2.1 时域
在NR中的基本时间单位为,其中、 。同时定义常量,其中 、 、 ,为LTE中的基本时间单位,是LTE与NR之间的基本时间单位比值。对于NR和LTE的两种基本时间单位而言,NR的采样频率明显高于LTE的。同时,NR的DFT从LTE的2048变成了4096。
在NR中,支持5种子载波间隔,其配置如表2.1所示。其中6GHz以下主要采用15KHz、30KHz、60KHz三种子载波间隔,而6GHz以上的主要采用120KHz和240KHz的子载波间隔。
表2.1: Supported transmission numerologies(参见协议38.211 Table4.2.1)
Cyclic prefix (循环前缀) |
||
0 |
15 |
Normal |
1 |
30 |
Normal |
2 |
60 |
Normal, Extended |
3 |
120 |
Normal |
4 |
240 |
Normal |
其中和循环前缀CP分别由参数和cyclsubcarrierSpacingicPrefix所配置。
在时域上,上下行传输都被组织成10ms()的帧,1帧由10个1ms( )的子帧所组成。每个子帧的连续OFDM符号数为 (见表2.2)。1帧被分为2个半帧,1半帧为5个子帧,其中编号0~4以及5~9分别组成两个半帧,其示意图如图2.1所示。
图2.1 帧结构示意图
在一个载波上,上下行各有一个帧集合。其中UE传输的上行帧i相对于下行帧的起始时间,上行帧会提前启动(其中由参数n-TimingAdvanceOffset提供,可参考上行同步章节),其上下行时序关系示意图如图2.2所示。
图2.2: 上下行之间时序关系示意图
2.1.1 时隙
对于子载波间隔,slot采用递增的形式编号,其在一个subframe中编号记为: ,而在一个frame中编号记为:。在一个时隙中有个连续的OFDM符号,其中取决于循环前缀,如果循环前缀是normal类型,则,而如果循环前缀是extended类型,则 。由上文可知,在NR中,支持5种子载波间隔,而在不同子载波间隔中,slot数在frame和subframe中是不一样的,且1个slot所占用时域长度也有所不同,其与循环前缀的类型也相关,normal和extended类型的循环前缀对应的子载波间隔所支持的frame、subframe、slot数分别如表2.2和表2.3所示。
表2.2: Number of OFDM symbols per slot, slots per frame, and slots per subframe for normal cyclic prefix(参考协议38.211 Table 4.3.2-1)
μ |
|
one slot times length |
||
0 |
14 |
10 |
1 |
1ms |
1 |
14 |
20 |
2 |
0.5ms |
2 |
14 |
40 |
4 |
0.25ms |
3 |
14 |
80 |
8 |
0.125ms |
4 |
14 |
160 |
16 |
0.0625ms |
表2.3: Number of OFDM symbols per slot, slots per frame, and slots per subframe for extended cyclic prefix(参考协议Table 4.3.2-2)
μ |
one slot times length |
|||
2 |
12 |
40 |
4 |
0.25ms |
由表2.2可知,不同的子载波间隔所对应的slot数以及其长度都有所不同,其不同子载波间隔所对应是slot数及其长度示意图分别如图2.3/2.4/2.5/2.6/2.7所示(图参考原文参考:5G/NR 帧结构)。
图2.3 SubcarrierSpacing = 15KHz时所对应slot数及其长度示意图
图2.4 SubcarrierSpacing = 30KHz时所对应slot数及其长度示意图
图2.5 SubcarrierSpacing = 60KHz时所对应slot数及其长度示意图
图2.6 SubcarrierSpacing = 120KHz时所对应slot数及其长度示意图
图2.7 SubcarrierSpacing = 240KHz时所对应slot数及其长度示意图
2.1.1.1 时隙配置
在NR中,与LTE一样,有FDD和TDD之分,其中FDD为成对频谱,TDD为非成对频谱。LTE中的TDD采用了7种不同的上下行配置,子帧之间有上行、下行、特殊子帧之分,并通过不同周期配置上下行、特殊子帧在帧中所占用的配比,其上行、下行、特殊子帧的粒度为子帧。而在NR中,帧结构的配置更为灵活,其上下行之间的粒度为OFDM符号级,在NR的一个slot中,OFDM符号被划分为:下行符号(downlink, 标记为‘D’)、灵活符号(‘flexible’, 标记为‘F’)、上行符号(uplink, 标记为‘U’)。在下行帧的slot中,其在‘D’和‘F’符号上进行下行传输;而在上行帧的slot中,其在‘U’、‘F’符号上进行上行传输。而灵活符号也可作为上行与下行之间的转换点,如同LTE中的特殊子帧。
在NR中,帧结构如何体现灵活?NR时隙结构采用了半静态和动态配置,其中半静态通过RRC消息进行配置,而动态通过下行DCI进行指示,那么两者如何进行配置呢?
