5G 帧结构、物理资源与物理信道

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References

Definitions, symbols and abbreviations

帧结构与物理资源

概述


在本规范中,除非另有说明,时域中各个域的大小表示为若干时间单位$ { {T}_{\text{c}}}={1}/{\left( \Delta { {f}_{\max }}\cdot { {N}_{\text{f}}} \right)}\; $,其中$ \Delta { {f}_{\max }}=480\cdot { {10}^{3}}\text{ Hz} $,$ { {N}_{\text{f}}}=4096 $。常量$ \kappa ={ { {T}_{\text{s}}}}/{ { {T}_{\text{c}}}}\;=64 $,其中$ { {T}_{\text{s}}}={1}/{\left( \Delta { {f}_{\text{ref}}}\cdot { {N}_{\text{f,ref}}} \right)}\; $,$ \Delta { {f}_{\text{ref}}}=15\cdot { {10}^{3}}\text{ Hz} $,$ { {N}_{\text{f,ref}}}=2048 $。

参数集


如Table 4.2-1所示,NR支持多种OFDM参数集。部分载波带宽(carrier bandwidth part,BWP)的$\mu $和CP由高层参数给定,其中下行链路由 DL_BWP_muDL_BWP_cp 给定,上行链路由 UL_BWP_muUL_BWP_cp 给定。

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帧结构

帧和子帧


一帧的时域为$ { {T}_{\text{f}}}=\left( {\Delta { {f}_{\max }}{ {N}_{\text{f}}}}/{100}\; \right)\cdot { {T}_{\text{c}}}=10\text{ ms} $,一帧包含10个子帧,每个子帧时域为$ { {T}_{\text{sf}}}=\left( {\Delta { {f}_{\max }}{ {N}_{\text{f}}}}/{1000}\; \right)\cdot { {T}_{\text{c}}}=1\text{ ms} $。每个子帧内连续的OFDM符号数为$ N_{\text{symb}}^{\text{subframe},\mu }=N_{\text{symb}}^{\text{slot}}N_{\text{slot}}^{\text{subframe},\mu } $。每帧分为两个相等大小的半帧,每个半帧包含5个子帧,即半帧0由子帧0-4组成,半帧1由子帧5-9组成。

根据[38.133],来自UE的上行帧应在UE对应的下行帧开始前传输。

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时隙


对于子载波间隔配置$\mu $,时隙在子帧内按递增顺序编号为$ n_{\text{s}}^{\mu }\in \left\{ 0,…,N_{\text{slot}}^{\text{subframe,}\mu }-1 \right\} $,在帧内按递增顺序编号为$ n_{\text{s,f}}^{\mu }\in \left\{ 0,…,N_{\text{slot}}^{\text{frame,}\mu }-1 \right\} $。一个时隙内有$ N_{\text{symb}}^{\text{slot}} $个连续的OFDM符号,其中$ N_{\text{symb}}^{\text{slot}} $的值取决于CP长度,CP长度由Tables 4.3.2-1 and 4.3.2-2给定。一个子帧内的起始时隙与这个子帧内起始OFDM符号在时间上对齐。

时隙内的OFDM符号被分为“downlink”(在Table 4.3.2-3中表示为D)、“flexible”(表示为X)或“uplink”(表示为U)。

在下行时隙,UE应假定下行传输仅发生在downlink符号或flexible符号。

在上行时隙,UE应仅在uplink符号或flexible符号发送。

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物理资源

天线端口


天线端口定义为,在同一个天线端口上,传输某一符号的信道可以从传输另一个符号的信道推知。

若在一个天线端口上传输的某一符号的信道的大尺度特性,可以从另一个天线端口上传输的某一符号的信道推知,则这两个天线端口被称为是准共定位(quasi co-located,QCL)的。大尺度特性包括一个或多个时延扩展,多普勒扩展,多普勒频移,平均增益,平均时延,空间Rx参数。

资源格


对于每个参数集和载波,资源格(Resource grid)定义为$ N_{\text{grid,}x}^{\text{size,}\mu }N_{\text{sc}}^{\text{RB}} $个子载波和$ N_{\text{symb}}^{\text{subframe},\mu } $个OFDM符号,起始公共资源块(common resource block)$ N_{\text{grid}}^{\text{start},\mu } $由高层信令指示。表示DL(downlink)或UL(uplink),在不会产生混淆时,下标可省略。每个天线端口$ p $、每个子载波间隔配置$\mu $以及每个传输方向(上行或下行),对应一个资源格。

