2016/3舉辦的RAN#71會(huì)議上確定了5G新波形的以O(shè)FDM為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。從RAN1#84b開(kāi)始進(jìn)行空口相關(guān)的討論，波形方面則包括設(shè)計(jì)原則和要求、候選波形技術(shù)優(yōu)劣等內(nèi)容。

 

從RAN1#84會(huì)議提案入手，是學(xué)習(xí)和了解R15中5G空口中新波形相關(guān)技術(shù)的必要一步。

 

本文借助會(huì)議報(bào)告，對(duì)其中波形有關(guān)的提案進(jìn)行了一些翻譯和整理工作，供大家學(xué)習(xí)。文章內(nèi)容有關(guān)的版權(quán)歸原提案單位。

 

1. RAN#71 (2016/3)提出5G新波形設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

 

1.1.  RP-160671：New SID Proposal: Study on [5G, Next Generation, or other names][T1] New Radio Access Technology

 

RAN#71全會(huì)上，在關(guān)于SI(study item)的目標(biāo)要求中，明確了針對(duì)eMBB、mMTC和URLLC三大場(chǎng)景進(jìn)行5G無(wú)線接入技術(shù)的設(shè)計(jì)。

 

對(duì)于新的接入技術(shù)，物理層信號(hào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是：

波形基于OFDM，也有可能(potential)支持非正交波形和多址接入。對(duì)于其它波形，如果其它一些能夠證明有增益的波形還有待研究(FFS, for future study)。同時(shí)需要考慮基本的幀結(jié)構(gòu)和信道編碼算法。

 

2. RAN1#84bis(2016/4)中的5G新空口設(shè)計(jì)原則摘錄

 

2.1 R1-162151：Considerations on 5G Waveform，Huawei，HiSilicon

 

5G系統(tǒng)的性能將進(jìn)一步提升，包括峰值速率、峰值頻譜效率、UE體驗(yàn)速率、移動(dòng)性、時(shí)延、連接密度、UE和網(wǎng)絡(luò)能效等方面。5G系統(tǒng)需要采用靈活和適應(yīng)性強(qiáng)的新空口來(lái)對(duì)這些多樣化的需求提供有效的支持，而其核心則是靈活的波形。LTE系統(tǒng)中的OFDM波形具有頻譜效率高、易于實(shí)現(xiàn)、有效抵抗多徑衰落等特性，因此5G系統(tǒng)仍然考慮基于OFDM來(lái)進(jìn)行波形設(shè)計(jì)。

 

但是，LTE系統(tǒng)具有以下缺點(diǎn)：

 

(1)    子載波間隔和符號(hào)長(zhǎng)度固定。為了避免載波間干擾(ICI)，OFDM的子載波間隔在整個(gè)品大范圍內(nèi)不能改變。這種“以不變應(yīng)萬(wàn)變”的波形設(shè)計(jì)策略不能同時(shí)支持多種移動(dòng)性場(chǎng)景。此外，給定時(shí)間內(nèi)只支持一種循環(huán)前綴(CP)長(zhǎng)度，也使得LTE無(wú)法同時(shí)對(duì)不同的信道情況提供支持。

 

(2) 頻譜旁瓣大。OFDM not very-well localized in frequency，因此導(dǎo)致頻譜邊帶滾降慢，從而產(chǎn)生以下缺點(diǎn)：

 

帶寬利用率不高，不管是連續(xù)頻譜還是離散頻譜都一樣。例如，LTE中，除了頻譜模板(mask)之外，還預(yù)留了10%帶寬作為保護(hù)帶。

LTE中需要嚴(yán)格同步，它通過(guò)TA信令來(lái)實(shí)現(xiàn)。來(lái)自不同UE尤其是相鄰UE的OFDM信號(hào)間不同步的時(shí)長(zhǎng)超過(guò)CP長(zhǎng)度后，OFDM的頻譜旁瓣就很高，從而產(chǎn)生載波間干擾(ICI)和符號(hào)間干擾(ISI)。因此，OFDM波形不支持異步通信。此外，LTE OFDM的大規(guī)模同步通信中TA信令開(kāi)銷非常之大(explosive amount)。

