5G无线网络优化实践
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1.3.2 无线帧结构

NR无线帧长度为10ms,由10个子帧构成,每个子帧长度为1ms,对应1966080TC。一个子帧可以包含一个或多个时隙,每个时隙固定包含14个OFDM符号。与LTE最小调度周期为一个子帧不同,NR以时隙(slot)为调度单位,其时域长度灵活可变。NR无线帧结构如图1-20所示。

NR的帧结构以时隙(slot)为粒度,共支持4种时隙类型。

①Type 1:时隙中14个符号全下行,DL-only slot;

②Type 2:时隙中14个符号全上行,UL-only slot;

③Type 3:全灵活资源,配置为上行或下行,Flexible-only slot;

④Type 4:至少一个上行或下行符号,其余灵活配置(自包含时隙)。

表1-17给出了不同子载波间隔时,无线帧、子帧、时隙长度和符号数间的关系。

正常CP情况下子载波带宽配置与时隙长度如图1-21所示。

图1-20 NR无线帧结构

表1-17 不同SCS配置对应时隙长度(TS38.211表4.3.2-1)

注:μ为5G新引入的变量,不同取值对应不同参数集合。

图1-21 正常CP情况下子载波带宽配置与时隙长度

注:表示每个时隙符号数;表示每个无线帧时隙数;表示每个子帧时隙数。

NR无线帧结构支持单周期和双周期两种配置方式,其配置参数由分配周期、下行时隙数、下行符号数、上行时隙数和上行符号数组成,由SIB1下发给UE。

    tdd-UL-DL-ConfigurationCommon -pattern1: {X, x1, x2, y1, y2}
    tdd-UL-DL-ConfigurationCommon -pattern2: {Y, x3, x4, y3, y4}

上下行时隙配置如图1-22所示。

图1-22 上下行时隙配置示意图

NR支持的上、下行时隙配比有8:2、7:3、4:1和3:1四种,其对应的无线帧结构如下:

①2.5ms双周期帧结构(7:3,DDDSUDDSUU);

②5ms单周期帧结构(8:2,7D1S2U);

③2.5ms单周期帧结构(4:1,3D1S1U);

④2ms单周期帧结构(3:1,DSDU);

⑤2ms单周期帧结构(3:1,DDSU);

⑥2.5ms单周期帧结构(4:1,DDDDU)。

中国移动4.9G、中国电信3.5G和中国联通3.5G采用2.5ms双周期帧结构,中国移动2.6G为了兼容LTE采用5ms单周期帧结构。下面分别对几种时隙配比的无线帧结构进行描述(子载波带宽30kHz)。

1.2.5ms双周期帧结构(7:3,DDDSUDDSUU)

2.5ms双周期帧结构仅用于FR1频段。无线帧中每5ms里面包含5个下行时隙D、3个上行时隙U和2个特殊时隙S,如图1-23所示。

特殊时隙采用10:2:2配置时,该模式可支持最多7个SSB块(同步信号块)。从容量上来看,该模式上下行时隙配比为7:3,能提供的上行吞吐率最大。

图1-23 NR 2.5ms双周期帧结构

2.5ms单周期帧结构(8:2,7D1S2U)

5ms单周期帧结构仅用于FR1频段,每5ms包含7个下行时隙D、1个特殊时隙S和2个上行时隙U。该模式可兼容现网2.6GHz TD-LTE,相对于LTE有3ms的时域偏移,如图1-24所示。

图1-24 NR 5ms单周期帧结构

为了和LTE兼容,NR特殊时隙S需配置为6:4:4,可支持最多8个SSB块。该模式下行时隙配比多,上下行转换点少,有利于提高下行吞吐量,不足之处是调度时延较大。

3.2.5ms单周期帧结构(3:1,3D1S1U)

2.5ms单周期帧结构适用于FR1和FR2频段。每2.5ms包含3个下行时隙D、1个特殊时隙S和1个上行时隙U,如图1-25所示。

该模式下行时隙配置较多,有利于提高下行吞吐量。与5ms单周期帧结构相比,该模式的不足之处是上下行转换点增多,但可以降低调度时延。

图1-25 NR 2.5ms单周期帧结构

4.2ms单周期帧结构(3:1,DSDU)

每2ms里面包含2个全下行时隙D、1个上行时隙U和1个特殊时隙S,其中特殊时隙配比可设为D:GP:U=10:2:2(可调整),上行时隙可设为D:GP:U=1:2:11(GP长度可调整),如图1-26所示。优势表现为时延短,但上下行转换点过多,容易影响性能。

图1-26 NR 2ms周期帧结构

5.2ms单周期帧结构(3:1,DDSU)

每2ms里面包含2个全下行时隙D、1个全上行时隙U和1个特殊时隙S,其中特殊时隙配比可设为D:GP:U=12:2:0(GP长度可调整,且大于等于2),如图1-27所示。

图1-27 NR 2ms帧结构

6.2.5ms周期帧结构(4:1,DDDDU)

每2.5ms里面包含5个双向时隙,其中4个下行为主时隙、1个上行为主时隙。上行时隙配比为D:GP:U=1:1:12。下行时隙配比为D:GP:U=12:1:1,如图1-28所示。

图1-28 NR 2.5ms帧结构

为了降低空口时延,NR引入了自包含帧结构,即一个时隙中同时有下行符号D、保护间隔GP和上行符号U,如图1-29所示。自包含帧能显著降低空口时延,适用于uRLLC业务。

图1-29 NR自包含帧时隙结构(示意图)

格式1:主要用于下行数据传输。时隙由1个下行控制符号、11个下行数据符号、保护间隔GP和1个上行控制符号共14个OFDM符号组成。下行调度、数据传输和HARQ反馈可以在同一个时隙完成。

格式2:主要用于上行数据传输。时隙由1个下行控制符号、保护间隔GP、11个上行数据符号和1个上行控制符号共14个OFDM符号组成。上行调度和数据传输可以在同一时隙完成。