概述
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5G NR学习理解系列——时频结构
- 频段
- 工作带宽
- 信道带宽
- 子载波间隔(SCS)
- SLOT长度
- OFDM符号时长
- 采样点时长
- 无线帧结构
- 更精确的时域描述
频段
在5G NR中,定义了两种频段范围,FR1和FR2,FR1表示低频频段,FR2表示毫米波高频频段。具体FR1和FR2表示的频段范围如下表所示
工作带宽
工作带宽是指在NR中有编号的、实际规定了上下频率边界的一段频带。在FR1和FR2频段范围内的具体工作带宽如下表所示
信道带宽
信道带宽包括传输带宽和保护带,三者之间的关系如下图所示
其中传输带宽两边的保护带大小可不一致。最小保护带的计算方法为
1个RB包含了12个子载波
具体在FR1和FR2频段内的最小保护带宽如下表所示
信道带宽中除保护带后剩余的带宽称为传输带宽,在FR1和FR2频段内,不同SCS情况下的传输带宽RB数如下表所示
从表5.3.2.1可以看出,在SCS=15kHz时,最大支持的传输带宽为50M,对应RB数为270RB;在SCS=30kHz时,最大支持的传输带宽为100M,对应RB数为273RB。
我们以NR 100M来举例,看看上面这些表格是怎么计算而来的,
NR100M: SCS = 30kHz NRB = 273, 1RB = 12SC
那么有用带宽为30kHz12273 = 98.28MHz
两边的保护带为:(100M - 98.28M)/2 – 0.03/2 = 0.86-0.015 = 0.845
一般来说使用(100M - 98.28M)/2即可
根据以上信息,我们可以得到NR各个带宽下的有用带宽如下图所示:
子载波间隔(SCS)
4G LTE的子载波间隔是固定为15KHz,
5G NR的子载波间隔是可变的,包含15、30、60、120、240kHz。5G比较典型的应用是30kHz(NR100)
SLOT长度
子载波间隔不一样,对应的时隙长度也不一样。还是以NR100为例,一个slot为0.5ms
OFDM符号时长
采样点时长
NR的定义名为Tc,LTE定义名为Ts
• Tc = 0.509 ns
• Ts = 32.552 ns
无线帧结构
无线帧的长度始终为 10 毫秒,子帧的长度始终为 1 毫秒。
在 5G/NR 中,支持多个 numerology(波形配置,如子帧间隔)
我们来看两种情况
1、< 正常 CP,numerology = 0 >
在此配置中,一个子帧中只有一个时隙,这意味着一个无线电帧中包含 10 个时隙。 一个时隙内的 OFDM 符号数为 14。
2、< 正常 CP,numerology = 1 >
在此配置中,一个子帧中有 2 个时隙,这意味着一个无线电帧中包含 20 个时隙。 一个时隙内的 OFDM 符号数为 14。
这也是我们NR100M所用的结构。
更精确的时域描述
以上是5G NR时频结构的一些定义。但往往我们做设计还需要更准确的时域信号信息。
特别是OFDM时长以及采样时长,才好精确的定位信号每一段的位置。
采样点更精确一些的描述
Ts = 1000/30.72 ns
Tc = 1000/30.72/64ns = 0.508626302ns
一个slot中有14个OFDM符号,但并不是所有符号都是等长的,主要是CP长度不一样。
举例说明,当SCS=30kHz时,长CP和短CP的计算方法为
整个slot的准确组成为:
Data = 33.3333333us = 65536Tc
65536 * 14 + 4608*13 +5632 = 983040Tc = 0.5ms
也就是说第一个CP是长CP,后面13个CP是短CP,而14个Data的长度是一样的
子载波间隔决定了OFDM符号(除CP部分)的时长
30kHz ———— 1/30k = 33.3333333us。这点与FFT频率分辨率是一致的,时间的倒数就是频率分辨率。
在122.88MHz采样率下SCS=30kHz,FFTSize为4096,时域实际的采样点时间间隔为
则以实际的采样时间间隔作为CP的时间单位,则长CP和短CP所占用的时域采样点数为
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最后
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