 

由于具有以上的缺點(diǎn)，因此LTE OFDM用于5G新空口的話則不夠靈活和高效，因此，5G需要設(shè)計(jì)新的波形，其設(shè)計(jì)原則如下：

 

(1) 靈活性。

 

5G波形應(yīng)當(dāng)足夠靈活以支持話務(wù)類別不同的多種場(chǎng)景，如eMBB、mMTC和URLLC。靈活性方面的設(shè)計(jì)體現(xiàn)在：

 

a. 靈活支持參數(shù)集(numerology)。

 

靈活參數(shù)集是多種業(yè)務(wù)和多種場(chǎng)景的需求。在不同的子載波間隔或/和CP長(zhǎng)度之間采用時(shí)分轉(zhuǎn)換顯然不能滿足低時(shí)延的要求，也難以實(shí)現(xiàn)資源在不同業(yè)務(wù)之間的動(dòng)態(tài)共享。此外，采用TDM也會(huì)影響業(yè)務(wù)的前向兼容性。

 

因此，波形應(yīng)該足夠靈活，以滿足在連續(xù)頻段上采用頻域復(fù)用來(lái)部署現(xiàn)有和未來(lái)業(yè)務(wù)的要求。尤其重要的是，波形應(yīng)當(dāng)能夠有效支持不同的子載波間隔、不同的CP長(zhǎng)度、不同的TTI長(zhǎng)度、不同的系統(tǒng)帶寬等。例如，不同的信道模型和不同的傳輸模式(單站或多站)可能會(huì)引入不同的時(shí)延擴(kuò)展，因此需要不同的CP長(zhǎng)度。不同的UE速度(最高500Km/h)需要可變的子載波間隔以使多普勒頻移的影響最小化。此外，為了滿足URLLC的低時(shí)延的要求，應(yīng)當(dāng)支持較短的TTI，從而需要較大的子載波間隔。

 

 

b. 頻率選擇性(localization，局部化?)：它有利于采用較高的頻譜效率來(lái)提供可空口的靈活性。

 

 采用多個(gè)子帶的結(jié)合(concatenation)來(lái)支持靈活和可擴(kuò)展的帶寬。

與其它系統(tǒng)的有效共存以及離散頻段的有效利用。5G要實(shí)現(xiàn)較高的頻譜效率，這也需要頻率開(kāi)銷比當(dāng)前LTE OFDM低的波形，尤其在6GHz以下頻譜缺乏的情況下。

有效的異步通信，如mMTC場(chǎng)景和無(wú)需TA的上行eMBB場(chǎng)景，其波形都需要較小的UE間干擾泄漏，這需要由較好的頻率選擇性(局部化？)來(lái)提供。

 

c. 時(shí)間選擇性(localization，局部化?)：這是采用極短TTI進(jìn)行低時(shí)延通信的要求，如URLLC場(chǎng)景。尤其是在TTI較短的情況下，波形的時(shí)間選擇性(？localization)也會(huì)嚴(yán)重影響時(shí)間開(kāi)銷，進(jìn)而影響到頻譜效率。

 

(2) 頻譜效率。

 

5G的峰值頻譜效率為下行30bps/Hz，上行15bps/Hz。基于以下設(shè)計(jì)原則可用于滿足此需求：

 

a. MIMO的友好性。要滿足5G的較高的頻譜效率，只有采用對(duì)常規(guī)MIMO和大規(guī)模MIMO都能夠支持的波形。因此，新波形在和MIMO的整合方面的復(fù)雜度應(yīng)該較低才好，這樣，多徑信道上傳輸時(shí)，波形的符號(hào)間的自干擾(self-ISI)和載波間自干擾(self-ICI)才可以忽略。

