2G到5G系统的横向比较（2）无线帧格式

       

目录

1. GSM无线帧格式

 2. WCDMA无线帧格式

 3. LTE无线帧格式

4. NR系统无线帧格式

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        最近学习通信原理，从通信原理到无线通信原理，从2G的GSM系统到5G的NR系统，准备做一个系列文档整理2G到5G系统的演进。每一代通信的特点与不足，为什么演进，使用了什么技术，解决了什么问题等等。

        少年，任重而道远啊！

        本篇先从多址方式与调制方式开始整理。

        如果对调制技术与多址技术不了解的，可以看前一篇文章：

谈谈“多址技术”与“调制技术”_子墨祭的博客-CSDN博客

制式	多址方式	调制方式(最大)	无线帧格式
GSM	FDMA+TDMA	GMSK	帧（8个时隙，4.615ms）——复帧（业务为26帧，控制为51帧）——超帧（26*51个帧）——巨帧（2048个超帧）
WCDMA	CDMA	32QAM	每帧长10ms，每帧15个时隙，每个时隙2560码片。
LTE	OFDMA	256QAM	帧长10ms，每帧含10个子帧，20个时隙；TDD-LTE与FDD-LTE两种帧结构有所不同
NR	OFDMA	1024QAM	波长10ms,分10个子帧1ms。子帧波间隔可变，子帧包含的符号数也是可变的，用μ来表示OFDM Numberology配置，包含OFDM基础参数集合。

1. GSM无线帧格式

        GSM系统在无线路径上传输单位是由GMSK调制的比特组成的脉冲串，称为突发脉冲Burst。突发脉冲长度为156.25bit，占据200kHz的频谱资源。突发脉冲在一个时间和频率的窗口上发送，这个窗口称为“time slot”——时隙。

        突发脉冲序列分为5种类型，我们以普通突发脉冲序列为例说明：

尾比特      3bit

加密比特 57bit

Flag 1bit

训练序列 26bit

Flag 1bit

加密比特 57bit

尾比特 3bit

保护间隔 8.25bit

        每个代表的含义就不再展开了，感兴趣的可以查阅相关资料。有了时隙的概念后，我们继续来说说TDMA帧。

        在GSM系统的TDMA中，每个载频被定义为一个TDMA帧，每个帧包含8个时隙（TS0-TS7），需要定义TDMA帧号，根据帧号就可以分辨载波的性质。

        26帧的复帧：包含26个TDMA帧，持续时间120ms，一般用于TCH（Traffic CHannel业务信道），作为话音信道及其随路控制信道。

        51帧的复帧：包含51个TDMA帧，持续时间235.385ms，这种复帧用于携带BCH（Broadcast CHannel）和CCCH（Common Control CHannel），专用于控制信道。

        超帧：容纳26帧的复帧和51帧的复帧（注意26与51没有公约数），超帧尾26*51=1326帧，相当于6.12s的时间。

        巨帧：一个巨帧包含2048个超帧结构。持续时间3h28min53s760ms。

关系图如下：

 2. WCDMA无线帧格式

        在WCDMA的无线接口中，从不同协议层次上讲，承载用户各种业务的信道被分为三类：物理信道、承载信道、逻辑信道。多数信道由无线帧和时隙组成，每一个无线帧包含15个时隙。

上行通道：

 下行通道：

 3. LTE无线帧格式

        每个帧长10ms，每帧包含10个子帧，20个时隙。每个时隙又可以有若干个资源块PRB，每个PRB含多个子载波。

FDD-LTE：

 TDD-LTE：

 TDD-LTE存在特殊子帧，包括DwPTS、GP、UpPTS，以及上下行转换点。

DwPTS:  下行导频时隙

UpPTS: 上行导频时隙

GP:  Guard Period，根据DwPTS长度、UpPTS长度，对应1~10个symbol。后来进化成了CP——循环前缀。

Ts = 1 / (15000*2048)  (S)

4. NR系统无线帧格式

一个无线帧长10ms，分为两个半帧（#0~#4，#5~#9），10个子帧，每个子帧1ms。

        在4G-LTE系统中，子载波间隔固定为15kHz，而在5G NR系统中，子载波间隔为15kHz，30kHz，60kHz，120kHz，240kHz可选；用μ来表示OFDM Numberology配置，包含OFDM基础参数集合。

下一期，我们继续这几种制式的采样频率介绍。