NR 5G 无线帧与子载波
无线帧
参数说明
时域中各个字段的大小以时间单位表示
其中
赫兹
常数
参数集
支持多个 OFDM 数字，用u表示，如表所示分别从高层参数 subcarrierSpacing 和 cyclicPrefix 获得带宽部分的循环前缀
帧结构
帧和子帧
5G中无线帧是10ms，有10个子帧；
每个子帧就是1ms；
每个子帧又由多个时隙slot组成，每个slot又由14个OFDM符号构成。
子载波间隔越大则时隙越短（最小的子载波间隔15KHz对应的时隙长1ms、最大的子载波间隔240KHz对应时隙长0.0625ms）
对于URLLC场景，要求传输时延低，此时网络可以通过配置比较大的子载波间隔来满足时延要求
下行链路和上行链路传输被组织成帧 
时长
每个由 10 个子帧组成
时长
一个无限帧长为10ms，每个无线帧分为10个子帧，子帧长度为1ms；每个无线帧又可分为两个半帧（half-frame），第一个半帧长5ms、包含子帧#0 ~ #4，第二个半帧长5ms、包含子帧#5 ~ #9；这部分的结构是固定不变的。
可变的部分是每个子帧包含的OFDM符号数，由于子载波间隔是可变的，子载波间隔越大则每个OFDM符号的长度越短，而子帧长度是固定为1ms的，所以子载波间隔越大则一个子帧所包含的OFDM符号越多，计算公式为：
每个子帧所包含的符号数两等于每个子帧包含的slot数乘以每个slot包含的符号数量
在上行链路中有一组帧，在载波上有下行链路中的一组帧。
上行链路帧号 i 从 UE 开始传输 
在 UE 处对应的下行帧开始之前
取决于[38.133]的频段。
时隙（Slots）
用于子载波间隔配置u ，时隙编号 
在子帧内递增的顺序和 
在帧内递增顺序。
有
时隙中的连续 OFDM 符号，
取决于表 4.3.2-1 和 4.3.2-2 给出的循环前缀。
时隙的开始
在子帧中，与 OFDM 符号的开始在时间上对齐
在同一子帧中。
时隙中的 OFDM 符号可以被分类为“下行链路”，“灵活”或“上行链路”。
在下行链路帧中的时隙中，UE 应假设下行链路传输仅发生在“下行链路”或“灵活”符号中。
在上行链路帧中的时隙中，UE 应仅以“上行链路”或“灵活”符号进行发送。
不期望能够进行全双工通信的 UE，在上行链路中更早地发送 
， 
在最后一个接收到的下行链路符号结束后，在同一个小区中 
由[TS 38.101]给出。
不能在一组小区中进行全双工通信的 UE，预计不会在上行链路中的一个小区中在早于
， 
在最后一个
接收的下行链路符号结束后，在该组小区内的相同或不同的小区
1、正常循环前缀的每个时隙的 M OFDM 符号数，每帧的时隙数和每子帧的时隙数：
2、扩展循环前缀的每时隙 M OFDM 符号数，每帧时隙数和每子帧时隙数：
3、
子载波
矩形脉冲的傅里叶变换
上图表明：
矩形脉冲的傅里叶变换，频域波形是Sa函数；
时间域内，脉冲宽带为τ，那么频域内带宽定义为B=1/τ，这是一个反比例关系。所以说一定时间内，如果想传递更多的脉冲(码元)，提高传输速率，必然要缩短τ；对应到频域，就是带宽变大；
频域的1波形为1个子载波；
关于子载波
前提说明
由于存在不同频率的载波，为了区分而引入子载波的概念
上图中不同频率的载波f1和f2，去调制发送的矩形脉冲(1个码元)时，
Sa函数会在频域内移动，形成两个子载波，它们中心的对称点分别为f1和f2。
且子载波间隔为Δf=f2-f1=1/Ts，其中Ts为码元的持续时，在上图中是1。
OFDM时间频域
OFDM时间频域图：
上图中左侧的坐标轴是时间，上面就是传送的码元数据，称为符号Symbol。
右侧的坐标轴是频率轴，是码元对应的频域波形，称之为子载波。
4GLTE中的子载波间隔固定为15kHz。
所以根据Δf=1/Ts的公式，可以计算出4GLTE的符号长度为66.7us
如果是俯视的视角，如下图：
横向为子载波，频率轴；
纵向为符号，时间轴；
时间与频率形成了一个二维资源格Resouce Grid；
每一个小方块(资源格)可以给一个用户使用。
