為什么5G信號能比4G延遲大大縮短？

5G與4G相比，主要體現在以下方面：

1.增強移動寬帶：5G下載速率理論值將達到20Gb/s，它的速率足足是4G的20倍。從純粹的理論角度來說，下載同樣大小的文件，5G的下載時間可以減少至4G的1/20左右。

2.超高可靠、超低延時通信：5G的理論延時是1毫秒，是4G延時的幾十分之一，幾乎可以達到準實時的水平。

3.大規模物聯網：5G單通信節點（基站）可連接的終端數量理論值將達到百萬級別，是4G的十倍以上。目前，中國聯通已成立了5G創新中心，在全國16個城市開展5G規模試點（它們分別為沈陽、天津、青島、南京、上海、杭州、福州、深圳、北京、雄安、鄭州、成都、重慶、武漢、貴陽、廣州。），并于2018年8月啟動了首批5G基站的建設。

為了滿足新一代移動通信業務的需求，5G系統的時延必須比4G小得多。URLLC業務要求DL和UL的時延為0.5ms，而eMBB業務要求DL和UL的時延為4ms。怎么實現呢？改變空口物理層的幀結構。 為了降低時延，5G曾經考慮過設計一種子幀的時長非常短（顯著地小于LTE的1ms子幀）的幀結構。

在4G LTE的1ms子幀的幀結構下，實際的時延達到了幾十毫秒，甚至上百毫秒，因此我們的本能反應就是減少子幀的時長。如果將子幀減少到0.5ms，或許我們就能比較容易地實現1ms左右的時延。 減少子幀的時長還有一個理由。由于下一代移動網絡將使用高頻頻段，特別是毫米波，因此子載波的間隔一定會加大；否則，如果還使用15KHz的子載波間隔，那么多普勒效應等因素一定會造成頻偏干擾。由于OFDM的固有屬性，子載波間隔加大時，OFDM符號的時長一定會縮小。這樣，如果每個子幀中的OFDM符號數量不變的話，子幀的時長也一定會縮小。

但是，和我們之前設想的不一樣，5G NR繼續使用了1ms的子幀；為此付出的妥協是，不再堅持1個子幀中一定包含14個OFDM符號。當子載波間隔是15KHz時，1個5G NR子幀仍然包含14個OFDM符號，與4G LTE一樣；當子載波間隔是30KHz時，1個5G NR子幀里有28個OFDM符號（2個slot）；當子載波間隔是60KHz時，1個5G NR子幀里有56個OFDM符號（4個slot）；當子載波間隔是120KHz時，1個5G NR子幀里有112個OFDM符號（8個slot）；當子載波間隔是240KHz時，1個5G NR子幀里有224個OFDM符號（16個slot）。因此，每個OFDM的時長縮短了，每個slot的時長也縮短了，但子幀的時長不變。

那么，怎么實現降低時延的目標呢？解決方案是以OFDM符號為單位調度資源，而不是以子幀為單位調度資源。 在LTE TDD中，UL/DL的資源分配是以子幀為單位的。如下圖所示，一共有7種配置方案，DL、UL和GP是在子幀0和子幀9之間分配。 5G NR TDD中，DL/UL資源分配是以OFDM符號為單位的。38.211定義了62中TDD格式，在每個slot的符號0和符號13分配DL或者UL資源。 5G NR的幀結構還能通過快速的HARQ ACK、動態TDD、以及時長可變的數據傳輸（比如，為URLLC提供小時長的數據傳輸，而為eMBB提供大時長的數據傳輸）來降低時延。5G NR的幀結構設計遵循三個基本原則。

基本原則一：數據傳輸是自包含（self-contained）的。一個slot或者一個beam中的數據包都可以靠自己進行解碼，不需要依靠別的slot或者別的beam的數據信息。為了實現這一點，控制信號和參考信號都被安置在每個slot（或者slot組）的開始部分。這就大大加快了解碼速度，降低了時延。

基本原則二：數據傳輸在時域和頻域都處于集中狀態。將數據消息集中起來，便利于將來引入新型的數據傳輸，并與現有的數據傳輸類型共存。5G NR的幀結構不會再將控制信道（如PDCCH信道）分散分布于整個系統帶寬上。

基本原則三：slot之間或者不同傳輸方向之間避免靜態的或者嚴格的時間同步關系。比如，5G NR使用異步HARQ，以取代4G LTE使用的同步HARQ所需要的預先固定的時間同步。

5G NR的幀結構大大加快了HARQ ACK，可以在1個子幀內完成DL數據下發，并且收到UE對這個DL數據的ACK。因為在TDD網絡中，UE一邊接收DL數據，一邊就開始著手解碼；而在GP時間內，UE能夠準備好HARQ ACK；一旦從DL傳輸切換到UL傳輸，就能夠及時將HARQ ACK發送出去。