Numerology와 프레임 구조¶

스펙 · 릴리즈

TS 38.211 §4.2 (numerology, Table 4.2-1), §4.3 (프레임·슬롯), §5.3 (OFDM 신호 생성, CP 길이) · 지원 SCS·대역폭: TS 38.101-1 §5.3, 38.101-2 §5.3 Rel-15 (μ = 0–4) → Rel-17 FR2-2 (μ = 5, 6: 480 · 960 kHz, 52.6–71 GHz)

한눈에 보기

LTE는 부반송파 간격이 15 kHz 하나뿐이었습니다. NR은 15 kHz × 2^μ 중에서 고를 수 있고, 이 선택을 numerology(μ)라고 부릅니다.

부반송파 간격을 2배로 넓히면 심볼과 슬롯이 절반으로 짧아집니다.
슬롯 하나는 항상 14 심볼이지만, 슬롯의 길이가 1 ms(15 kHz)에서 0.125 ms(120 kHz)까지 달라집니다.
낮은 주파수·넓은 셀 → 좁은 간격(15/30 kHz, CP가 길어 다중경로에 강함)
높은 주파수(mmWave)·좁은 셀 → 넓은 간격(120 kHz 이상, 위상 잡음과 도플러에 강함, 지연 짧음)

프레임(10 ms)과 서브프레임(1 ms) 길이는 LTE와 같아서 LTE와 시간 정렬이 쉽습니다.

Numerology 표 (TS 38.211 Table 4.2-1)¶

μ	SCS	CP	슬롯/서브프레임	슬롯 길이	심볼 길이 (CP 포함)	Normal CP	데이터	SSB
0	15 kHz	Normal	1	1 ms	71.4 µs	4.69 µs	FR1	FR1
1	30 kHz	Normal	2	0.5 ms	35.7 µs	2.34 µs	FR1	FR1
2	60 kHz	Normal, Extended	4	0.25 ms	17.9 µs	1.17 µs	FR1, FR2-1	—
3	120 kHz	Normal	8	125 µs	8.93 µs	0.59 µs	FR2-1, FR2-2	FR2-1, FR2-2
4	240 kHz	Normal	16	62.5 µs	4.46 µs	0.29 µs	—	FR2-1
5	480 kHz	Normal	32	31.25 µs	2.23 µs	0.15 µs	FR2-2	FR2-2
6	960 kHz	Normal	64	15.6 µs	1.12 µs	0.07 µs	FR2-2	FR2-2

Extended CP(슬롯당 12 심볼)는 μ = 2 에서만 지원합니다.

numerology별 슬롯 — 1 ms 서브프레임 안의 슬롯 수. μ가 1 늘 때마다 슬롯이 2배로 늘고 길이는 절반이 됩니다.

최대 대역폭¶

SCS	FR1 최대	FR2 최대	최대 RB
15 kHz	50 MHz	—	270
30 kHz	100 MHz	—	273
60 kHz	100 MHz	200 MHz	135 (FR1) / 264 (FR2)
120 kHz	—	400 MHz	264
480 / 960 kHz	—	최대 1.6 / 2 GHz (FR2-2)	—

FFT 크기를 4096 정도로 유지하면서 대역폭을 넓히려면 SCS를 키워야 합니다. 그래서 대역폭과 SCS가 함께 움직입니다.

numerology 선택의 트레이드오프¶

넓은 SCS (μ 큼)	좁은 SCS (μ 작음)
✔ 위상 잡음·도플러에 강함	✔ CP가 길어 큰 지연 확산·큰 셀에 강함
✔ 슬롯이 짧아 지연 감소	✔ 심볼당 오버헤드(CP 비율 같음) 대비 커버리지 유리
✔ 같은 FFT로 넓은 대역	✔ 같은 대역에서 RB 수 많음 → 세밀한 할당
✘ CP 짧음 → 작은 셀	✘ 도플러·위상 잡음에 약함

실제 상용: FR1 TDD(3.5 GHz) 30 kHz, FR1 FDD(저대역) 15 kHz(LTE와 DSS 시 필수), FR2 120 kHz.

