5G新空口标准解读——TS 38.211 PART 1:帧结构与时频资源网格

帧结构

5G与4G最大的区别之一就是引用了参数集(numerology),所谓参数集可以理解为在4G中只是用了一套参数,那么帧结构内的参数,包括子载波间隔(subcarrier spacing, SCS)时隙(slot)符号数(symbols)等参数在所有环境中都只有一套,会存在很大的局限性。5G引入了参数集的概念,针对不同环境选择不同的参数集大大增加了通信的灵活性。

参数集如下:

△f 表示子载波间隔,在4G中子载波间隔固定为15KHz,在5G中最高可以支持480KHz(在制定标准的过程中有公司曾经提出过75KHz的子载波间隔,未来6G可能会纳入讨论吧)。循环前缀(Cyclic prefix, CP)的类型分为两种,一种为正常型(Normal),一种为扩展型(Extended),正常型CP下,一个时隙包括14个OFDM符号,而扩展型包括12个OFDM符号。其中扩展型CP只出现在子载波间隔为60KHz的情况下。

帧结构如下:

1帧(Frame)的时间仍然是Tf = 10ms,分为10个子帧(Subframe),编号为#0~#9,每个子帧时间为 Tsf = 1ms,一个时隙所包含的OFDM符号数为14个,每一帧又可以分为两个半帧(half-frame),编号为#0和#1,#0半帧包括子帧#0~#4,#1半帧包括子帧#5~#9,其中符号、时隙、子帧、帧的关系如下所示:

第一个表格和第二个表格分别对应正常型CP和扩展型CP情况下的各参数关系,第1列表示不同的参数集标号,第4列表示不同参数集下每个子帧包含的时隙数,第3列表示一帧所包含的时隙数,第2列表示每个时隙中的符号个数。

同时5G支持更多slot格式,如下所示:

其中D表示下行链路,UL表示上行链路,X表示可灵活配置(flexible),可以看出5G的时隙格式具有更好的灵活性,例如在上行链路传输繁忙时采取格式10的全上行配置。


时频资源网格

与4G一样,5G的物理资源是映射在时频资源网格上的。如下图所示,物理层进行资源映射的时候以时频资源单元(Resource Element, RE)为基本单位,一个RE由时域上一个符号和频域上一个子载波组成,一个时隙上所有OFDM符号和频域上12个子载波组成一个资源块(Resource Block, RB),RE的位置用(k,l)表示(图中用lamenda表示),k表示0FDM的序号,l标志子载波的序号,通过给出坐标(k,l)就可以定位到指定的RE上。


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