 

b. 支持高階調(diào)制。高階調(diào)制如64/256QAM能夠提供較高的頻譜效率，但它對(duì)收發(fā)信機(jī)的EVM要求較高。因此，新的波形在支持高階調(diào)制方面應(yīng)當(dāng)最優(yōu)才行。

 

(3) 下行、上行和side link的統(tǒng)一的波形設(shè)計(jì)。

 

統(tǒng)一的波形設(shè)計(jì)有利于下行、上行、接入共存、D2D以及回傳通信等方面。雖然上下行設(shè)計(jì)原則不同，如上行會(huì)受PAPR和UE的功放的非線性的限制，但是上行和下行波形仍然希望盡可能地相同，以便獲得更好的干擾消除相關(guān)的性能。

 

對(duì)于不同鏈路間的共存，統(tǒng)一波形的好處在于：

 

a. LTE的干擾管理和話務(wù)自適應(yīng)(eIMTA)中，采用動(dòng)態(tài)時(shí)分復(fù)用(TDD)，可以根據(jù)DL/UL話務(wù)比例來(lái)動(dòng)態(tài)對(duì)上下行子幀進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配。兼容的設(shè)計(jì)有利于采用動(dòng)態(tài)TDD來(lái)實(shí)現(xiàn)鏈路間的干擾(DL和UL間)消除，這種干擾采用傳統(tǒng)的先進(jìn)接收機(jī)是難以處理的。

 

b. 采用相同波形的鏈路(接入鏈路或者回傳鏈路)易于采用與LTE的MU-MIMO類似的空間復(fù)用技術(shù)，從而提高頻譜效率。

 

c. 需要考慮D2D和蜂窩鏈路中的side link的聯(lián)合設(shè)計(jì)，如在單頻網(wǎng)(SFN)對(duì)side和蜂窩鏈路傳送進(jìn)行覆蓋增強(qiáng)時(shí)。

 

PAPR降低可以在功放效率和功耗是主要考慮因素時(shí)才考慮采用。

 

(4) 實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。

 

不光要考慮波形本身，還需要考慮其實(shí)現(xiàn)難度，不同的實(shí)現(xiàn)方法對(duì)規(guī)范的影響也不一樣。尤其是，時(shí)域和頻域都可用于產(chǎn)生波形，但其復(fù)雜度有所區(qū)別。再有，在接收機(jī)側(cè)，波形在信號(hào)檢測(cè)和信道估計(jì)/均衡方面的復(fù)雜性應(yīng)當(dāng)合理才行。

 

2.2  R1-162198：Waveform Requirements

 

正文請(qǐng)參見(jiàn)原提案，僅將Proposal拿過(guò)來(lái)學(xué)習(xí)參考。

 

(1)     Proposal1：對(duì)于eMBB(包括毫米波)，波形設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)允許：

   -  下行：頻譜效率高，易于與MIMO整合。

   -    上行：頻譜效率高，小小區(qū)部署時(shí)易于與MIMO整合；宏小區(qū)部署時(shí)，對(duì)于鏈路預(yù)算受限的用戶，支持低的PAPR波形。

 

(2)     Proposal2：對(duì)于mMTC，波形設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)允許：

   -   上行：功放效率高，小數(shù)據(jù)突發(fā)的信令/接入開(kāi)銷低，頻譜效率高不是主要需求。

   -   下行：與eMBB類似，但是需要根據(jù)帶寬來(lái)擴(kuò)展。

 

(3)     Proposal3：對(duì)于URLLC，波形設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)允許：

   -  上行：處理時(shí)延低，對(duì)于鏈路預(yù)算受限的用戶，支持低的PAPR波形。

   -  下行：處理時(shí)延低。

 

(4)     Proposal4：對(duì)于D2D(sidelink)場(chǎng)景，波形設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)允許：

