5G NR 帧结构

1. Numerology

       NR基本的时间单位为$T_c=1/(\Delta f_{max}\cdot N_f)$，其中$\Delta f_{max}=480\ast 10^3$, $N_f=4096$。并且定义常数$\kappa =T_s/T_c$，其中$T_s=1/(\Delta f_{ref}\cdot N_{f,ref})$，$\Delta f_{ref}=15\cdot 10^3\mathrm{H}\mathrm{z}$和$N_{f,ref}=2048$。
       Numerology表示参数集，包括子载波间隔和循环前缀类型。对于子载波间隔，在LTE中，仅支持15kHz，在NR中，为了便于灵活配置以及适配不同的应用场景，NR支持5种类型子载波间隔（如下表），这也是NR和LTE在Numerology种最大的不同点。其中在6GHz以下频段（低频），将主要采用15kHz、30kHz和60kHz；在6GHz以上频段（高频），主要采用120kHz和240kHz的子载波间隔。采用更大的子载波间隔，时域符号的长度也会缩短，能有效的改善数据传输时延，适用于诸如URLLC之类的场景。

$\mu$	$\Delta f=2^{\mu }\cdot 15(k\mathrm{H}\mathrm{z})$	循环前缀
0	15	正常
1	30	正常
2	60	正常，扩展
3	120	正常
4	240	正常

       在表中可以看出，除了60kHz以外，其他子载波间隔均采用Normal CP。这是因为Extend CP的开销相对较大，因此仅有限支持Extend CP这一特性，以便支持某些特定的场景。

2. 帧结构

       5G NR采用10ms的帧长度，每个帧包括10个子帧，其中5个子帧组成一个半帧，编号0-4的子帧为第一个半帧，编号5-9为第二个半帧。

       NR的基本帧结构以时隙为基本粒度，在Normal CP的情况下，一个slot包括14个时域符号，在Extend CP的情况下，一个slot包括12的时域符号。

       下表为Normal CP长度，不同子载波间隔下，每帧和每子帧包含的时隙数

$\mu$	$N_{symb}^{slot}$	$N_{slot}^{frame,\mu }$	$N_{slot}^{subframe,\mu }$
0(15kHz)	14	10	1
1(30kHz)	14	20	2
2(60kHz)	14	40	4
3(120kHz)	14	80	8
4(240kHz)	14	160	16

       下表为Extend CP长度，不同子载波间隔下，每帧和每子帧包含的时隙数

$\mu$	$N_{symb}^{slot}$	$N_{slot}^{frame,\mu }$	$N_{slot}^{subframe,\mu }$
2	12	40	4

       一个时隙中的OFDM符号可以分为三种类型：下行（用‘D’表示Downlink）；灵活（用‘X’表示Flexible）；上行（用‘U’表示Uplink）。5G NR中的上下行是以OFDM符号为最小单位配置的。在下行时隙中，UE应假定下行传输仅发生在下行或者灵活符号，而在上行时隙中，UE应假定下行传输仅发生在上行或者灵活符号。
       5G NR的帧结构配置不再沿用LTE阶段采用的固定帧结构方式，而是采用半静态无线资源控制(RRC, Radio Resource Control)配置和动态下行控制信息(DCI, Downlink Control Information)配置结合的方式进行灵活配置。前者从网络架构上更易于统一规划，并且在某些场景下有利于终端省电；后者可以更灵活的支持业务需求，提高网络的动态性以及利用率。在实际中需要采取哪种帧结构，是要根据场景，业务需求综合考虑。

3 天线端口

       在38.211协议中，天线端口定义为在同一个天线端口上，传输某一符号的信道可以从传输另一个符号的信道推知。天线端口是一种逻辑上的概念，本质是为了辅助接收机进行信号解调，天线逻辑端口是物理信道或物理信号的一种基于空口环境的标识，相同的天线逻辑端口信道环境变化一样，接收机可以据此进行信道估计从而对传输信号进行解调。例如在5G NR中，UE可以根据与天线端口相关的DMRS进行下行共享信道（PDSCH， Physical Downlink Share Channel）的信道估计。

• 参考文献：
  [1] 5G系统设计及国际标准
  [2] 3GPP 5G协议 38.211
  [3] 5G帧结构分析
  [4] 5G天线端口的故事