5G新空口标准解读——TS 38.211 PART 1:帧结构与时频资源网格

帧结构

5G与4G最大的区别之一就是引用了参数集（numerology），所谓参数集可以理解为在4G中只是用了一套参数，那么帧结构内的参数，包括子载波间隔（subcarrier spacing, SCS）、时隙（slot）、符号数（symbols）等参数在所有环境中都只有一套，会存在很大的局限性。5G引入了参数集的概念，针对不同环境选择不同的参数集大大增加了通信的灵活性。

参数集如下：

△f 表示子载波间隔，在4G中子载波间隔固定为15KHz，在5G中最高可以支持480KHz（在制定标准的过程中有公司曾经提出过75KHz的子载波间隔，未来6G可能会纳入讨论吧）。循环前缀（Cyclic prefix, CP）的类型分为两种，一种为正常型（Normal），一种为扩展型（Extended），正常型CP下，一个时隙包括14个OFDM符号，而扩展型包括12个OFDM符号。其中扩展型CP只出现在子载波间隔为60KHz的情况下。

帧结构如下：

1帧（Frame）的时间仍然是Tf = 10ms，分为10个子帧（Subframe），编号为#0~#9，每个子帧时间为 Tsf = 1ms，一个时隙所包含的OFDM符号数为14个，每一帧又可以分为两个半帧（half-frame），编号为#0和#1，#0半帧包括子帧#0~#4，#1半帧包括子帧#5~#9，其中符号、时隙、子帧、帧的关系如下所示：

第一个表格和第二个表格分别对应正常型CP和扩展型CP情况下的各参数关系，第1列表示不同的参数集标号，第4列表示不同参数集下每个子帧包含的时隙数，第3列表示一帧所包含的时隙数，第2列表示每个时隙中的符号个数。

同时5G支持更多slot格式，如下所示：

其中D表示下行链路，UL表示上行链路，X表示可灵活配置（flexible），可以看出5G的时隙格式具有更好的灵活性，例如在上行链路传输繁忙时采取格式10的全上行配置。

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时频资源网格

与4G一样，5G的物理资源是映射在时频资源网格上的。如下图所示，物理层进行资源映射的时候以时频资源单元（Resource Element, RE）为基本单位，一个RE由时域上一个符号和频域上一个子载波组成，一个时隙上所有OFDM符号和频域上12个子载波组成一个资源块（Resource Block, RB），RE的位置用（k，l）表示（图中用lamenda表示），k表示0FDM的序号，l标志子载波的序号，通过给出坐标（k,l）就可以定位到指定的RE上。

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