   -  一致的(symmertric)波形。

   -  頻譜效率高。

 

(5)     Proposal5：對(duì)于IAB(綜合接入和回傳)場(chǎng)景，波形設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)允許：

   -   與eMBB上行需求相類似。

 

3. RAN1#84bis(2016/4)中的5G新空口技術(shù)分析摘錄

 

3.1  R1-161172：General design principles for 5G new radio interface: Key functionalities, Samsung

 

LTE中，采用OFDM波形，下行采用OFDMA多址接入技術(shù)，上行采用SC-FDMA。LTE商用部署表明，采用OFDM，收發(fā)信機(jī)的復(fù)雜度合理，且能夠滿足頻譜效率和覆蓋的需求。基于商用經(jīng)驗(yàn)以及分析比較，我們認(rèn)為OFDM仍然是5G新空口的一個(gè)候選項(xiàng)。如果選擇OFDM作為基準(zhǔn)波形，則OFDMA自然就是下行多址技術(shù)的選項(xiàng)了。上行多址技術(shù)則需要考慮OFDMA和SC-FDMA。SC-FDMA對(duì)覆蓋有好處，OFMDA則利于頻譜效率。如果對(duì)所有場(chǎng)景(下行、上行、sidelink、無(wú)線回傳/中繼等)都考慮采用公共的波形，則OFDMA優(yōu)于SC-FDMA。如果考慮不同的設(shè)計(jì)，則SC-FDMA可用于用來(lái)進(jìn)行覆蓋增強(qiáng)。

 

3.2  R1-161222：Design Principles of NR inRAN1，ZTE

 

對(duì)于波形，LTE中廣泛采用了CP-OFDM，因此NR波形應(yīng)當(dāng)具有與CP-OFDM良好地共存的特性。也就是說(shuō)，NR的波形只需要對(duì)CP-OFDM針對(duì)特定場(chǎng)景作一些改變就可以了，比如，需求低的情況下，降低帶外雜散降低和頻域和時(shí)域同步要求，并易于后退(fall back)到CP-OFDM就可以了。更好的一個(gè)選項(xiàng)是FB-OFDM(filter-bank OFDM)，它對(duì)CP-OFDM子載波進(jìn)行濾波，因此可以使用有效的多相(polyphase)濾波器設(shè)計(jì)。CP-OFDM和FB-OFDM的唯一的區(qū)別就是多相濾波器，由于對(duì)每個(gè)子載波的帶外泄漏進(jìn)行濾波，因此該波形的帶外泄漏較低，時(shí)/頻域同步的強(qiáng)壯性較好。如果多相濾波器定義為單抽頭(one-tap)，則FB-OFDM可以很好地后退到CP-OFDM。

 

3.3  R1-162225：Discussion on New Waveform for new radio interface，ZTE

 

為了滿足多種業(yè)務(wù)和場(chǎng)景的需求，5G波形應(yīng)當(dāng)采用統(tǒng)一的架構(gòu)，并支持不同的子帶寬配置(如子載波、子幀長(zhǎng)度、子帶大小等)，波形設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)考慮降低對(duì)相鄰子帶的能量泄漏。

 

LTE中所采用的CP-OFDM及其變形(W-OFDM，即對(duì)時(shí)域OFDM符號(hào)加窗-windowing)可能不適合下一代通信，因?yàn)镃P-OFDM存在帶外泄漏，且CP開(kāi)銷增加。即使CP開(kāi)銷增加，其帶外能量也不能迅速降低且足夠減少，這是的子帶間的保護(hù)帶較大，因此頻譜效率較低。

 

一些候選波形如下：

 

-     Filter Bank MultiCarrier (FBMC)

-     Generalized Frequency Division Multiplexing (GFDM)

-     Universal Frequency MultiCarrier (UFMC)

-     Filtered-OFDM (F-OFDM) 

