我們都已經很熟悉LTE及其使用的OFDM調製技術。經過一番挑選和權衡，5G NR最終判定，OFDM依然是最適合它的的調製技術。OFDM能夠很好地抵禦時間色散（即由於多徑傳播信號的不同路徑的時延差別造成符號間幹擾）對通信質量的影響；OFDM能夠用簡便的方法實現對時域資源和頻域資源的充分利用；這些都是OFDM能夠戰勝FBMC、GFDM、UFMC等對手的重要原因。和LTE在上行鏈路使用DFT-S-OFDM不同，5G NR的上行鏈路基本上使用與下行鏈路一樣的常規OFDM，因為對於具有空間復用功能的接收機來說，常規OFDM更有利於簡化設計，而且可以統一上、下行鏈路的傳輸機制。DFT-S-OFDM仍然保留作為5G NR上行鏈路的輔助調製方式，因為在有些場景下，需要用到它峯均比低、功率放大效率高的優勢。

為了支持多種多樣的部署場景，適應從低於1GHz到毫米波的頻譜範圍，5G NR支持靈活可變的OFDM numerology，其子載波間隔可以在15KHz到240KHz的範圍內選擇，相應的循環前綴（CP，cyclic prefix）同時進行成比例的調整。5G NR的子載波間隔為15X2^n KHz，其中n為整數，而15KHz是4G LTE使用的子載波間隔。擴展係數2^n意味著不同的numerology的時隙和OFDM符號在時域是對齊的，這對於TDD網路有著重要的意義。參數N的選擇取決於很多因素，包括部署的方式（FDD或者TDD）、載頻、業務需求（時延、可靠性和數據速率）、硬體品質（本地晶振的相位雜訊）、移動性，以及實現複雜性。比如，設計大的子載波間隔的目的是支持時延敏感型業務（URLLC）、小面積覆蓋場景，和高載頻場景，而設計小的子載波間隔的目的是支持低載頻場景、大面積覆蓋場景、窄帶寬設備，和增強型廣播/多播（eMBMSs）業務。

為什麼子載波間隔的下限是15KHz，而上限是240KHz？簡單地說，相位雜訊和多普勒效應決定了子載波間隔的最小值，而循環前綴CP決定了子載波間隔的最大值。

我們當然希望子載波間隔越小越好，這樣在帶寬相同的情況下，能夠傳輸更多的數據。但如果子載波間隔太小，相位雜訊會產生過高的信號誤差，而消除這種相位雜訊會對本地晶振提出過高要求。如果子載波間隔太小，物理層性能也容易受多普勒頻偏的幹擾。為什麼子載波間隔為15KHz時，不需要擔心相位雜訊和多普勒效應呢？3GPP設計Release 8 LTE規範時曾做過詳盡的研究比較，這裡就不贅述了。

如果子載波間隔的設置過大，OFDM符號中的CP的持續時間就太短。設計CP的目的是儘可能消除時延擴展（delay spread），從而克服多徑幹擾的消極影響。CP的持續時間必須大於信道的時延擴展，否則就起不到克服多徑幹擾的作用。因此，CP時長（或者說信道的時延擴展）決定了子載波間隔的最大值。對sub 6GHz頻段和毫米波頻段的實際測量發現，不同頻段的時延擴展差不多，基本不受頻率高低的影響；而且，與非視距（NLOS）場景相比，視距（LOS）場景下的時延擴展小得多。時延擴展的最大均方根值（RMS）是0.2微秒，這決定了最大子載波間隔是240KHz，因為根據OFDM的技術特點，當子載波間隔是240KHz時，CP時長是0.2915微秒，剛好大於0.2微秒。

在帶寬上限是400MHz的前提下，可以使用的子載波最大數量是3300個，因此不同子載波間隔的最大帶寬也不同——15/30/60/120 kHz子載波間隔對應的最大帶寬分別是50/100/200/400 MHz。如果需要更大的帶寬，則需要用到載波聚合技術。

儘管NR的物理層規範適用所有的頻率，但並不是所有的numerologies都適合所有的頻率。3GPP當前只分配了2個頻段給5G使用：0.45GHz—6GHz的頻段稱為FR1頻段，而24.25GHz—52.6 GHz的頻段稱為FR2頻段。6GHz—24.25GHz之間的頻段目前還沒有被分配使用。FR1頻段可以使用子載波間隔為15/30/60KHz的numerologies，而FR1頻段可以使用子載波間隔為60/120KHz的numerologies。子載波間隔為240KHz的numerology只能用於同步信道（PSS，SSS和PBCH），不能用於數據信道（PDSCH、PUSCH等）；子載波間隔為60KHz的numerology只能用於數據信道（PDSCH、PUSCH等），不能用於同步信道（PSS，SSS和PBCH）；其它的numerologies既能夠用於數據信道，也能夠用於數據信道。

LTE中，所有的終端都支持最大20MHz的載波帶寬。但在5G NR中，由於其帶寬比較大，要求所有終端都支持最大的載波帶寬並不合理。為了減少終端的能耗，5G NR允許進行終端自己對接收帶寬進行調整。帶寬調整機制意味著，終端可以平時使用適度的帶寬監測控制信道，並且以適度的數據速率接收數據，然後只有在需要時，啟用大的接收帶寬，以很高的數據速率來接收大流量數據。

