5G NR의 5G 기본 원리/핵심 기술

주요 참조: 5G 이동 통신을 간단히 설명/Liu Yi 등 편집 —Beijing: Machinery Industry Press, 2019.1

5G NR(New Air Interface)의 핵심 기술에는 변조 방식, 파형, 프레임 구조, 참조 신호 설계, 다중 안테나 전송, 채널 코딩 등이 포함됩니다.

1. 변조 방식

변조는 주로 데이터 채널을 겨냥하고 제어 채널과 방송 채널은 약간 다릅니다. 기본 원리: 하나의 기호는 진폭과 위상에 따라 여러 비트를 나타낼 수 있으며 스펙트럼 효율성은 기하급수적으로 향상될 수 있습니다.예를 들어 16QAM에서 하나의 기호는 4비트를 전달할 수 있습니다.

표 1 3G에서 5G 데이터 채널의 변조 방식
3G	4G	5G
QPSK(Quad-Phase Shift Keyed, Quadrature Phase Shift Keying) 16QAM(직교 진폭 변조, 직교 진폭 변조)	QPSK 16QAM 64QAM	π/2-BPSK(Binary Phase Shift Keying, Binary Phase Shift Keying): 피크 대 평균 전력비 감소, 낮은 데이터 속도 신호의 셀 에지 커버리지 및 전력 증폭기 효율 개선 QPSK 16QAM 64QAM 256QAM: 시스템 용량 증가

변조 매핑 공식은 5G 프로토콜에 주어져 있으며, 모든 매핑이 동일한 평균 전력을 갖도록 하기 위해서는 매핑을 정규화해야 합니다. 출력 데이터는 매핑된 복소수 값에 정규화된 수량을 곱하여 얻을 수 있습니다.

2. 채널 코딩

채널 코딩 선택의 기본 원칙:

코딩 성능: 오류 수정 기능 및 코딩 중복률;
코딩 효율성: 복잡성 및 에너지 효율성;
유연성: 증분 중복의 하이브리드 자동 재전송을 지원할 수 있는지 여부에 따라 인코딩된 데이터 블록의 크기입니다.

5G NR의 데이터 채널은 저밀도 패리티 체크 코딩 (LDPC)을 채택하고 제어 채널은 폴라 코딩 (Polar) 을 채택합니다 .

LDPC 인코딩: 패리티 검사 행렬로 정의되며 각 행은 코딩된 비트(비트)를 나타내고 각 열은 패리티 검사 방정식을 나타냅니다. 5G NR의 LDPC 인코딩은 준순환 구조(패리티 검사 행렬은 더 작은 기본 행렬로 정의됨)와 속도 호환 구조(기본 행렬은 높은 속도로 인코딩될 수 있음)를 채택합니다.
폴라 코드: 주로 5G 네트워크 레이어 1 및 레이어 2의 제어 신호에 사용됩니다.

3. 새로운 파형

5G의 새로운 파형은 세 가지 주요 사용자 시나리오, 즉 eMBB, mMTC 및 URLLC를 지원하는 데 필요합니다. 다양한 시나리오에 대한 부반송파와 같은 유연한 무선 인터페이스 매개변수 세트 (Numerology)를 채택하고 신호 및 제어 부하를 최소화하여 효율성을 향상시킬 필요가 있습니다 .

LTE 시스템의 OFDM 파형은 스펙트럼 효율이 높고 구현이 용이하며 다중 경로 페이딩에 대한 효과적인 저항 특성을 가지고 있으므로 5G 시스템은 여전히 OFDM 기반 파형 설계를 고려합니다. 그러나 LTE 시스템은 고정된 부반송파 간격 및 심볼 길이(여러 이동성 시나리오를 지원할 수 없음)와 큰 스펙트럼 사이드 로브(반송파 간 간섭 ICI 및 심볼 간 간섭 ISI 생성)라는 두 가지 주요 단점이 있습니다 .

4. 유연한 프레임 구조

5G는 5M 미만의 LTE 셀 대역폭을 상쇄하고 큰 대역폭은 5G의 일반적인 특징입니다.

6GHz 이하 셀의 최대 셀 대역폭은 100M입니다.
밀리미터파의 최대 셀 대역폭은 400M입니다.

5G NR은 여러 개의 서로 다른 부반송파 간격 (Subcarrier Spacing) 유형을 사용 하고 4G는 단일 15kHz 부반송파 간격만 사용합니다. 5G NR은 파라미터 μ를 사용하여 부반송파 간격을 설명합니다.

주파수 영역의 리소스 블록(RB)은 12개의 부반송파를 포함하는 것으로 정의되며, 부반송파 간격이 다르면 RB 주파수 영역 리소스의 크기가 다르고 gNB에서 지원하는 단일 반송파 대역폭도 다릅니다.

표 2 gNB에서 지원하는 단일 캐리어 대역폭
중	MinRB	MaxRB	부반송파 간격 (kHz)	FreqBW 분 (MHz)	FreqBW 최대 (MHz)
0	24	275	15	4.32	49.5
1	24	275	30	8.64	99
2	24	275	60	17.28	198
삼	24	275	120	34.56	396
4	24	138	240	69.12	397.44
5	24	69	480	138.24	397.44

시간 영역에서 물리적 자원을 구분하는 측면에서 샘플링 시간을 계산하는 공식은 다음 과 같습니다 .

시간 영역에서 5G는 4G와 동일한 무선 프레임(10ms)과 서브프레임(1ms)을 사용하지만 서브프레임 내 타임 슬롯의 개수가 다르고 각 타임 슬롯에 정의된 심볼의 수도 다르다. 구성 유형에 따라 다릅니다. 5G의 다양한 시간 영역 구성이 그림에 나와 있습니다.

5. 물리 계층 참조 신호 재설정

통신 과정에서 미리 정의된 표준 참조 신호 X와 실제로 수신된 참조 신호 Y에 따라 방정식의 행렬 H의 고유값을 계산한 다음 구성 H를 코히어런트 검출, 복조, 추정에 적용합니다. 기타 알려지지 않은 데이터 신호 등 5G 빔포밍 기술은 유사한 빔포밍 매트릭스 가중치를 해결하는 데에도 도움이 됩니다.

네트워크 에너지 효율(에너지 활용 효율)을 개선하고 이전 버전과의 호환성을 보장하기 위해 5G NR 참조 신호는 주로 복조 참조 신호(DM-RS), 위상 추적 참조 신호(PT-RS), 측정 참조 신호(SRS)의 네 가지 유형을 포함합니다. ) 및 채널 상태 정보 참조 신호(CSI-RS).