基本时间单位 | 带你读《5G 空口设计与实践进阶 》之十五

简介: 为提供精确、一致的时间度量,NR 定义了最小时间单位 Tc。

NR 空口资源综述

3.1 空口资源

3.1.2 基本时间单位

为提供精确、一致的时间度量,NR 定义了最小时间单位 Tc,除非另有说明,否则 NR 时域中各个域的大小均表示为若干 Tc,Tc 由式(3-1)给出。

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其中,image.png
此外,NR 也保留了另一个基本时间单位 Ts,具体由式(3-2)给出。

image.png

其中,image.png
常量κ表征了 Tc 与 Ts 之间的关系,即

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不难发现,Ts 的值与 LTE 的最小时间单位一致。因此,可以借助 LTE 中Ts 的含义来加深对 NR 中 Tc 的理解。
在 LTE 中,最大系统带宽为 20 MHz,包含 1200 个子载波,且子载波间隔固定为 15 kHz(实际有效带宽为 18 MHz,余下 2 MHz 作为保护带以防止码间串扰)。这 1200 个子载波可视为连续的频域信号,可通过 IFFT 转变为时域信号。根据采样定理和 IFFT 的物理实现,IFFT 的采样点数 N 必须大于或等于最大子载波数量,且采样点数 N 必须是 2 的 n 次幂(n 为非负整数),因此有

image.png

其中,image.png为给定工作带宽下的最大子载波数,此处为 1200,代入式(3-4)可得 N=2048。此时,时域的采样周期为 1/(15000 Hz×2048)=32.552 ns。也就是说,Ts 实际表示的是 LTE 系统的最小采样时间周期。
同理,Tc 即 NR 系统中的最小采样时间周期,image.png 意味着 NR最大可支持 480 kHz 的子载波间隔(考虑了余量,实际在 R15 中并未使用),而Nf=4096 则表明 NR 最大 FFT 大小为 4096,同时也意味着在给定工作带宽下 NR的最大子载波数目将不超过 4096(实际在 R15 中限定为最大 3300 个子载波)。

3.1.3 NR 帧结构

如图 3-1 所示,NR 直接从 LTE 继承了无线帧和子帧的定义,也就是说,NR 的无线帧和子帧的分布及长度与 LTE 保持一致。一个无线帧的长度固定为10 ms,每个无线帧由 10 个长度为 1 ms 的子帧构成,如图 3-6 所示。

image.png

NR 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。
需要特别说明的是,为了应对信号的传播延迟,NR 沿用了 TA(Timing Advance)的机制,要求来自 UE 的上行帧应在 UE 对应的下行帧开始前传输,
具体的时间提前量为

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其中,NTA,offset 取决于对应的工作频段,如图 3-7 所示。
子帧的下一级时间单位是时隙。在 LTE 中,一个子帧固定由两个时隙组成,且每个时隙的长度固定为 0.5 ms。与之不同的是,NR定义了灵活的子架构,时隙的个数和长度可根据 Numerology(参数配置集)灵活配置。

image.png

时隙由一组连续的 OFDM 符号构成。在 LTE 中,一个常规时隙包含 7 个符号,且符号长度固定。在 NR 中,一个常规时隙则包含 14 个符号,且符号的长度根据 Numerology 的不同也是可变的。
可见,对 NR 帧结构的进一步解析,离不开对 Numerology 的认识。但在此之前,需要先总结 NR 帧的通用结构,以便后续的讨论,如图 3-8 所示。

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可以看到,NR 帧结构既继承了 LTE 帧和子帧配置的固定架构,又采用了能够根据 Numerology 进行灵活配置的时隙及符号的架构。前者的设定,允许NR 更好地保持与 LTE 之间的共存,后者的设定,则使得 NR 具备适配不同场景需求的能力。

3.1.4 Numerology

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