资源粒子


天线端口$ p $和子载波间隔配置$\mu $的资源格中的每个元素被称为资源粒子(resource element),并且由索引对$ { {\left( k,l \right)}_{p,\mu }} $唯一地标识,其中$ k $是频域索引,$ l $是时域符号索引。资源粒子$ { {\left( k,l \right)}_{p,\mu }} $对应的复数值为$ a_{k,l}^{(p,\mu )} $。在不会产生混淆时,或在没有指定某一天线端口或子载波间隔时,索引$ p $和$\mu $可以省略,表示为$ a_{k,l}^{(p)} $或$ { {a}_{k,l}} $。

资源块

概述


资源块(resource block)定义为$ N_{\text{sc}}^{\text{RB}}=12 $个连续频域子载波。

参考资源块


参考资源块(reference resource block)在频域上从0开始编号。参考资源块0的子载波0对于所有的子载波配置 是公共的,也被称为“参考点A”,并且用作其他资源块格的公共参考点。参考点A从以下高层参数获得

  • PRB-index-DL-common for a PCell downlink
  • PRB-index-UL-common for a PCell uplink
  • PRB-index-DL-Dedicated for an SCell downlink
  • PRB-index-UL-Dedicated for an SCell uplink
  • PRB-index-SUL-common for a supplementary uplink

公共资源块


公共资源块(common resource block)在子载波间隔配置$\mu $的频域上从0开始编号。子载波间隔配置$\mu $下的公共资源块0的子载波0与“参考点A”一致。

对于子载波间隔配置$\mu $,频域上的公共资源块号$ { {n}_{\text{CRB}}} $与资源粒子$ (k,l) $的关系为

其中$ k $是相对于子载波间隔配置$\mu $下的资源格0的子载波0定义的。

物理资源块


物理资源块(physical resource block)在BWP中定义,编号为从0到$ N_{\text{BWP,}i}^{\text{size}}-1 $,其中$ i $是BWP数。在BWP $ i $内,PRB与CRB的关系为

其中$ N_{\text{BWP,}i}^{\text{start}} $是BWP相对于公共资源块0的起始资源块。

虚拟资源块


虚拟资源块(virtual resource block)在BWP中定义,编号为从0到$ N_{\text{BWP,}i}^{\text{size}}-1 $,其中$ i $是BWP数。

BWP


BWP是在给定参数集和给定载波上的一组连续的物理资源块。BWP的起始位置$ N_{\text{BWP,}i}^{\text{start}}\ge 0 $和资源块数$ N_{\text{BWP,}i}^{\text{size}}>0 $应满足$ 0\le N_{\text{BWP,}i}^{\text{size,}\mu }<N_{\text{grid,}x}^{\text{size,}\mu } $。

UE可以在下行链路中被配置多达四个BWP,并且在给定时间内只有一个DL BWP处于激活状态。UE不应在激活的BWP之外接收PDSCH,PDCCH,CSI-RS或TRS。

UE可以在上行链路中被配置多达四个BWP,并且在给定时间内只有一个UL BWP处于激活状态。如果UE配置有辅助(supplementary)上行链路,则UE可以在辅助上行链路中另外配置多达四个BWP,并且在给定时间内只有一个辅助UL BWP处于激活状态。UE不应在激活的BWP之外传输PUSCH或PUCCH。

载波聚合


多个小区的传输可以被聚合起来,除了主小区之外最多可聚合15个次级小区。除非另有说明,本规范中的描述适用于多达16个服务小区中的每一个。

通用函数

上行链路

概述

物理信道概述

  • 物理上行共享信道(PUSCH)
  • 物理上行控制信道(PUCCH)
  • 物理随机接入信道(PRACH)

物理信号概述

  • 解调参考信号(DM-RS)
  • 相位跟踪参考信号(PT-RS)
  • 探测参考信号(SRS)

物理资源


当UE进行上行传输时,使用的帧结构和物理资源在第4章定义。

定义下列天线端口用于上行链路:

  • PUSCH相关的DMRS使用以1000为起始的天线端口
  • PUCCH相关的DMRS使用以2000为起始的天线端口
  • PRACH使用天线端口4000

下行链路

概述

物理信道概述

  • 物理下行共享信道(PDSCH)
  • 物理广播信号(PBCH)
  • 物理下行控制信道(PDCCH)

物理信号概述

  • 解调参考信号(DM-RS)
  • 相位跟踪参考信号(PT-RS)
  • 信道状态信号参考信号(CSI-RS)
  • 主同步信号(PSS)
  • 辅同步信号(SSS)

物理资源


当接收下行链路发送的数据时,UE应假定采用第4章定义的帧结构和物理资源。

定义下列天线端口用于下行链路:

  • PDSCH相关的DM-RS使用以1000为起始的天线端口
  • PDCCH相关的DM-RS使用以2000为起始的天线端口
  • CSI-RS使用以3000为起始的天线端口
  • SS/PBCH块传输使用以4000为起始的天线端口

本文参考3GPP TS38.211 V2.0.0 (2017-12)