-     Filter Bank-OFDM (FB-OFDM)

 

根據(jù)頻域的濾波粒度的不同，它們可以分為：

 

   -  類別A：子載波級(jí)脈沖整形法。其特點(diǎn)是，頻域?yàn)V波粒度為子載波，時(shí)域處理方法為脈沖整形，波形技術(shù)包括FBMC、GFDM、FB-OFDM。

   -  類別B：子帶級(jí)IFR濾波法。其特點(diǎn)是，頻域?yàn)V波粒度為子帶，時(shí)域處理方法為IFR濾波，波形技術(shù)包括UFMC、F-OFDM。

 

對(duì)于類別A，子帶信號(hào)的發(fā)送可以在IFFT之后采用多相濾波過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于類別B，基帶信號(hào)的發(fā)送可以在IFFT和CP添加之后采用IFR濾波過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。通常，多相濾波過(guò)程的復(fù)雜度低于IFR濾波過(guò)程。因此，應(yīng)該首選類別A的波形。

 

 

 

比較不同波形的功率譜密度可知，不同波形技術(shù)的CFR(峰值因子消減)性能是不同的。FBMC、GFDM、F-OFDM和FB-OFDM在工作帶寬之外都比OFDM和W-OFDM衰減要快。因此相比OFDM和W-OFDM，它們需要較小的保護(hù)帶來(lái)對(duì)鄰近頻段進(jìn)行隔離，從而提高了頻譜效率。

 

另外，相比IFR濾波法，脈沖整形法可以保證較低的帶外泄漏，尤其對(duì)于鄰近信道而言，從而需要減少的保護(hù)子載波來(lái)保證子帶間的良好隔離，從這個(gè)意義上來(lái)講，類別A也是首選。

 

3.4  R1-162379/162384， Intel

 

R1-162379Overview of new radio access technology requirements and designs

R1-162384： Considerations on waveform selection for new radio interface

 

LTE中采用基于循環(huán)校驗(yàn)(CP)的OFDM支持移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)，它采用單抽頭(single-tap)均衡器來(lái)處理多徑衰落，且易于與高階MIMO算法相適應(yīng)。在新的RAT中，mMIMO和波束賦形是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，因此CP-OFDM可以在eMBB場(chǎng)景下復(fù)用。對(duì)于下行mMTC場(chǎng)景，超低成本的連接設(shè)備需要采用簡(jiǎn)單的接收機(jī)，發(fā)送波束賦形以及空間復(fù)用可以增強(qiáng)覆蓋，為大量用戶提供服務(wù)。因此，OFDM也適用于下行mMTC。類似地，OFDM也適用于URLLC場(chǎng)景，因?yàn)楹?jiǎn)單的收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)大大降低了處理時(shí)間。新的RAT中，上下行還期望采用公共的波形，這樣的話，side-link通信中就不再需要采用額外的接收機(jī)，且易于抵消side-link和/或動(dòng)態(tài)TDD干擾。進(jìn)一步來(lái)講，在網(wǎng)絡(luò)中繼或者UE中繼條件下，公共的UL和DL波形自然支持回傳和接入鏈路的聚合。

 

如果需要支持異步多址接入，則只需要考慮支持相關(guān)URLLC應(yīng)用的設(shè)備，對(duì)其引入時(shí)/頻域偏移處理方面性能強(qiáng)壯的新波形就可以了。對(duì)于UL mMTC場(chǎng)景，由于設(shè)備移動(dòng)性不高，且可能具有較長(zhǎng)的符號(hào)和CP長(zhǎng)度，因此不需要頻繁的上行同步過(guò)程，因此同步多址接入較為現(xiàn)實(shí)。然而，一些上行URLLC場(chǎng)景可能需要異步免調(diào)度多址接入。假定URLLC應(yīng)用在收/發(fā)處理時(shí)延要求較嚴(yán)格，則對(duì)OFDM做一些修改如filtered-OFDM就可能更適合于支持異步多址接入了。

