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深度解讀移動通信中5G無線幀架構

電子設計 ? 來源:紅松 ? 作者: 小e君 ? 2021-02-27 14:15 ? 次閱讀

移動通信中,數據在無線網絡上是以幀(Frame)為單位進行傳輸的,其實就是數據傳輸的時間單位而已。

o4YBAGA541qAX0N1AALt9CNMB9k480.png

幀一般占用的時間很短,比如LTE一個無線幀才10ms,子幀更是僅有1ms,這樣便可以實現1s內給多個用戶的數據分配不同的子幀去傳輸數據,由于子幀切換非常快(LTE TTI=1ms)用戶感覺自己是在實時傳輸。

與LTE相同,5G無線幀和子幀的長度固定,從而允許更好的保持LTE與NR間共存。不同的是,5G NR定義了靈活的子構架,時隙和字符長度可根據子載波間隔SCS靈活定義。

無線幀=10(ms)

子幀=1(ms)

時隙=12/14個符號周期 (ms)

符號周期=1/SCS +CP長度 (ms)

4G LTE相比,5G NR支持多種不同類型的子載波間隔。5G采用u這個參數來表述載波間隔,比如u=0代表等同于LTE的15kHz,其他的各項配置如下圖所示。

20201230115910838.jpg

根據公式 符號周期=1/SCS +CP長度,我們可以知道隨著u的變化,符號周期成比例變化,相應的CP也成比例變化。即隨著子載波間距的增大,時隙會變短。

當NR SCS=15khz時,此時NR時隙=14個符號=1ms

當NR SCS=30khz時,此時NR時隙=14個符號=0.5ms

當NR SCS=60khz時,此時NR時隙=12/14個符號(12對應擴展CP,14對應普通CP)=0.25ms

當NR SCS=120khz時,此時NR時隙=14個符號=0.125ms

當NR SCS=240khz時,此時NR時隙=14個符號=0.0625ms

20201230115942988.jpg

與LTE 按子幀進行調度不同的是,時隙是NR的基本調度單位,更高的子載波間隔導致了更小的時隙長度,因而數據調度粒度就更小,更適合于時延要求高的傳輸。

(此外5G定義了一種子時隙構架,叫Mini-Slot。Mini-slots主要用于超高可靠超低時延(URLLC)應用場景。Mini-Slot由兩個或多個符號組成,第一個符號包含控制信息。對于低時延的HARQ以及快速靈活的調度可配置于Mini-Slot上,Mini-Slot也可以用于模擬波束賦形以及非授權頻譜的部署,目前僅一些5G終端支持Mini-Slot。)

當然并不是所有頻段支持的SCS均相同,頻段及支持的SCS如下:

20201230120016752.png

5G時隙配置

和LTE相比,NR子幀具有靈活性和多樣性:NR中引入了靈活時隙的概念,可以針對不同的UE進行動態調整,可以調整到符號級別。NR中Slot類型更多,支持更多的場景和業務類型。

時隙Slot基本構成:

Downlink,D,用于下行傳輸;

Flexible,X,可用于下行傳輸,上行傳輸以及GP(相當于LTE的特殊子幀S)

Uplink,U,用于上行傳輸

Slot類型

Type 1:全下行,DL-only slot,12/14個符號每個符號都用于下行

20201230120120853.png

Type 2:全上行,UL-only slot,12/14個符號每個符號都用于上行

20201230010854253.png

Type 3:全靈活資源,Flexible-only slot,每個符號靈活多變

20201230010913963.png

Type 4:至少一個上行或下行符號,其余靈活配置,有多種配置,如下:

20201230010937829.png

NR系統支持四級時隙配比的配置方案,依次從第一級到第四級,其中第一級和第二級采用半靜態配置,在網管中配置后保持恒定,第三級和第四級可以實現動態配置也可以采用半靜態配置。

第一級別:Cell-specificRRC信令半靜態配置。

通過SIB1:UL-DL-configuration-common和UL-DL-configuration-common-Set2下發

20201230011112343.jpg

第二級別:UE-specificRRC信令半靜態配置

高層信令:UL-DL-configuration-dedicated中下發

第三級別:UE-groupSFI信令動態配置。在DCIformat2_0之中下發

第四級別:UE-specificDCI信令動態配置。在DCI format 0,1之中下發

配置周期為:{0.5,0.625,1,1.25,2,2.5,5,10} ms

依賴于當前NR小區的SCS,如SCS=30khz,如果以10個時隙配置則配置周期為5ms,如果10個時隙中前5個和后5個時隙配置完全一致,則可以按5時隙配置,周期為2.5ms。總結:0.625ms僅用于120kHzSCS,1.25ms用于60kHz及以上SCS;2.5ms用于30kHz及以上SCS;5ms用于15kHz及以上SCS,10ms僅用于15khz。

需要注意的是配置周期中存在奇怪的幾種配置,0.5ms、1ms以及2ms。這三種采用的是8個時隙配置一次。

當前主流時隙配置

當然目前NR時隙配置和LTE類似主要采用半靜態配置,主流配置有以下四種:

覆蓋對比

協議定義C-bandSSB最大數目為8,SSB在無線幀中的時域位置已確定

協議定義一個SSB周期內的所有波束要在5ms內發完:為支持最大7~8個SSB波束,建議連續4個下行或下行為主的slot

20201230011159145.jpg

時延對比

四種候選幀結構上下行均可以滿足ITU定義的空口單向4ms指標;Case1/2/3三種幀結構E2E時延差別較小;8:2 E2E時延相對較大(增加25%)

20201230011310526.jpg

20201230011345763.jpg

容量對比

Case1/4下行容量能力最強,Case2/3下行容量能力差;Case2上行能力最強;Case3的GP開銷最大。

20201230011438386.jpg

編輯:hfy

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