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1.3 无线帧结构

1.3.1 基本时间单位

NR物理层的基本时间单位为 T C ,与LTE的基本时间单位 T S 的关系如下。

T C = T S /64

LTE的基本时间单位 T S 可以通过下式计算得到。

T S =1/(∆ ƒ ref × N ƒ,ref )=1/(15 × 10 3 × 2048)(s)=3.255×10 -8 (s)

其中,∆ ƒ ref = 15×10 3 (Hz), N ƒ, ref = 2048

根据协议,LTE支持6种不同的传输带宽,最大传输带宽为20MHz,共含有1200个子载波。这1200个子载波上分别承载着子序列信息,在做IFFT时,频域采样点数不能少于1200才可以保证信息不会丢失,但在计算机系统里,采样点数必须是2的幂次方,因此,采用2048个点的IFFT生成OFDM符号。

频域2048个点意味着时域也是2048个采样点,LTE子载波间隔是15kHz,对应OFDM的符号长度为1/15000s,符号长度除以2048个采样点,得到采样间隔 T S ,即LTE中OFDM符号的采样间隔,为3.255×10 -8 s。

NR时间单位 T C 的定义如下。

T C = T S / к =1/(∆ ƒ max × N ƒ )=1/(480× 10 3 ×4096)(s)=5.086×10 -10 (s)

其中,∆ ƒ max =480×10 3 (Hz), N ƒ = 4096, к = 64

3GPP TR38.802中规定,5G可扩展子载波间隔至少从15kHz到480kHz(规范中暂未使用480kHz),得到NR最小OFDM符号长度为1/480000s。5G最大支持的RB数为273个,共有子载波273×12=3276个,因此,需采用4096点的IFFT生成OFDM符号。最小符号长度除以采样点数4096,得到NR的OFDM符号的采样间隔 T C 为5.086×10 -10 s。

不论是LTE还是NR,其采样频率固定。LTE子载波间隔固定为15kHz,即OFDM符号长度不变,因此,每个OFDM符号的采样点个数不变,但NR有多种子载波间隔,OFDM符号长度不固定,每个OFDM符号的采样点数也不固定。

1.3.2 无线帧结构

NR无线帧长度为10ms,由10个子帧构成,每个子帧长度为1ms,对应1966080 T C 。一个子帧可以包含一个或多个时隙,每个时隙固定包含14个OFDM符号。与LTE最小调度周期为一个子帧不同,NR以时隙(slot)为调度单位,其时域长度灵活可变。NR无线帧结构如图1-16所示。

图1-16 NR无线帧结构

NR的帧结构以时隙(slot)为颗粒度,共支持3种时隙类型。

● Type1:DL-only slot,时隙中14个符号全下行。

● Type2:UL-only slot,时隙中14个符号全上行。

● Type3:Flexible slot,灵活时隙,可用于上行或下行链路的数据传输。

不同SCS配置对应时隙长度见表1-18。

表1-18 不同SCS配置对应时隙长度

注:1. µ 为子载波带宽配置索引。

NR无线帧结构支持单周期和双周期两种配置方式,其配置参数由分配周期{ X , Y }、下行时隙数{ x 1, x 3}、下行符号数{ x 2, x 4}、上行时隙数{ y 1, y 3}和上行符号数{ y 2, y 4}组成,由SIB1下发给UE。

(TDD上行下行公共配置 -模式1){ X , x 1, x 2, y 1, y 2}。

(TDD上行下行公共配置 -模式2){ Y , x 3, x 4, y 3, y 4}。

上下行时隙配置示意如图1-17所示。

图1-17 上下行时隙配置示意

目前,中国移动4.9GHz、中国电信3.5GHz和中国联通3.5GHz采用2.5ms双周期帧结构,中国移动2.6GHz为了兼容LTE采用5ms单周期帧结构。

(1)2.5ms双周期帧结构(7∶3,DDDSUDDSUU)

该帧结构仅用于FR1频段。无线帧中每5ms里面包含5个下行时隙、3个上行时隙和2个特殊时隙,NR 2.5ms双周期帧结构(SCS=30kHz)如图1-18所示。

特殊时隙采用10∶2∶2配置时,可支持最多7个SSB块(同步信号块)。容量上来看,该模式下行和上行时隙配比为7∶3,能提供的上行吞吐率最大。

图1-18 NR 2.5毫秒双周期帧结构(SCS=30kHz)

(2)5ms单周期帧结构(8∶2,7D1S2U)

该帧结构仅用于FR1频段,每5ms里面包含7个下行时隙D、1个特殊时隙S和2个上行时隙U,即7D1S2U。可兼容现网2.6GHz TD-LTE,相对于LTE有3ms的时域偏移,NR 5ms单周期帧结构(SCS=30kHz)如图1-19所示。

图1-19 NR 5ms单周期帧结构(SCS=30kHz)

为了和LTE兼容,NR特殊时隙S需配置为6∶4∶4,可支持最多8个SSB块。该模式下行时隙配比多,上下行转换点少,有利于提高下行吞吐量,但是调度时延较大。

(3)自包含帧结构

为了降低空口时延,NR引入了自包含帧结构,即一个时隙中同时有下行符号D、保护间隔GP和上行符号U,以及ACK/SRS符号,可以在同一时隙内实现上行和下行调度,NR自包含帧时隙结构示意如图1-20所示。自包含帧能显著降低空口时延,适用于uRLLC业务。

在图1-20中,格式1主要用于下行数据传输。其时隙由1个下行控制符号、11个下行数据符号、保护间隔(GP)和1个上行控制符号,共14个OFDM符号组成。下行调度、数据传输和HARQ-ACK反馈可以在同一个时隙完成。

图1-20 NR自包含帧时隙结构示意

格式2主要用于上行数据传输。其时隙由1个下行控制符号、保护间隔(GP)、11个上行数据符号和1个上行控制符号,共14个OFDM符号组成。需要说明的是,上行调度和数据传输可以在同一时隙完成。 irgegLwr1xZd7vsp4Ara4IvFkHQHfoAQwIdxaop1R6NtvpF14JPZaMDSO3lQWzUh

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