 

對(duì)于大于40GHz的頻段，由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)所需的功耗漸大，且功放效率低，因此需要能效比稿的波形。相對(duì)于單純的單載波發(fā)送技術(shù)，基于DFT-spread OFDM的波形在PAPR和頻譜效率以及FDM&UL功率譜密度等方面的均衡性較好，因此可作為備選波形。另外，采用于信道時(shí)延擴(kuò)展自適應(yīng)的保護(hù)間隔，而不是采用固定CP長(zhǎng)度，更利于降低開(kāi)銷。這些概念與波束賦形的相關(guān)性更大，因?yàn)椴ㄊx形后的信道的有效時(shí)延擴(kuò)展既受傳播環(huán)境的影響，也受發(fā)射/接收波束賦形架構(gòu)的影響。

 

提案R1-162384：Considerations on waveform selection for new radio interface除了對(duì)R1-162379中一些觀點(diǎn)進(jìn)行深入說(shuō)明之外，還對(duì)多種非正交多載波波形以及>40GHz的波形選項(xiàng)進(jìn)行了分析和說(shuō)明，建議進(jìn)一步閱讀和學(xué)習(xí)。

 

3.5      R1-162547/ R1-162548，Spreadtrum

 

R1-162547：Some Considerations on Enabling Radio Technologies for 5G NR

R1-162548： “Considerations on Waveform Design for New RAT”

 

mMTC需要降低信令開(kāi)銷，支持同步上行傳送。由于OFDM對(duì)時(shí)間/頻率偏移比較敏感，因此單個(gè)MTC UE的稀疏傳輸所需的載波形也需要對(duì)時(shí)間/頻率偏移比較強(qiáng)壯。

 

F-OFDM和FBMC等新波形具有正交性且?guī)飧蓴_較低，因此比OFDM更適合于mMTC的異步上行傳送。

 

根據(jù)帶內(nèi)正交性，波形可以分為4大類，即：

 

complex正交：OFDM、SC-OFDM和UFMC。時(shí)域符號(hào)自包含，其中的子載波相互正交。

complex偽正交：F-OFDM。子帶濾波器通常大于CP長(zhǎng)度，因此引入了些微帶內(nèi)干擾。

Real正交：FBMC-OQAM和GFDM-OQAM。采用偏移(offset modulation)調(diào)制。

Non正交：FBMC-QAM和GFDM-QAM以及加窗OFDM。子載波間具有不可忽略的干擾，需要考慮消除。

 

帶內(nèi)干擾主要是由波形的非正交性引起的，在對(duì)解調(diào)性能進(jìn)行評(píng)估時(shí)，它可以被當(dāng)作是額外的噪聲。帶內(nèi)干擾不可忽略時(shí)，接受機(jī)就需要進(jìn)行干擾消除，如采用迭代方法等，由于干擾模式只有在多次解調(diào)后才能夠被評(píng)估出來(lái)。干擾消除與信道古跡、均衡和信道解碼等機(jī)制一起作用時(shí)，處理復(fù)雜度將指數(shù)增長(zhǎng)。尤其當(dāng)正交波形于非正交接入技術(shù)合并時(shí)，處理復(fù)雜度會(huì)相當(dāng)高。對(duì)于正交或者偽正交波形，帶內(nèi)干擾可以忽略，因此不需要考慮這些問(wèn)題。因此，建議優(yōu)先研究正交波形。

 

此外，解調(diào)后的SIR應(yīng)當(dāng)作為一個(gè)鏈路級(jí)的度量，來(lái)對(duì)波性的帶外干擾抑制性能進(jìn)行評(píng)估。對(duì)于采用子帶濾波的波形來(lái)說(shuō)，濾波器長(zhǎng)度也需要根據(jù)解調(diào)性能進(jìn)行優(yōu)化。

 

