5G中控制信号和参考信号设计准则
在LTE中，有一些特定的控制信道，如PDCCH和E-PDCCH用于传输DL/UL调度信息，PUCCH用于SR/HARQ-ACK/CSI反馈。在NR中，还需要指定用于在上下行中传输控制信息的信道。
在LTE中，DCI通过物理下行链路控制信道（PDCCH）或增强的物理下行链路控制信道（E-PDCCH）来传输。PDCCH是从LTE的Rel-8的初始阶段引入的，它是一种基于CRS的传输，具有物理下行链路共享信道（PDSCH）的TDM（Time Division Multiplexing）。从UE处理时间和微睡眠增益的角度看，TDM优势明显。由于所有Rel-8 UE都支持最大系统带宽（20MHz），因此PDCCH通过整个系统带宽传输，以最大限度地提高频率分集增益。PDCCH的资源量可以通过发送物理控制格式指示通道（PCFICH）来动态配置。对于链路自适应，支持多个聚合等级，并定义了一个搜索空间，以满足合理的UE解码复杂度。
在Rel-11中，还引入了E-PDCCH。引入E-PDCCH的主要是支持提高控制信道容量和频域干扰协调。E-PDCCH采用基于DMRS的传输，它使用一个或多个PRB传输，并且具有有限的频率分集增益。相反，它可以支持基于DMRS的波束赋形。E-PDCCH是PDSCH的FDM（Frequency Division Multiplexing），因此UE必须将整个子帧存储在TTI中，等待首先解码E-PDCCH。因此，UE处理时间比PDCCH增加。
NR 下行控制信道可以不同于LTE控制信道。从NR的设计原理出发，取消CRS传输。因此，NR控制信道应使用基于DMRS的传输，并且应支持UE特定的波束赋形（甚至多用户MIMO）。考虑到各种使用场景（至少mMTC），UE支持的带宽可以小于系统带宽。因此，可以基于子带的控制信道设计，其中控制信道不映射到整个分量载波带宽。此外，为了满足潜在的低时延要求，使用控制信道和数据信道之间的TDM，以便最小化UE处理时间。对于NR，使用了多个CCE聚合等级和一个搜索空间。表1总结了LTE和NR的下行链路控制信道的特性。
在LTE中，上行链路控制信息（UCI）通过PUCCH或PUSCH传输。LTE PUCCH用于支持调度请求、HARQ反馈、CSI反馈及其组合传输的多种格式。PUCCH资源被分配在系统带宽的边缘中，以便保证用于PUSCH的频率资源（由于单载波传输）和用于PUCCH的频率分集增益。在PUCCH区域内，确切的PUCCH资源隐式地从PDCCH资源映射或由DCI/RRC信令显式地配置。PUCCH使用整个1ms子帧持续时间来传输，并且多个UE可以通过利用正交序列（码域复用）或Zadoff-Chu序列的不同循环移位来共享相同的资源。
LTE PUCCH设计基于SC-FDMA。NR上行链路采用OFDM，那么控制信道的设计与LTE不同。上行链路控制信道最重要的考虑之一是覆盖。通常，上行传输是网络覆盖的瓶颈。此外，由于没有HARQ，上行控制信道比数据信道更为关键。有一些技术可以减少NR上行链路控制信道的传输持续时间。然而，如果上行链路控制信道的传输持续时间缩短，则其覆盖范围将减小。
在LTE的早期阶段（Rel-8），CRS必须执行从初始接入、时频同步、CSI生成到PDSCH解码的各种角色。由于RS的设计应涵盖可能的运行场景中的最坏情况，各种CRS的使用导致了“高密度的始终在线CRS”。尽管在过去的版本中引入了CSI-RS和DMRS以实现更精确和高效的CSI生成/PDSCH解码，但CRS必须保持其自身的特性，即“始终开启”和“高密度”以实现向后兼容性。由于路径损耗随载波频率成比例地增加，因此波束赋形对于RS来说是必要的，其目的是接入/同步以及数据传输。此外，在高频下，相位噪声不可忽略。高移动性和低时延KPI是另一个重要因素，这些因素可能会导致NR中RS的附加特性。尽管基于numerology 的方法（例如更宽的子载波间隔）是支持高移动性和低时延kpi的方法，显然，可配置的子载波间隔不能是支持NR的高移动性或低时延要求的唯一解决方案。例如，如果具有高移动性的UE应配置大的子载波间隔，则gNB和UE可能遭受诸如子载波间隔的动态变化、共存等潜在问题不同的numerology ，等等。因此，从NR的第一阶段开始，就应该考虑同时支持高移动性和低时延的RS设计。
表1显示了评估的场景和假设。在选择载波频率为2Ghz和子载波间距为15kHz的情况下，考虑类似LTE的运行场景。另一方面，在选择载波频率为28Ghz、子载波间距为75kHz的情况下，考虑了在当前LTE系统下的不同运行场景。在A和B两种情况下，假设高移动性评估高达500 km/h。在这种情况下，根据移动性，针对相应载波频率，采用不同的5G信道模型，并使用不同的比例因子。
图1和图2分别描述了根据具有TDL-A和TDL-C信道模型的各种UE移动性的传统CSI-RS和DMRS重模式的吞吐量性能。在图1和图2中，可以观察到LTE/LTE-A中的RS RE结构对于一些NR运行场景仍然是有效的，但是对于其他情况似乎不是这样。例如，图1显示，在中等水平的UE移动性（例如15km/h）下，当使用传统RS RE结构时，在高载波频率（例如28ghz）下观察到严重的性能退化。此外，还应考虑图2中的吞吐量性能是否足以满足NR。因此，可以得出以下结论：
1. LTE/LTE-A中的RS RE结构不能有效地支持NR的高载频和高移动性。
2. 在NR中，可以考虑多个CSI-RS/DMRS RE结构。
