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5G NR帧结构

5G NR中,依然采用一帧10ms,并将一帧分为10子帧,每个子帧为1ms。每个子帧包含几个时隙(slot),每个时隙由14个OFDM符号构成(在常规CP下)。

由于子载波间隔可变,每一个子帧的时隙数也是可变的。具体来说,如下图所示。

当子载波间隔翻倍时,由于OFDM符号长度减半,所以时隙长度减半,因此每个子帧的时隙数翻倍。

不同的参数间,存在着相互依赖的关系。

首先,我们看频率依赖性。前面我们知道,FR1对应于sub-6GHz,可用的子载波间隔为15KHz、30KHz和60KHz。

而FR2是针对毫米波应用,数据传输只能使用60KHz或120KHz的子载波间隔。

注意,240KHz的子载波间隔,不是为数据传输准备的,而是用于同步信号块SSB。

这里,我们在详细说明一些关于时隙结构的问题。

5G 采用了LTE中相同的理念,其中时隙的第一个OFDM符号的CP比后面6个OFDM的CP要长。这就引出了一个问题:在相同带宽内,当子载波间隔混合时,如何进行符号对齐?我们可通过OFDM符号定期对齐,而不考虑子载波间隔。

在5G NR中,定义了所有子载波间隔的CP长度。

在5G NR中,在不同的子载波间隔下,CP长度与FFT采样点数、时域符号索引有关,其中扩展CP只针对子载波间隔为60kHz时,其余子载波间隔的Case均为Normal CP。具体计算过程如下:

其中有

Ts为LTE基本时间单元,Tc为5G NR基本时间单元,两者固定比值为64,从中可以看出5G中的基本时间单元相比LTE更短。

举例说明,当子载波间隔为30kHz时,长CP和短CP的计算方法为

当载波间隔为30kHz,FFT Size为4096,时域实际的采样点时间间隔为:

若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

有了CP的长度,我们在做接收端时,就知道该从什么位置去CP。

现在,我们再来认识一下,什么是载波和部分带宽。

对于每个参数集,都定了一个载波。

载波具有载波间隔、若干资源块和起始资源。每个载波,对应于OFDM资源网格。

一个具有15KHz的子载波间隔和216个资源块,另一个具有30KHz的子载波间隔和106个资源块。更大的子载波间隔意味着106资源块覆盖的带宽几乎与216个15KHz的资源块覆盖的相同。

再来看看,什么是部分带宽(BWP)。

一个部分带宽,还具有子载波间隔、若干资源块和其实资源。BWP与具有相同子载波间隔的载波相关联。但是,通常只有几个BWP具有相同的载波间隔。

BWP可以看作是一种解决UE(用户终端)可用频谱的方法。BWP可以解决以下问题:某些设备可能无法接收全部带宽。因为,带宽可达400MHz。

即使设备能够接收更大的带宽,但选择较小的带宽,将有利于节能。比如,在某个时间点,不需要高数据速率。

在MATLAB工具箱中,可进行BWP配置。

一个UE可以与多达4个不同的BWP相关联。但是,UE一次只能有一个活跃的BWP。

这些BWP是预先配置的,并且系统可以指示UE随时间在这些不同的部分带宽之间切换。

正如上图中,UE在BWP1、BWP2、BWP3之间切换,并且在BWP3时具有更大带宽,这是需要gNodeB交换更多的数据。

在5G NR中,资源粒子(RE)的定义与LTE相同,它是最小的时频单位,即一个子载波和OFDM符号。

另一方面,资源块RB时一组没有相关持续时间的12个子载波。

在LTE中,RB由12个子载波和7个OFDM的符号构成。

需要注意的是,在5G NR中,DC子载波会被调制,但在LTE中不会被调制。造成这种差异的原因是,在5G NR中,部分带宽以及因此而产生的传输不必集中在载波带宽。因此,零子载波在5G NR的OFDM网格中没有任何特定作用。

本周介绍了5G NR中波形、帧结构和参数集的基础知识。下周,我们将对NR中的下行数据链路进行介绍。

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