5G技术学习——5GNR帧结构和空口资源

4G

时域定义：

• 帧：10ms， 帧有编号SFN为0~1023
• 子帧： 一个帧分为10个子帧，故而一个子帧是1ms
• 时隙： 一个子帧分为两个时隙，故而一个时隙是0.5ms。 每个时隙由包含循环前缀的若干个OFDM符号组成。 LET定义了常规循环前缀：7个OFDM符号 ，扩展循环前缀：6个OFDM符号
• OFDM符号： 5G里，一个子帧一般包含14个OFDM符号。是最小的时域物理资源。

资源划分

• 最小物理资源单位RE：时域上最小的单位是OFDM符号，频域上最小的单位是子载波。以时间为横轴，频率为纵轴，一个OFDM符号与一个子载波交叉组成的方格是最小的物理资源单位，叫做 RE
• 资源块RB： 由一个时隙（0.5ms）（即7/6个OFDM符号组成）12个连续子载波（1215KHz=180KHz）组成。 即
• SCS（Sub Carrier Spacing）子载波间隔：不同子载波间为了避免子载波间互相干扰

5G

NR中时域 频域 与空域资源

• 5G中的系统参数就是4G中的SCS，相比于4G中SCS只有一种，5G中的系统参数有 15KHz、30KHz、60KHz、120KHz、240KHz

• 除了时域与频域，5G中还有了空域资源。应用层的业务数据流经过MAC层处理后成为TB（transportblock，传输块），然后进入物理层。不同的TB经过编码和速率匹配后形成的数据流就是码字。不同的码字区分不同的数据流，其目的是通过MIMO传输不同通道的数据，实现空间复用。
  

• 在时域上，依旧是一个帧10ms，分为10个子帧每个1ms，但一个子帧现在有多少个时隙是由系统参数决定，比如SCS=15KHz时有一个时隙，SCS=30KHz时有两个时隙，但无论哪种情况，一个时隙中有14个OFDM符号

• 在频域上，1RB=12SC ，1RBG=2~16RB ，然后多出了BWP（部分带宽）的概念，1BWP=若干RB/RBG，最高层是CC载波，一个CC内可以配置1个或多个BWP。

• 5G中的频域RB与4G中的RB不同，4G中的RB还在时域上是一个0.5ms的时隙，而5G中的RB是完全的频域概念

• 1REG=1PRB（物理RB，与RB基本一样）；1CCE=6REG

• 5G设计不同系统参数（SCS）的原因： 针对于不同的应用（eMBB URLLC mMTC）不同的频段 以及其他特性，需要不同的子载波间隔以更好的适配这些应用。比如高速移动场景下，采用较大的SCS，会使符号长度缩短，从而降低时延；而在大覆盖场景下，较小的SCS获取更合适的CP对抗多径时延。详细链接

循环前缀CP:背景和原理

• 循环前缀出现的原因：避免信道间干扰ICI（Inter-Channel Interference）与符号间干扰ISI（Inter-Symbol Interference）。在电磁波传播时，通过不同路径传播到达接收机的信号，由于经过的路径不同，到达的先后也不同，引发接收信号宽度扩展。先后的不同符号间产生的干扰是ISI；OFDM系统下子载波的正交性被破坏影响接受侧解调，这是ICI。
• 循环前缀：在每个OFDM符号间插入一段大于最大时延拓展的保护间隔，并将OFDM符号后面的部分复制到前缀中保证延时副本中包含的波形周期个数也是整数，以确保子载波的正交性。
  
• 影响循环前缀长度的两个因素：
  1. 多径时延拓展：多径时延拓展越长需要的CP越长
  2. OFDM长度：相同的OFDM长度，CP越长，系统开销越大，为了控制开销应选取适当的CP
• CP设计基本逻辑：当SCS=15KHz时，一个时隙中有14个包括CP的符号，而当SCS=30KHz时，相同时间中有两个时隙，于是有2*14=28个包括CP的符号，每个CP的长度都变短。详细介绍

5G帧结构：基本框架

5G无线帧与子帧长度与LTE保存一致，每个子帧内时隙的个数由子载波宽度确定。

• 固定参数：Frame=10ms ，SubFrame=1ms ，1slot=14 OFDM Symbol
• 变化参数：根据SCS的不同，1SubFrame=不同的slot， 当SCS=15KHz时，1SubSymbol=1solt，当SCS=30KHz时，1SubSymbol=2solt，依次类推。
• 特殊情况：当SCS=60KHz时，1solt=12OFDMSymbol，扩展循环前缀

5G slot分类

• 在5G里，slot中包含的符号可分为上下行，依据一个slot中符号上下行分配的不同，主要分为了4类。

5G 频域资源

5G频域资源基本概念

• RG（Resource Grid）：
• RE：
• RB：
• RBG：
• REG：
• CCE：
  

信道带宽与传输带宽

• 信道带宽=传输带宽+保护带宽
• 信道带宽在FR1（450MHz-6000MHz）支持5MHz-100MHz
• 信道带宽在FR2（24GHz-52GHz）支持50MHz-400MHz
• 保护带宽越小，频谱利用率越高

• 当SCS=30KHz，信道带宽=100MHz时，有最大的频谱利用率

BWP定义及其应用场景

• 信道带宽是5MHz-100MHz，在应用时的灵活性可能依旧不够，于是有了BWP（BandWidth Part），又叫自适应带宽，可以根据应用场景的不同进行调整，分配给不同UE不同的BWP，实现网络侧和UE侧灵活的带宽配置；每个BWP对应一个特点的系统参数（Numerology）。
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