為了實現上述功能，5G NR定義了帶寬分塊（bandwidth parts）機制，來指示當前終端判定用來接收數據（基於某個特定的numerology）的某個帶寬範圍。如果一個終端能夠同時接收幾個帶寬分塊（bandwidth parts），那麼原則上，這個終端就有可能在一個載波上，混合不同numerologies傳輸的數據，儘管Release 15仍然只允許終端激活一個帶寬分塊（bandwidth parts）。

在時間域，5G NR幀的基本單元是時長為10ms的無線幀。每個幀由10個時長為1ms的子幀組成。每個子幀由若干個時隙組成；每個時隙包含14個OFDM符號。每個子幀內的時隙數量，取決於使用哪一個numerology。

5G NR幀結構上與LTE有很大的差別。即便選擇與LTE一樣子載波間隔為15KHz的numerology，幀結構也有明顯區別。LTE的子幀由2個0.5ms的slot（時隙）組成。如果使用normal CP，那麼每個slot（時隙）由7個OFDM符號組成。而子載波間隔為15KHz的5G NR中，每個子幀只包含1個slot（時隙），也就是說每個幀裏只包含了總共10個slot，而不是LTE中的每個幀20個slot。如果使用normal CP，每個5G NR slot（時隙）由14個OFDM符號組成，而不是LTE中的每個slot 7個OFDM符號。當然每個LTE子幀和每個子載波間隔為15KHz的5G NR子幀都由14個OFDM子幀組成，這有利於LTE與5G NR的共存。

由於每個5G NR時隙內的OFDM符號數量是固定的14個，因此如果使用較大的子載波間隔，每個時隙的持續時間就會縮短——原則上，這能被用於實現較低時延的數據傳輸，但是由於循環前綴（CP）也隨著子載波間隔的增大而縮短，因此不適用所有的部署場景。基於上述考慮，5G NR使用一種更有效率的機制來實現低時延，即允許一次傳輸一個時隙的一部分，也就是所謂的「迷你時隙（mini-slot）」傳輸機制。一個迷你時隙最短只有1個OFDM符號。這種傳輸機制還能被用於改變數據傳輸隊列的順序，讓「迷你時隙（mini-slot）」傳輸數據立刻插到已經存在的發送給某個終端的常規時隙傳輸數據的前面，以獲得極低的時延。這種不需要拘泥於在每個時隙的開始之處開始數據傳輸的特性，在使用非授權頻段的場景中是特別有用的。在非授權頻段，發射機在發送數據前，需要確定無線信道沒有被其它傳輸佔用，即使用所謂的LBT（listen-before-talk）策略。顯然，一旦發現無線信道有空，就應該立刻開始數據傳輸，而不是等這個時隙結束，下一個時隙開始。等到下一個時隙開始時，無線信道可能又被另一個傳輸佔用了。

「迷你時隙（mini-slot）」在使用毫米波載頻的場景中也非常有用。由於毫米波載頻的帶寬很大，往往幾個OFDM符號就足夠傳輸完數據負荷，不需要用到1個時隙的14個OFDM符號。「迷你時隙（mini-slot）」特別適合於模擬式波束賦形一起使用，因為使用模擬式波束賦形時，傳輸到多個終端設備的不同波束無法在頻域實現復用，只能在時域復用。

與LTE不同，5G NR沒有小區專用參考信號（CSRS），只有用戶專用的解調參考信號（DMRS）用於信道估測。用戶專用的解調參考信號（DMRS）足以支持波束賦形和多天線操作，也與前面提到的極簡主義（ultra-lean）設計風格相符合。與小區專用參考信號不同，DMRS只有在需要傳輸用戶數據時才開始傳輸，這明顯改善了網路的能耗效率，減少了幹擾。

5G NR的幀結構支持TDD和FDD傳輸，可以同時工作於授權頻段和非授權頻段。它能夠實現極低的時延、快速HARQ確認、動態TDD和時長可變的傳輸（比如，針對URLLC的短時長和針對eMBB的大時長）。為了保證前向兼容性，減小不同功能之間的互操作，5G NR的幀結構遵循三個設計原則：

原則一：5G NR幀是自包含（self-contained）的。解碼一個時隙內的數據時，所有的輔助解碼信息都能夠在本時隙內找到，不需要依賴其它時隙；解碼一個波束內的數據時，所有的輔助解碼信息都能夠在本波束內找到，不需要依賴其它波束。這就是說，數據解碼所需要的參考信號（RS）和ACK消息都在數據負荷所在的時隙或者波束內。

原則二：無論在時域還是頻域，信息傳輸都是非常集中的。將信息傳輸集中起來，有助於在未來開發新的傳輸方式，並後向兼容現有的傳輸。NR幀結構不會像LTE那樣，將控制信息散佈在整個載波帶寬。

原則三：避免不同時隙之間，或者不同傳輸方向之間靜態或者僵化的時間同步聯繫。比如，用非同步HARQ代替預先確定的重傳輸定時。

5G NR支持快速的HARQ ACK確認，即數據解碼與DL數據接收同時進行，而UE在上下行鏈路切換的保護時段（guard period）準備HARQ ACK，一旦從下行鏈路切換到上行鏈路，就立刻發送ACK。為了獲得低時延，控制信號和參考信號被放在一個時隙（或者一個時隙組）的頭部位置。

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