子载波间隔是基于正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）的5G系统的关键参数之一。子载波间隔越大，OFDM符号长度、时隙长度相应缩小，有利于在数据传输时减小时隙边界对齐时延、数据包传输时间等[6]，整体上降低空口用户面时延；但子载波间隔越大，对抗多径能力变差[4]。在5G毫米波技术研发试验中，综合考虑多方面因素影响，明确5G毫米波业务信道物理下行共享信道（Physical Downlink Shared Channel，PDSCH）/物理上行共享信道（Physical Uplink Shared Channel，PUSCH）的子载波间隔取120 kHz，相应一个时隙的长度为0.125 ms。

在帧结构上，5G标准支持以时隙为基础进行半静态配置和动态配置[4-5]。基于120 kHz子载波间隔、0.125 ms时隙长度，5G毫米波技术研发试验中研究了下列3种帧结构。

Option 1: DDDSU；Option 2: DDSUU；Option 3:DSUUU。

其中，D为下行时隙，U为上行时隙，S为特殊时隙（一个时隙包括14个OFDM符号，S时隙典型配置为10个下行符号、2个符号作上下行的保护间隔、2个上行符号）。这3种帧结构的周期都是0.625 ms，均通过半静态方式配置；区别在于下行时隙、上行时隙的比例不同，由此导致上下行峰值速率与容量上存在明显差异。

按照毫米波终端上下行2流MIMO传输、64QAM调制等典型配置，不同系统带宽、不同帧结构时终端的下行、上行峰值速率经计算如表2所示。

表2 5G毫米波终端理论峰值速率

而对于覆盖、用户面时延等性能，经分析或仿真可以看出，上述3种帧结构的差异较小，不是影响帧结构选择的主要因素。

上述3种毫米波帧结构的周期均为0.625 ms，仅相当于2.6 GHz、3.5 GHz频段5G系统帧周期的1/4或1/8，有利于降低空口传输时延。实际测试表明，5G毫米波系统空口用户面单向时延可低至1 ms ~ 1.5 ms，明显低于5G中频段系统。

毫米波将面向室内外热点、大型场馆等应用场景，既有下行业务为主的场景，也要考虑上行业务为主的应用场景（如高清/超高清视频上传）。因此，从需求角度看，希望毫米波的帧结构能灵活配置，适应不同场景的需求。从技术可行性上看，毫米波具有传播与穿透损耗大、覆盖距离小的特点，具备根据局部区域业务上下行比例灵活设置帧结构的可行性。

在前期的5G毫米波技术研发试验中，毫米波基站、终端普遍支持上述Option 1（DDDSU）帧结构，这种帧结构以下行时隙为主，适合于下行业务为主的应用场景。针对上行带宽需求特别高的应用场景，当前业界也在逐步实现上述Option 3（DSUUU）等上行增强的帧结构，通过在时域上给上行链路分配更多资源，这样相同系统带宽上可大幅提升上行速率与容量。建议在5G毫米波的商用中根据具体应用场景对上、下行容量的不同需求，灵活配置帧结构。

2.3 波束管理与波束图样设计

为了弥补信号传播损耗大的影响，5G毫米波采用了大规模天线技术，并基于实现复杂度、成本和功耗等因素综合考虑，采用数字与模拟混合波束赋形方式，在基站与终端间通过宽度较窄、增益较高的波束进行通信。考虑到基站需要覆盖一定的范围（如水平方向120°、垂直方向30°），因此系统需要设计一组窄波束，通过波束的扫描来实现无缝覆盖，这组波束的设计方案可称之为“波束图样”。由于终端移动或无线环境变化，需要对基站与终端间的收发波束进行管理，以维持基站与终端的收发波束对齐，保证良好的通信性能。为此，3GPP R15标准设计了包括波束选择、波束测量与上报、波束切换、波束指示等一系列机制来支持毫米波的波束管理过程[7]。

5G毫米波系统的波束图样设计，可采用如下两种方案。

方案 1：基于同步广播信息块（Synchronization Signal/Physical Broadcast Channel，SS/PBCH）的波束方案。

方案2：基于SS/PBCH的较宽波束+基于信道状态信息参考信号（Channel-State Information-Reference Signal，CSI-RS）的窄波束相结合方案，即两级波束。

波束图样多采用水平与垂直结合的三维立体形式，即在垂直方向分为若干层，每一层在水平方向又分为若干个波束。图2是3种波束图样的示意图。其中，（a）是按照方案1设计的基于SS/PBCH的波束图样，垂直方向分为4层、每一层又分为6个波束，一共有24个波束。按照方案1设计的波束图样，业务信道与控制信道的发送、接收均基于SS/PBCH波束进行，波束管理过程相对简单。但由于SS/PBCH需要周期性发送，如果配置数目较多的SS/PBCH波束，则SS/PBCH将占用较多的时频资源开销。

图2 毫米波波束图样示例

图2中(b) (c) 均为按照上述方案2设计的两级波束图样，区别在于图( c) 中波束数目更多，波束更窄。以图(b) 为例，在一个较宽的 SS/PBCH波束（如“0”号波束）内又进一步基于CSI-RS设计细分为2个窄波束（即“0-0”“0-1”波束）。在这种两级波束图样下，较少数目的SS/PBCH波束有利于降低开销，有利于UE初始波束搜索；较多的CSI-RS窄波束可进一步优化波束，提升覆盖性能。

毫米波的波束图样设计需要综合考虑覆盖场景、系统资源开销、用户行为模式变化和实现复杂度等因素，根据实际应用场景合理选择。建议在今后的商用中，通过多种场景下的测试验证形成波束图样库，根据覆盖场景选择最优的波束图样。

2.4 5G毫米波的组网方式

在组网方式上，存在5G毫米波与5G中低频协同组网或毫米波完全独立组网等多种方式。考虑5G毫米波覆盖距离小、易受遮挡等特点，5G毫米波可与5G中低频协同组网，利用连续覆盖的5G中低频网络为用户提供控制面连接，5G毫米波则主要提供大带宽的用户面数据传送。具体而言，5G毫米波与5G中低频的协同组网又有载波聚合（Carrier Aggregation，CA）、双连接（Dual Connectivity，DC）这两种方式。所谓载波聚合，即 5G中低频作为主载波、毫米波作为辅载波，在无线链路控制（Radio Link Control，RLC）层实现数据分流，分别在5G中低频、毫米波链路上传送。而双连接指5G中低频作为主节点，毫米波作为辅节点，在分组数据汇聚协议（Packet Data Convergence Protocol，PDCP）层实现数据的分流。