3.6      R1-162537：Views on NR waveforms，Mitsubishi

 

難以采用一種RAT來(lái)涵蓋所有NR的需求，因?yàn)椴煌脩魣?chǎng)景和不同頻段下的波形和參數(shù)需求(如子載波間隔和CP長(zhǎng)度等)是不同的。因此，需要尋找一種足夠靈活的波形方案，能夠滿足前向和后向兼容性的要求，值此在更高和更寬帶寬上進(jìn)行高速率傳送，且對(duì)不同參數(shù)集共存時(shí)產(chǎn)生的干擾抵抗具有足夠的強(qiáng)壯性。

 

傳統(tǒng)的基于OFDM的波形，如OFDM/SC-FDMA具有靈活、與MIMO自然融合、頻域處理復(fù)雜度較低的特性，因此非常吸引人。近來(lái)，基于OFDM更改的波形引起注意，是因?yàn)樗鼈冊(cè)谝恍┨囟▓?chǎng)景下具有好處。

 

OFDM具有非常靈活的頻域結(jié)構(gòu)以及較好的MIMO整合特性，但是PAPR也較高。采用DFT預(yù)編碼，SC-FDM波形可以獲得與單載波相當(dāng)?shù)陌j(luò)(envelope)特性。SC-FDM波形具備OFDM的主要優(yōu)點(diǎn)，但其采用強(qiáng)壯的信道編碼也會(huì)帶來(lái)一些性能損失DFT預(yù)編碼顯著降低了OFDM的包絡(luò)變化(envelope variations)。對(duì)于QPSK，OFDM的立方量度(cubicmetric)為4.7dB，而SC-FDM則降到了1.96dB。CCD曲線表明INP為10^(-3)時(shí)，CCDF上降低超過(guò)2.5dB。這些低的波羅變化或明SC-FDM適于能量消耗較低、路徑損耗高或者覆蓋受限的場(chǎng)景。尤其在高頻和大的連續(xù)帶寬的情況下。

 

 

下圖為5MHz帶寬下、單用戶、5RB分配條件下的SC-FDM和OFDM的瞬時(shí)名義功率。

 

 

正是由于這些特性，SC-FDM和OFDM才是NR的候選波形。由于NR頻段可能在100GHz以上，因此波形設(shè)計(jì)也取決于頻率范圍。高頻所需帶寬較大，天線增益高也會(huì)形成更窄的波束，還需要應(yīng)對(duì)范圍減小(reduced range)、高相位噪聲以及多普勒頻移高等方面的挑戰(zhàn)，這都需要采用合適的波形和參數(shù)設(shè)計(jì)(如能量效率高、依靠頻率的子載波間隔和/或?qū)ьl密度)來(lái)解決。

  

 

建議根據(jù)頻率范圍來(lái)來(lái)進(jìn)行波形設(shè)計(jì)。

  

對(duì)于低的SHF頻段(如厘米波、3.5~10GHz)，OFDM能夠地抗多徑衰落且具有高的復(fù)用增益，因此是一個(gè)很好的候選波形。在EHF頻段(>30GHz的毫米波)，SC-FDM波形適于解決較高路徑衰耗下的覆蓋受限問(wèn)題。在高SHF頻段的中間部分，OFDM和SC-FDM都可以作為候選，在DL和UL上應(yīng)當(dāng)根據(jù)場(chǎng)景進(jìn)行選擇。遠(yuǎn)離基站的離散用戶可以使用能效高的基于SC-FDM的波形來(lái)擴(kuò)展覆蓋，而基站近處的用戶則可以受益于基于OFDM的波形的靈活性。

 

 

直角整形(Rectangular-shaped)的OFDM類波形(非濾波)在用戶間需要嚴(yán)格的頻率和時(shí)間同步，以便維持正交性，并具有相當(dāng)?shù)偷乃プ兟?decay rate)(高的帶外(OOB)輻射功率)。

