5G NR 无线帧结构

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我是靠谱客的博主伶俐斑马，最近开发中收集的这篇文章主要介绍5G NR 无线帧结构，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

因工作需要，学习些了5G相关的知识。网上发现一个英文网站很不错，作者用通俗易懂的文字介绍5G通讯相关的基本概念，相关知识，对于5G感兴趣的小伙伴来说是个很好的平台。

Sharetechnote:https://www.sharetechnote.com/html/5G/5G_FrameStructure.html

一方面，这位作者的文章十分受用，我也想通过自己的翻译加深对于5G的学习和理解；

另一方面，翻译成中文，也希望对于因语言而受限于接触优质资源的小伙伴有帮助。

所以，今后我会每周至少翻译一篇Sharetechnote中关于5G的文章，也欢迎大家的沟通交流及批评指教。

第一篇 5G NR 无线帧结构

关于5G NR的数据帧结构，学术领域和3GPP组织都有过很长久的讨论。现在我们对于5G NR的无线帧结构应该是什么样子有了比较清晰和一致的认识。

在这篇文章中，我会描述在3GPP (38.211)中定义的数据帧结构。如果基于你个人的爱好或者研究，对关于无线帧结构定义的长久讨论和研究历史有兴趣，你可以参考这个链接：

https://www.sharetechnote.com/html/5G/5G_FrameStructure_Candidate.html

1. 参数集-子载波间隔

与LTE的参数集u不同(子载波间隔和symbol的长度)，5G NR与LTE最大的不同在于5G NR支持多种类型的SCS(子载波间隔)，(而LTE只支持一种SCS，15KHz)。38.211中有总结NR参数集，我把它转换成表格，以便让读者对参数集有更直观的理解。

你可以看到，每个参数集都用u(希腊字母，mu)表示。参数集(u=0)代表SCS为15KHz，与LTE相同。你可以看到第三列，其他u值对应的SCS是从u=0对应值的2次方得出来的。

SCS=15KHz*2^n, n=u的值；比如u=2时,对应SCS是60KHz。

2. 参数集和时隙长度

如下图所示，时隙的长度因参数集的不同而不同。基本的趋势是SCS越大，时隙长度越小。实际上这种趋势源于OFDM的本质。你会在Radio Frame Structure section看到时隙长度来源详细说明。

3. 参数集和支持的信道

并不是每个参数集都可以被用于每个物理信道或者信号。

即，有部分具体的参数集被用于特定类型的物理信道，虽然大部分的参数集可以被应用于所有类型的物理信道。下表给出不同数集可以被用于哪种物理信道。

4. 参数集-采样时间

参数集不同，采样时间不同。如下是最常用的时间单位Tc,Ts的值。

Tc = 0.509 ns
Ts = 32.552 ns

参考如下链接理解这些值如何得到的。https://www.sharetechnote.com/html/5G/5G_Phy_TimingUnit.html

5. 无线帧结构

如上所述，5G NR支持多种参数集，无线帧结构因为u的不同，也会稍有不同。然而，忽略u，一个无线帧和无限子帧都是相同的。一个无线帧的长度是10ms，一个无线帧的长度1ms,这个是不变的。

所以对不同的参数集如何去适应这种不同的物理属性呢？答案就是在同一子帧中设定不同数量的时隙。有另一个随着参数集不同而变化的参数，就是在一个时隙中符号的个数。然而，一个时隙中符号的个数并不是随着参数集的变化而变化的，它只随着时隙配置类型的改变而改变。配置为0时，一个时隙的symbol的个数一直是14，时隙配置为1时，一个时隙中symbol的个数就是12。

下面我们来看下每个参数集和时隙配置对应的无线帧结构。

<标准CP，参数集=0>

在这个配置中，一个子帧中只有一个时隙，即一个无线帧包含10个时隙。一个时隙中包含14个OFDM符号。

<标准CP, 参数集=1>

在这个配置中，一个子帧中包含2个时隙，即一个无线帧中包含20个时隙。一个时隙中包含14个OFDM符号。

<标准CP，参数集=2>

在这个配置中，一个子帧包含4个时隙，即一个无线帧包含40个时隙。一个时隙包含14个OFDM符号。

<标准CP，参数集=3>

在这个配置中，一个子帧包含8个时隙，即一个无线帧包含80个时隙。一个时隙包含14个OFDM符号。

<标准CP，参数集=4>

在这个配置中，一个子帧包含32个时隙，即一个无线帧包含320个时隙。一个时隙包含14个OFDM符号。

<标准CP，参数集=5>

在这个配置中，一个子帧包含32个时隙，即一个无线帧包含320个时隙。一个时隙包含14个OFDM符号。

<标准CP，参数集=6>

在这个配置中，一个子帧包含64个时隙，即一个无线帧包含640个时隙。一个时隙包含14个OFDM符号。

<扩展CP，参数集=2>

在这个配置中，一个子帧包含4个时隙，即一个无线帧包含40个时隙。一个时隙包含12个OFDM符号。

6. 时隙格式

时隙的格式表明一个时隙中每一个symbol是如何使用的。它定义了在一个具体的时隙中哪些符号使用来做上行，哪些symbol做下行。在LTE TDD中，如果一个子帧(等同于NR中的一个时隙)配置为DL或者UL，那么这个子帧中的所有符号都必须被配置为UL或者DL。但是在NR中，在一个时隙中的符号，可以被配置如下多种多样的形式。

我们不必使用每个时隙中的每一个符号(这就类似于LAA 子帧中的概念，只有一部分的子帧是用于传输数据的)。单个时隙可以被分为多个连续的符号可以被配置为DL/UL/Flexible(灵活) 。

从理论上讲，我们可以在一个时隙内想到几乎无限数量的 DL 符号、UL 符号、灵活符号的可能的组合。但是 3GPP 只允许在一个时隙内有 61 个预定义的符号组合，如下表所示。这些预定义的符号分配一个时隙称为时隙格式。（有关这些时隙格式在实际操作中如何使用的详细信息，请参阅插槽格式组合页面）。

<38.213 v15.7 -Table 11.1.1-1: Slot formats for normal cyclic prefix>

D : Downlink, U : Uplink, F : Flexible

为什么我们需要这么多的时隙格式呢？

显然这并不是为了让我们的工作变得更难。这是为了使NR调度灵活，特别是对于TDD操作。通过使用一种时隙格式或按照顺序组合不同的时隙格式，我们可以实现各种不同类型的调度，如下例所示（这些示例基于 5G NEW RADIO : Designing For The Future (Ericsson Technology Review)）