载波间距变大，nr技术如何应对性能挑战？-晟辉智能制造

这是一个非常核心的5G NR设计理念，理解它就等于理解了5G如何根据不同场景进行灵活部署。

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核心思想：从“一招鲜”到“量体裁衣”

在4G LTE时代，载波间距是相对固定的（15kHz），整个网络都使用这个“一刀切”的参数，而5G NR的设计哲学是灵活性和场景化，它引入了可变的子载波间距。

载波间距变大，本质上是牺牲一定的覆盖范围和抗多径能力，来换取更高的峰值速率和更低的时延。

5G NR要满足三大应用场景：eMBB（增强移动宽带）、uRLLC（超高可靠低时延通信）和mMTC（海量机器类通信），载波间距的灵活调整正是为了精准匹配这些场景的需求。

问题： 5G的目标之一是提供“千兆级”的峰值速率，要实现高速率，就需要非常大的系统带宽，如果继续使用LTE时代15kHz的小间距，要凑出100MHz甚至更大的带宽，需要的子载波数量会极其庞大，导致实现复杂度急剧上升，对终端的处理能力要求也过高。
解决方案： 增大载波间距。
- 关系： 带宽 ≈ 子载波间距 × 子载波数量。
- 举例： NR定义了15/30/60/120/240/480 kHz等多种SCS，要实现100MHz带宽：
  - 使用15kHz SCS：需要约6667个子载波。
  - 使用60kHz SCS：只需要约1667个子载波。
- 更大的SCS可以用更少的子载波构成相同的带宽，大大降低了系统复杂度和终端成本，是实现大带宽、高数据率的基础。

问题： 自动驾驶、远程医疗等场景要求极低的通信时延，时延主要来源于传输时间间隔，TTI是数据包发送和接收的时间窗口，TTI越短，时延越低。
解决方案： 增大载波间距。
- 关系： TTI的长度（以符号计）是相对固定的，但每个符号的持续时间与SCS成反比。
  - SCS越大 -> 每个OFDM符号的持续时间越短 -> TTI的总时长越短 -> 时延越低。
- 举例：
  - LTE (15kHz SCS): 一个OFDM符号约66.7微秒。
  - NR (60kHz SCS): 一个OFDM符号约16.67微秒。
- 增大SCS是降低时延最直接有效的方法之一，为uRLLC场景提供了可能。

问题： 在高速移动的场景下（如高铁），多普勒效应非常显著，会导致信号的频率发生快速偏移，破坏子载波之间的正交性，从而引发严重的载波间干扰，导致通信质量急剧下降甚至中断。
解决方案： 增大载波间距。
- 关系： 更大的SCS意味着子载波之间的“距离”更远，这使得单个子载波能容忍更大的频率偏移（即多普勒频移）而不至于干扰到邻近的子载波。
- 更大的SCS天然对多普勒效应不敏感，因此在高速移动场景下具有更好的鲁棒性，能保证连接的稳定性。

任何设计都是一种权衡,增大SCS也不例外。

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覆盖范围缩小： 这是最大的代价，OFDM符号持续时间变短，意味着其循环前缀也相应变短或数量减少，较短的CP无法有效补偿长距离的信号时延扩展，导致多径信号产生干扰，因此覆盖半径会显著减小。
对多径效应更敏感： 同样是由于CP变短，在复杂城市环境等强多径场景下，性能会下降。
控制信道开销可能增加： 在某些配置下，为了维持控制信道的鲁棒性，可能需要占用更多的资源来承载控制信令。

NR通过引入“Numerology”这一概念来实现SCS的灵活配置，一个Numerology由一个子载波间隔和一个循环前缀长度共同定义。

Numerology Index (μ)	子载波间距	OFDM符号时长 (不含CP)	主要应用场景
0	15 kHz	67 μs	覆盖广、移动速度慢、传统物联网
1	30 kHz	33 μs	城市热点、中高速移动
2	60 kHz	67 μs	高速移动、低时延业务
3	120 kHz	33 μs	超低时延、毫米波通信
4	240 kHz	17 μs	毫米波、极高带宽
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NR技术中载波间距变大，是一个主动的、为特定场景优化的设计选择。

它不是简单地“变好”或“变坏”，而是一种性能的权衡：

这种灵活性是5G NR能够一网多用，同时满足从广覆盖物联网到超高可靠低时延通信等多样化需求的关键所在，它让5G网络不再是“千篇一律”，而是能够根据业务需求进行“量体裁衣”的智能网络。

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