luda
我认为5G的空入口是通信技术最有趣的部分。因为比较简单。
导游
什么是“空嘴”？
空入口是空气接口，空中接口。在下面的图1中，基站和手机之间的空中“路径”是定义无线信号传输规范(频率、带宽、编码等)的接口。
图1 GSM基站和手机、公共接口
5G为什么也被称为NR、New Radio？
这是在3GPP组织中用来描述5G的，就像我们使用LTE一样。NR衍生自版本15。
通信中经常谈论帧帧帧(Frame)，什么是帧？
如果我们的手机和基站通信，需要发送一系列数据，这一系列数据会排队一个一个发送给基站，从时间上来说，这些数据是分开的，是有规律的。这样“有组织有纪律的“部队”就是框架。
在时间域中，无线传输由无线帧无线电帧、子帧子帧、插槽插槽插槽和符号slots组成。
图2无线框架、插槽、符号
5G的无线帧为10毫秒，有10个子帧。
每个子帧为1毫秒；是。
每个子帧由多个插槽插槽组成，每个插槽由14个OFDM符号组成。具体有几个？我不确定。这就是5G的灵活性！
一些初步知识
在此之前，班长写了3篇关于OFDM的文章，当时告诉同学们，这为学习5G的空缺打下了基础。
感兴趣的学生可以链接过去仔细阅读，如果不感兴趣，可以直接跳过。我将补充初步知识，不会影响这篇文章的理解。
OFDM调制：与传统分频多路复用相比，利用正交子载波进行多载波通信。
OFDM技术：与FDM相比，提高频带利用率相比，是否可以自由选择子载波间隔？
OFDM技术：信号生成为什么与FFT算法有关？为什么要串起来换？
首先看一下矩形脉冲的傅里叶变换。
图3矩形脉冲(码元)的频域波形
这是第二次放这幅画。这幅画向我们展示了三个知识点。
矩形脉冲的傅里叶变换，频域波形是Sa函数。在时域，脉冲宽带为，频域内带宽定义为B=1/。这是反比关系。因此，如果想在一段时间内传递更多脉冲(码)，提高传输速度，就必须减少。与频域相对应会增加带宽。频域的1波形我们称之为1个副载波。为什么叫副载波？
我们使用了多个不同频率的载波，所以为了区分他们，我们使用子载波的概念。
图4其他子载波调制
同样，这张图4以前出现在我的文章中，当我们使用不同频率的载波f1和F2调制发送的矩形脉冲(1码)时，频域发生了什么？
Sa函数在频域内移动，形成中心对称点分别为f1和F2的两个子载波。
而且我们证明子载波间隔为F=F2-F1=1/Ts。其中TS是代码元素的持续时间。图4是1。
以上面的基本认识，现在再看时频资源图，会更加明确。
图5 OFDM时域图表
图5左边的轴是时间，上面是我们发送的代码元数据。我们叫符号Symbol。右边的轴是频率轴，是与代码源相对应的频域波形，称为子载波。
4GLTE的子载波之间
隔固定为15kHz。所以根据Δf=1/Ts的公式，我们可以计算出4GLTE的符号长度为66.7us(自己动手算算)
再换一个俯视的视角，见图6。横向为子载波，频率轴；纵向为符号，时间轴；时间与频率形成了一个二维资源格Resouce Grid。每一个小方块(资源格)可以给一个用户使用。
图6 时间频域资源
5G的子载波间隔scs=subcarrier spacing
与4GLTE数字(子载波间距和符号长度)相比，5G NR支持多种不同类型的子载波间隔(在LTE中只有一种子载波间隔-15 kHz)。
图7 不同的子载波间隔
38.211中总结了NR参数集(Numerology)。正如在图7和图8看到的，每一个数字都被标记为一个参数u。
- 数字(u=0)表示子载波间隔15 kHz，与LTE相同；
- 数字(u=1)表示子载波间隔30 kHz；
- 数字(u=2)表示子载波间隔60 kHz；
Δf=2^u*15kHz，其他子载波间距是从(u=0)的乘幂上放大而来。
图8 不同的参数u对应的子载波间隔
无线帧结构
5G NR1个时隙slot含有14个或者12OFDM符号。
随着u的变化，时隙的长度会发生变化。
图9 不同的参数对应不同的子载波间隔，不同的时隙长度
随着子载波间距的增大，时隙会变短。
子载波间隔为15KHz是，符号长度为66.7us，1个时隙共有14个符号，那么时隙的长度为66.7us*14，约等于1ms(先这样理解，实际中要加上CP)；
子载波间隔为30kHz时，符号长度为1/30kHz，1个时隙共有14个符号，那么时隙的长度为1/30kHz*14，约等于0.5ms(先这样理解)；
依次类推......
