4G（LTE）和5G（NR）在物理层（Layer 1）上存在诸多区别，这些区别主要体现在技术规格、信号处理方式、帧结构、带宽利用以及编码方案等方面。以下是它们之间的一些主要区别：
一、频率（Frequencies）
- 4G（LTE）：仅支持低于6GHz的频率。
- 5G（NR）：3GPP定义了两个频段：FR1和FR2。FR1支持sub 6GHz频段，与LTE相同；FR2则支持毫米波的24GHz~52GHz之间的频率。这些高频段需要特殊处理才能有效使用，因为高频信号通常传播距离较短，需要更多能量才能达到所需距离。
二、子载波间距（SCS）
- 4G（LTE）：在正常循环前缀（CP）情况下支持15KHz的SCS，在扩展CP情况下支持30KHz。
- 5G（NR）：支持更广泛的SCS，包括15、30、60、120和240KHz。这种灵活性使得5G能够根据不同场景和需求调整频谱利用率和时域分辨率。
三、帧结构和时隙格式
- 4G（LTE）：帧结构相对固定，有两种不同的帧类型：FDD（频分双工）和TDD（时分双工）。FDD帧类型中所有OFDM符号用于下行（DL）或上行（UL），而TDD帧类型定义了多个UL-DL配置和特殊子帧模式。
- 5G（NR）：帧结构更加灵活，引入了多种时隙格式，每种格式都定义了不同的DL、UL和灵活符号模式。这种灵活性使得5G能够更好地适应不同的业务需求和场景。
四、带宽部分（BWP）
- 4G（LTE）：支持6种不同的系统带宽（1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz）。
- 5G（NR）：支持从5MHz到400MHz的小区带宽。由于频谱资源庞大，UE监控整个带宽可能不现实，因此引入了BWP（Bandwidth Part）的概念，即系统带宽的一个子集。每个UE可以配置为最多监视4个BWP，其中任何一个在任何给定时间点处于活动状态。
五、物理层信道和信号
- 物理层信道：
- 4G（LTE）：下行支持PDSCH、PDCCH、PBCH、PCFICH、PHICH、PMCH等信道；上行支持PUSCH、PUCCH、PRACH等信道。
- 5G（NR）：下行简化后仅包括PDSCH、PDCCH、PBCH信道；上行支持PUSCH、PUCCH、PRACH信道。
- 物理层信号：
- 4G（LTE）：下行包括PSS、SSS、CSRS等信号；上行包括DMRS、SRS等信号。
- 5G（NR）：下行增加了DMRS、CSI-RS、PTRS、TTRS等信号；上行保留了SRS、DMRS等信号。
六、大规模MIMO和波束赋形
- 4G（LTE）：虽然支持MIMO技术，但在低频段下并不特别强调波束赋形的必要性。
- 5G（NR）：在高频段（如FR2）下，基站必须使用波束赋形技术来集中能量传输到终端（UE），以克服高频信号传播距离短的问题。基站使用大量天线阵列（数量可从4到64不等甚至更多）来形成波束，并可以在不同方向上连续控制波束的发射。
七、编码方案
- 4G（LTE）：使用Turbo码、咬尾卷积码、维特比码等编码方案。
- 5G（NR）：采用LDPC（低密度奇偶校验码）和Polar码分别用于数据和控制信道的编码。这些新编码方案具有更低的编码复杂度和更低的译码时延，能够更好地支持大数据的传输。
综上所述，4G和5G在物理层上存在多方面的区别，这些区别使得5G在频谱利用率、灵活性、带宽支持以及性能提升等方面具有显著优势。