时间频域资源5G的子载波间隔scs=subcarrier spacing
与4GLTE数字(子载波间距和符号长度)相比，5G NR支持多种不同类型的子载波间隔(在LTE中只有一种子载波间隔-15 kHz)。
不同的子载波间隔
38.211中总结了NR参数集(Numerology)。正如在图7和图8看到的，每一个数字都被标记为一个参数u。
数字(u=0)表示子载波间隔15 kHz，与LTE相同；
数字(u=1)表示子载波间隔30 kHz；
数字(u=2)表示子载波间隔60 kHz；
Δf=2^u*15kHz，其他子载波间距是从(u=0)的乘幂上放大而来。
不同的参数u对应的子载波间隔无线帧结构：
5G中1个时隙slot含有14个或者12OFDM符号
随着u的变化，时隙的长度会发生变化。
不同的参数对应不同的子载波间隔，不同的时隙长度：
随着子载波间距的增大，时隙会变短。
子载波间隔为15KHz是，符号长度为66.7us，1个时隙共有14个符号，那么时隙的长度为66.7us14，约等于1ms(实际中要加上CP)；
子载波间隔为30kHz时，符号长度为1/30kHz，1个时隙共有14个符号，那么时隙的长度为1/30kHz14，约等于0.5ms(实际中要加上CP)；
OFDM的符号长度变化
5G支持多个参数集Numerology，并且无线帧结构因u的不同而略有不同。
无线帧和子帧的长度始终是固定的。
无线帧的长度总是10 ms，子帧的长度总是1 ms。
一个子帧中放置不同数量的时隙。
子帧中的符号数是具有数理的变化参数。
子帧内的符号数量不会随参数u变化，仅随时隙配置数量而变化。
关于每个参数u和时隙配置的无线帧结构
常规CP
| 常规的CP，参数Numerology=0 |
在该配置中，1个子帧仅有1个时隙，这意味着1无线帧包含10个时隙；时隙内的OFDM符号的数目是14。
| 常规的CP，参数Numerology=1 |
在这种配置中，1个子帧仅有2个时隙，这意味着1个无线帧中包含20个时隙；时隙内OFDM符号的数目为14。
| 常规的CP，参数Numerology=2 |
在这种配置中，1个子帧仅有4个时隙，这意味着1个无线帧中包含40个时隙；时隙内OFDM符号的数目为14。
| 常规的CP，参数Numerology=3 |
在这种配置中，1个子帧仅有8个时隙，这意味着1个无线帧中包含80个时隙；时隙内OFDM符号的数目为14。
| 常规的CP，参数Numerology=4 |
在这种配置中，1个子帧仅有16个时隙，这意味着1个无线帧中包含160个时隙；时隙内OFDM符号的数目为14。
拓展CP
| 扩展的CP，参数Numerology=2 |
在这种配置中，1个子帧仅有8个时隙，这意味着1个无线帧中包含80个时隙；时隙内OFDM符号的数目为12。
时隙配置
时隙配置就是定义每个时隙如何使用；
定义了用于上行链路的符号和用于下行链路的符号。
在4G LTE TDD中，如果子帧(相当于NR中的时隙)配置为DL或UL，则子帧中的所有符号都应用作DL或ULl；
但在NR中，时隙内的符号可以按以下2种方式配置：
1、不需要使用时隙中的每个符号；
2、单个时隙可分为多个连续符号段，可用于DL、UL或Flexible。
理论上可以在一个时隙内，组合无数多个DL符号、UL符号、Flexible符号的组合。但3GPP只允许61个预定义的符号组合，如下图所示：
以上这些预定义的符号分配称为时隙配置。
不同类型的时隙配置
不同类型的时隙配置是为了使NR调度灵活，特别是对于TDD操作。通过应用时隙配置或按顺序组合不同的时隙格式，可以实现各种不同类型的调度，如下例图所示：
时间频域资源网格
NR的时间频域资源网格定义如下图：
上图中NR与LTE资源网格几乎完全相同，但子载波间隔、无线帧内OFDM符号的数目，在NR中因参数u而异。
资源块
下行链路和上行链路的最大和最小资源块数定义如下(这与LTE不同)
将上图中下行部分转换为带宽。最大的RB数是138个，最大的带宽397.44MHz。
5G的空口结构因为参数u的取值不同而不同，从而实现灵活多变。