LTE帧结构--学习笔记

LTE帧结构

帧结构分为三种：FDD、TDD、FDD与TDD结合。
不同帧结构的目的：灵活、多种用途。如：公网多下行，专网或私网多上行。

LTE定义了一个基本的时间单位：

在时域上，上下行都被组织成10ms的系统帧。

一、FDD：

FDD中，上下行数据在不同的频率内传输，使用成对的频谱，支持全双工和半双工。在一个10ms内，各有十个子帧可用于DL及UL。一个帧的周期为：

一个系统帧由十个子帧组成。每个子帧1ms，包含两个slot，每个slot为0.5ms。一个子帧为两个连续的slot。

二、TDD：
一个系统帧的周期为10ms，有两个长达5ms的子帧（half-frame）组成，每个半帧由5个长达1ms的子帧组成，TDD 中的子帧包括正常子帧和特殊子帧。对于 TDD 而言，上下行传输是通过时域区分开的。TDD 支持 7 种不同的上下行配置(uplink-downlink configuration)，对应不同的上下行配比，具 体见 36.211 的 Table 4.2-2。其中“D”对应一个下行子帧，“U”对应一个上行子帧，“S”对应一个特殊子 帧。与特殊子帧相对应，我们将“D”和“U”对应的子帧称为正常子帧。TDD 上下行配置是通过 RRC 消息中的 TDD-Config -> subframeAssignment 字段来设置的。
TDD 上下行配置支持 5 ms 和 10 ms 的下行到上行的切换周 期。在 5 ms 的切换周期中，在 2 个半帧都存在特殊子帧;在 10 ms 的切换周期中，只有第一个半帧 存在特殊子帧。

TDD 下的正常子帧结构与 FDD 下的子帧结构是相同。特殊子帧包含 3 个域:DwPTS、GP 和 UpPTS，这 3 个域的时长相加等于 1 ms。特殊子帧有 9 种不同的配置，对应不同的 DwPTS 和 UpPTS 长度，见 36.211 的 Table 4.2-1。特殊子帧配置是通过 RRC 消息中的 TDD-Config -> specialSubframePatterns 字段来设置的。

与 FDD 类似，TDD 下的每个子帧(包括特殊子帧)长达 1 ms，由 2 个连续的 slot 组成，每个 slot长达0.5ms(Tslot ?15360?Ts ?0.5ms)。子帧 0、5 以及 DwPTS 总是用于下行传输;UpPTS 以及紧随特殊子帧之后的子帧总是用于上行 传输。

一个 slot 由多个符号(symbol)组成，每个符号(用 l 表示)由循环前缀(Cyclic Prefix，简称 CP)和可用的符号时间组成。上行使用 SC-FDMA 符号(SC-FDMA symbol)，下行使用 OFDM 符 号(OFDM symbol)。一个 slot 由多个符号(symbol)组成，每个符号(用 l 表示)由循环前缀(Cyclic Prefix，简称 CP)和可用的符号时间组成。上行使用 SC-FDMA 符号(SC-FDMA symbol)，下行使用 OFDM 符 号(OFDM symbol)。

DwPTS 可被当作正常的下行子帧来看待，即可用于 PDSCH 传输。但由于 DwPTS 的长度(所占 的符号数)小于正常的下行子帧，所以其携带的数据量要更少。对于正常循环前缀下的特殊子帧配置 0 和 5，或扩展的循环前缀下的特殊子帧配置 0 和 4 来 说，其 DwPTS 只占 3 个符号，长度太短，所以不能用于 PDSCH 传输。

UpPTS 由于长度太短，不能用于 PUSCH 传输，而只能用于 SRS 或 PRACH 传输。

循环前缀

除了 TDD 中的特殊子帧，当正常子帧(包括 FDD 和 TDD)使用正常的循环 前缀(normal cyclic prefix，简称为 normal CP)时，每个 slot 由 7 个符号( l ? 0 ~ 6 )组成;当正 常子帧使用扩展的循环前缀(extended cyclic prefix，简称为 extended CP)时，每个 slot 由 6 个符号 ( l ? 0 ~ 5 )组成。OFDM 系统中可以插入一段空白符号作为保护间隔，这样做虽然能消除 ISI(Inter Symbol Interference，符号间干扰)，但不能消除 ICI(Inter Carrier Interference，子载波间干扰)。循环前 缀是将 OFDM 信号的最后一定长度内的部分提取出来放在 OFDM 信号的头部，将加入了循环前缀 后变长了的 OFDM 信号作为新的 OFDM 信号，这样就可以完全消除 ISI 和 ICI。循环前缀有正常的循环前缀和扩展的循环前缀之分，其区别在于长度的不同。

UE 是在小区搜索过程中确定下行的循环前缀长度的，并通过接收 RRC 消息中的 UL- CyclicPrefixLength 字段确定上行的循环前缀长度。对于正常的循环前缀，每个 slot 的第一个符号的循环前缀长度比其它的符号要大。这是因为 0.5 ms 的 slot 长度(对应 15360 个 Ts )，是不能被 7 整除的，所以第一 个符号的循环前缀要长一些。对于扩展的循环前缀，就不存在这个问题(15360 能被 6 整除)。

定义 2 个循环前缀长度的原因在于:(1)一个更长的循环前缀，虽然从循环前缀的开销角度来 说效率更低，但在某些带有广泛的传输延迟的特定场景下，如非常大的小区，可能会带来好处。但 需要注意的是，一个更长的循环前缀并不一定会对大型的小区带来好处，即使这种情况下延迟传播 是非常广泛的。如果在大型小区中，链路的性能主要受限于噪声，而不是受限于循环前缀不能覆盖 剩余的时间弥散所导致的信号损坏，此时使用更长的循环前缀所带来的额外的无线信道时间弥散的 可靠性，可能无法证明使用更长的循环前缀所需要的额外能量开销是合理的;(2)在基于 MBSFN 的多播/广播传输中，需要使用扩展的循环前缀。

需要注意的是，同一个系统帧内的不同子帧可能使用不同的循环前缀长度。例如:基于 MBSFN 的多播/广播传输只会配置在有限的子帧上，在这些子帧上会使用扩展的循环前缀。而系统帧内的 其它子帧可能使用正常的循环前缀。

三、flexible frame structure for more efficient LBT：FDD与TDD相结合。

极大地提高了LTE的性能表现，且打破了UL与DL的界限。