 

雖然LTE/LTE-A中在CP插入后沒(méi)有定義濾波機(jī)制，但實(shí)際實(shí)現(xiàn)中，通常采用濾波來(lái)將OOB泄漏抑制到標(biāo)準(zhǔn)頻譜模板(mask)內(nèi)。除了考慮復(fù)雜性和在低頻段與LTE/LTE-A的OFDM共存寨外，還需要考慮這些增強(qiáng)手段的有效性。

 

NR設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)對(duì)SC-FDM/OFDM增強(qiáng)以降低OOB泄漏，且對(duì)波形影響最小化。

 

-    擴(kuò)展CP OFDM：通過(guò)對(duì)原始OFDM信號(hào)添加帶內(nèi)干擾使得連續(xù)(consecutive)的OFDM符號(hào)不連續(xù)，從而降低OOB泄漏。同時(shí)， CP大小以及接收機(jī)復(fù)雜度也增加了(需要引入迭代交換機(jī)來(lái)抑制帶內(nèi)干擾)。

 

-    Zero-tailSC-FDMA： 插入可變長(zhǎng)度的0序列來(lái)替代CP(根據(jù)每個(gè)用戶的新到時(shí)延擴(kuò)展)。這使得某些場(chǎng)景下的頻譜效率得到增強(qiáng)，且OOB泄漏較低。去除CP要求可變的zerotail長(zhǎng)度(需要采用信令表示)。單載波接收機(jī)側(cè)的DFE也可以采用空CP來(lái)實(shí)現(xiàn)。

 

-    在SC-FDMA中插入靜態(tài)序列也可以降低OOB泄漏。在DFT前插入靜態(tài)序列，想比OFDM，可以在ACLR=-45dBc時(shí)獲得約3dB的回退增益。不同UE采用不同的靜態(tài)序列可以實(shí)現(xiàn)靜態(tài)序列的復(fù)用，使得多種參考信號(hào)的容量得到增強(qiáng)。

 

對(duì)于基于OFDM的傳統(tǒng)載波，還可以采用濾波器在子載波或者載波組級(jí)別進(jìn)行一些修改。

 

-    FBMC(Filter bank Multicarrier)：在過(guò)采樣域進(jìn)行濾波，增強(qiáng)大的傳播時(shí)延下的性能，并獲得快速的旁瓣衰減(OOB低)。通常，基于OQAM，對(duì)MIMO的支持性比OFDM要差。

 

-    GFDM(Generalized Frequency Division Multiplexing)：與FBMC非常類似，采用更短的CP，尤其適于非連續(xù)頻段。接收機(jī)需要處理內(nèi)在的載波間干擾。

-    UFMC(UniversalFiltered Multicarrier)：在子載波組的基礎(chǔ)上執(zhí)行帶通濾波，有效降低了OOB泄漏，增強(qiáng)了抵抗頻率同步較差時(shí)的載波干擾。可用于采用不同參數(shù)集的用戶。實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度相當(dāng)高。

 

3.7 R1-163867， CMCC

多種候選波形，如OFDM、f-OFDM、UFMC、FBMC、GFDM以及OTFS等。

 

3.8 R1-162882，5G New Radio physical layer requirements and key technology implications，Nokia

 

多載波OFDM波形適于40GHz以下的eMBB場(chǎng)景，但未必適合于mMTC業(yè)務(wù)和40GHz的eMBB場(chǎng)景。這些場(chǎng)景應(yīng)當(dāng)考慮單載波波形。

 

 

 

3.9      R1-162929, Overview of OTFS Waveform for Next Generation RAT (提議者：Cohere Technologies, AT&T, CMCC, Deutsche Telekom, Telefonica, Telstra)

 

提出一種新的2D調(diào)制技術(shù)，稱為OTFS(正交時(shí)頻&空間)。詳細(xì)描述請(qǐng)參見(jiàn)原提案。