP可以用于不同的应用程序；在给定小区中的不同BWP也可以重叠。                               

六、物理层信道(Physical Layer Channels)

• LTE在下行(DL)支持信道包括:PDSCH、PDCCH、PBCH、PCFICH、PHICH、PMCH；上行(UL)支持信道有:PUSCH、PUCCH、PRACH。

•  5G(NR)经过简化后下行(DL)方向只有：PDSCH、PDCCH、PBCH信道；在上行链路(UL)支持的信道有：PUSCH、PUCCH、PRACH。

七、物理层信号(Physical Layer Signals)

• LTE在下行方向(DL)上主要有PSS、SSS、CSRS；在上行方向(UL)上有DMRS、SRS。

•  5G(NR)在下行方向(DL)上有PSS、SSS、DMRS、CSI-RS、PTRS、TTRS，上行方向(UL)上有SRS、DMRS。                             

八、PSS/SSS/PBCH时间/频率分配

• 在4G(LTE)中PSS和SSS每5毫秒传输一次，PBCH每10毫秒传输一次。PSS+SSS+PBCH在subframe-0中出现时形成7个符号，PSS+SSS在subframe-5中出现时形成2个符号。PBCH每10ms重复一次，PBCH(MIB)的内容每40ms更新一次。                                                              

• 在5G(NR)中PBCH+SSS+PSS形成一个称为SSB块(它们总是在一起),每个SSB块以固定模式包含它们中的所有三个。NR中的SSB块由4个OFDM符号组成，PSS在第一个符号中，SSS在左侧、右侧、顶部和底部被PBCH包围。SSB块在时域中跨越4个符号，在频域中跨越240个子载波。NR中的SSB每20毫秒传输一次，重复4次，跨越80毫秒。在NR中支持SSB的突发，也就是SSB类型的给定时隙内可以有多个 SSB(LTE没有可用的此类配置)，SSB突发长度取决于SCS。

九、大规模MIMO/波束斌形(Massive MIMO/Beam forming)：这是在LTE中未充分利用的一项功能，因为使用的频率较低并不真正需要它。但在5G(NR)的FR2中，基站必须斌形波束以便将能量集中传输到终端(UE)，否则如果全向传输基站发射的能量很容易衰减。为了形成波束，基站使用大量的天线阵列，天线的数量可以从4到64不等甚至更多。基本上基站可以在一个时隙中沿一个方向发射波束，然后以TDM方式在所有方向上连续控制该波束。

十、编码方案(Encoding Schemes)：LTE使用Turbo、咬尾卷积(tail biting convolutional)码、维特比(viterbi encoding)码等，而5G(NR)使用LDPC(低密度奇偶校验码)、Polar码分别用于数据和控制信道。