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一文读懂5G帧结构

时间:2020-07-27 11:48:04  来源:  作者:

引言

就最基本的帧结构而言,5G和4G之间有着非常大的差异,让初学者很苦恼,5G淡化了4G中的子帧的概念且时隙成为了最基本的调度单位,另外由于5G要支持多种多样的部署场景,适应从1GHZ到毫米比的频谱范围,因此5G帧结构最大的特点就是支持灵活的帧结构。本文通过介绍4G和5G的差异性以及5G帧结构的基本原理,让初学者能尽快掌握5G帧结构知识,也为学习5G物理层打下良好的基础。

点点滴滴学5G—一文读懂5G帧结构

图1

1. 帧结构的基本概念

(1) 帧,帧长

帧(数据帧)是数据链路层的协议数据单元,它包括三部分:帧头、数据部分和帧尾。其中帧头和帧尾包含一些必要的控制信息,数据部分则包含网络层传下来的数据,5G的帧长和4G一样,都是10ms。

(2) 子帧,子帧长

每个帧可分为10个子帧,5G和4G的每个子帧都为1ms。

(3) 子载波

子载波是频域上的最小单位,在4G中子载波间隔固定为15KHZ且4G只支持一种子载波间隔SCS,而5G定义的最基本的子载波间隔也是15KHZ,但可灵活扩展。所谓可灵活扩展,即5G子载波间隔可定于为2的u次方*15HZ(具体参考图2)

点点滴滴学5G—一文读懂5G帧结构

图2

也就是说子载波间隔可以设置为15KHZ、30KHZ和60KHZ等等,其上限和下限分别是240KHZ和15KHZ(这里的上限和下限分别由循环前缀CP和相位噪声+多普勒效应决定)

(4) 时隙

时隙是时域上的最小单位,在4G中每个时隙周期为0.5ms且一个子帧包含2个时隙,而5G随着子载波间隔变大,时隙长度会变小(如图3所示)

点点滴滴学5G—一文读懂5G帧结构

 


点点滴滴学5G—一文读懂5G帧结构

图3

说到这里5G帧结构就长这个样子(如图4所示)

点点滴滴学5G—一文读懂5G帧结构

图4

那么4G和5G帧结构有什么相同和不同之处呢?5G无线帧和子帧长度固定,从而更好的保持4G/5G间共存,利于4G和5G共同部署模式下时隙和帧结构同步,简化小区搜索和频率测量;同时5G定义了灵活的子载波间隔,时隙和字符长度可根据子载波间隔灵活定义,适应多种业务。

2.时隙格式

3GPP 38.211(从2.0.0开始)定义了许多不同的时隙格式。这种概念与传统的LTE TDD的帧配置相类似,但是又有很多不同点:

(1)在NR时隙格式中,上下行业务是以符号作为转换点(在LTE TDD中,上下行业务是以子帧作为转换点)

(2)与LTE TDD上下行子帧配置相比,在NR时隙格式中,上下行符号配置类型更多

(3) 尽管所有时隙格式看起来都像TDD结构,但这些也可以部署在FDD模式

点点滴滴学5G—一文读懂5G帧结构

图5



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