슬롯과 미니슬롯¶

단위	길이	용도
슬롯	14 심볼	기본 스케줄링 단위 (PDSCH/PUSCH 매핑 Type A)
미니슬롯	2, 4, 7 심볼 (DL Type B), UL 1–14 심볼	저지연(URLLC), 비면허 대역 빠른 시작, 빔 스윕
슬롯 묶음	여러 슬롯 (aggregation, repetition)	커버리지 향상

전문가 노트 — 시간 단위와 CP 규칙

기본 시간 단위.

\[ T_c = \frac{1}{\Delta f_{max} \cdot N_f} = \frac{1}{480\,000 \times 4096}\ \text{s} \approx 0.509\ \text{ns}, \qquad \kappa = \frac{T_s}{T_c} = 64 \]

LTE의 \(T_s\) = 64 \(T_c\)이므로 두 시스템의 타이밍을 같은 단위로 표현할 수 있습니다.

심볼과 CP 길이 (TS 38.211 §5.3.1).

\[ N_u^{\mu} = 2048\,\kappa \cdot 2^{-\mu}, \qquad N_{CP,l}^{\mu} = \begin{cases} 512\,\kappa \cdot 2^{-\mu} & \text{Extended CP} \\ 144\,\kappa \cdot 2^{-\mu} + 16\,\kappa & \text{Normal CP}, \ l = 0 \text{ 또는 } l = 7 \cdot 2^{\mu} \\ 144\,\kappa \cdot 2^{-\mu} & \text{Normal CP, 그 외} \end{cases} \]

0.5 ms마다 첫 심볼의 CP에 \(16\kappa\)(= 16 \(T_s\) ≈ 0.52 µs)를 더해, 모든 numerology의 심볼 경계가 0.5 ms 단위로 맞춰집니다. 그래서 μ = 2(60 kHz)에서는 4슬롯 중 1번째·3번째 슬롯 첫 심볼만 길고, μ = 3에서는 4슬롯마다 한 번 깁니다.

혼합 numerology. 같은 캐리어에서 BWP마다 다른 SCS를 쓸 수 있지만, 서로 다른 SCS 부반송파는 직교하지 않으므로 경계에 보호 대역이 필요합니다. 공통 RB 격자(Point A 기준)는 SCS별로 따로 정의되지만 서로 겹쳐지도록(nested) 설계되었습니다. → 리소스 그리드와 Point A

FR2-2의 짧은 슬롯 (Rel-17). 960 kHz 슬롯은 15.6 µs라서 매 슬롯 PDCCH를 보기 어렵습니다. 그래서 다중 슬롯 PDCCH 모니터링(4·8 슬롯 그룹 단위)과 DCI 하나로 여러 PDSCH/PUSCH 스케줄링(multi-PxSCH)을 도입했습니다.

처리 시간. 단말 처리 능력 \(N_1\)(PDSCH 디코딩 → HARQ-ACK), \(N_2\)(UL grant → PUSCH 준비)는 심볼 수로 정의되어 μ에 따라 절대 시간이 달라집니다. 예: Capability 1, μ = 1에서 \(N_1\) = 10 심볼(약 0.36 ms), Capability 2(μ = 0, 1)에서는 4.5 심볼 수준. (TS 38.214 §5.3, §6.4)

LTE ↔ NR 비교¶

항목	LTE	NR
SCS	15 kHz	15 × 2^μ kHz (μ = 0–6)
슬롯당 심볼	7 (슬롯 0.5 ms)	14 (슬롯 1 ms / 2^μ)
스케줄링 단위	1 ms	슬롯 / 미니슬롯
기본 시간 단위	\(T_s\) ≈ 32.55 ns	\(T_c\) ≈ 0.509 ns