图10 OFDM的符号长度变化
如上所述，在5GNR中，支持多个参数集Numerology，并且无线帧结构因u的不同而略有不同。然而，不管什么情况，无线帧和子帧的长度固定的。
无线帧的长度总是10 ms，子帧的长度总是1 ms。
那么，不同参数u的情况下，在考虑不同数字的物理性质时，应该有什么不同的区别呢？
最重要的是在一个子帧中放置不同数量的时隙。
还有另一个具有数理的变化参数。它是子帧中的符号数。但是，子帧内的符号数量不会随参数u变化，仅随时隙配置数量而变化。
现在，我们来看一下每个参数u和时隙配置的无线帧结构。
| 常规的CP，参数Numerology=0 |
在该配置中，1个子帧仅有1个时隙，这意味着1无线帧包含10个时隙。时隙内的OFDM符号的数目是14。
图11 常规的CP，参数Numerology=0
| 常规的CP，参数Numerology=1 |
在这种配置中，1个子帧仅有2个时隙，这意味着1个无线帧中包含20个时隙。时隙内OFDM符号的数目为14。
图12 常规的CP，参数Numerology=1
| 常规的CP，参数Numerology=2 |
在这种配置中，1个子帧仅有4个时隙，这意味着1个无线帧中包含40个时隙。时隙内OFDM符号的数目为14。
图13 常规的CP，参数Numerology=2
| 常规的CP，参数Numerology=3 |
在这种配置中，1个子帧仅有8个时隙，这意味着1个无线帧中包含80个时隙。时隙内OFDM符号的数目为14。
图14 常规的CP，参数Numerology=3
| 常规的CP，参数Numerology=4 |
在这种配置中，1个子帧仅有16个时隙，这意味着1个无线帧中包含160个时隙。时隙内OFDM符号的数目为14。
图15 常规的CP，参数Numerology=4
| 扩展的CP，参数Numerology=2 |
在这种配置中，1个子帧仅有8个时隙，这意味着1个无线帧中包含80个时隙。时隙内OFDM符号的数目为12。
图16 扩展的CP，参数Numerology=2
时隙配置
时隙配置就是定义每个时隙如何使用。
它定义了哪些符号用于上行链路，哪些符号用于下行链路。在4G LTE TDD中，如果子帧(相当于NR中的时隙)配置为DL或UL，则子帧中的所有符号都应用作DL或ULl。但在NR中，时隙内的符号可以按以下2种方式配置。
- 不需要使用时隙中的每个符号；
- 单个时隙可分为多个连续符号段，可用于DL、UL或Flexible。
理论上，我们可以在一个时隙内，组合无数多个DL符号、UL符号、Flexible符号的组合。但3GPP只允许61个预定义的符号组合，如下图17所示。这些预定义的符号分配称为时隙配置。
图17 Slot formats for normal cyclic prefix>D : Down
为什么我们需要这么多不同类型的时隙配置呢？
显然，这不是让我们学习起来更加困难。
这是为了使NR调度灵活，特别是对于TDD操作。通过应用时隙配置或按顺序组合不同的时隙格式，我们可以实现各种不同类型的调度，如下例图18所示。
图18 不同场景，不同的时隙配置
时频资源
NR的时间频域资源网格定义如下图19。看起来它与LTE资源网格几乎完全相同，但子载波间隔、无线帧内OFDM符号的数目，在NR中因参数u而异。
图20 时频资源图
下行链路和上行链路的最大和最小资源块数定义如下(这与LTE不同)
图21 不同的资源块
图22是根据图21制成，将下行部分转换为带宽。最大的RB数是138个，最大的带宽397.44MHz。
总结
5GNR的空口结构因为参数u的取值不同而不同，从而实现灵活多变。
原文 | sharetechnote-5G/NR-Frame Structure ,班长翻译、编辑、整理。预备知识为班长原创添加。
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