1.1) 半静态时隙结构配置
时隙结构配置其有小区级和UE级之分,其中小区级配置由IE TDD-UL-DL-ConfigurationCommon配置,该配置如图2.8所示。
图2.8 TDD-UL-DL-ConfigurationCommon配置示意图
从图2.8中可得知,半静态时隙结构配置主要由:referenceSubcarrierSpacing、pattern1(或pattern1和pattern2同时配置)两个参数所确定,而pattern1(TDD-UL-DL-Pattern)可确定上下行配置周期、上下行时隙数及符号数。上下行配比周期dl-UL-TransmissionPeriodicity(简称P),取值为{0.5ms, 0.625ms, 1ms, 1.25ms, 2ms, 2.5ms, 5ms, 10ms},其中周期0.625ms仅应用于参考子载波间隔;1.25ms仅应用于或 、2.5ms仅应用于或、或 。
在一个上下行配置周期P中包含了个时隙(其中为参考子载波间隔,每个参考子载波间隔包含的时隙数如表2.4所示)。对于S个时隙而言,其中前个slot(由参数nrofDownlinkSlots指示)包含的只有下行符号,并且最后个slot(由参数nrofUplinkSlots指示,简称)包含的全是上行符号。同时,前个时隙之后的个符号都是下行符号(由参数nrofDownlinkSymbols指示),最后个时隙前个符号都是上行符号(由参数nrofUplinkSymbols指示),而剩下个符号是灵活符号,其上下行配置周期P中包含的S个时隙中符号划分示意图如图2.9所示。
图2.9 上下行配置周期P包含的S个时隙中符号划分示意图
表2.4 不同参考子载波下P中包含时隙数
P(ms) |
(scs KHz) |
可应用μ |
20/P |
1个上下行配置周期P中时隙数 |
||||
0.5 |
- |
- |
40 |
|
1 |
2 |
4 |
8 |
0.625 |
3(120) |
3, 4 |
32 |
|
|
|
5 |
10 |
1.25 |
2(60), 3(120) |
2, 3, 4 |
16 |
|
|
5 |
10 |
20 |
2.5 |
1(15), 2(60), 3(120) |
1, 2, 3, 4 |
8 |
|
5 |
10 |
20 |
40 |
5 |
- |
- |
4 |
5 |
10 |
20 |
40 |
80 |
10 |
- |
- |
2 |
10 |
20 |
40 |
80 |
160 |
注:1) 每20/P周期的第一个符号是偶数帧中的第一个符号;
2) 可应用μ指的是图2.8中参考子载波间隔只能小于或等于小区配置BWP的子载波间隔;
由于上下行配置中的子载波间隔是参考子载波间隔,与BWP中所配置的子载波间隔还是有异同的,参考子载波间隔μref只能小于或等于小区配置BWP中的子载波间隔μ,则在pattern1或pattern2中所提供的每个时隙应用于小区激活BWP中个连续的时隙,其中μ与中第1个时隙起始时间是一样的,并且中每个上下行符号、灵活符号对应于μ中个连续的上下行符号、灵活符号。例如:当BWP中μ=4,则在1个子帧中有16个时隙,而,则在1个子帧中有8个时隙,那么此时上下行配置中pattern所配置的1个时隙对应激活BWP中的2个时隙,假如pattern中配置连续下行时隙为1,则对应激活BWP中连续2个时隙为下行时隙。而如果,则pattern中所配置的时隙与激活BWP中的时隙一一对应。
对于UE级专用时隙,其由TDD-UL-DL-ConfigDedicated所指示,并且TDD-UL-DL-ConfigDedicated只会指示图2.9中的灵活符号,TDD-UL-DL-ConfigDedicated参数配置如图2.10所示。
图2.10 TDD-UL-DL-ConfigDedicated参数配置示意图
1.2) 半静态时隙配置其他情况
如果UE没有配置去监视PDCCH DCI format 2_0,由TDD-UL-DL-ConfigurationCommon 或TDD-UL-DL-ConfigDedicated指示了1个时隙中的符号集合为灵活符号,或者参数TDD-UL-DL-ConfigurationCommon 或TDD-UL-DL-ConfigDedicated没有配置给UE,则:
- 如果UE接收到DCI format 1_0、DCI format 1_1或DCI format 0_1的指示,则UE在时隙的符号集中接收PDSCH或CSI-RS;
- 如果UE接收到DCI format 0_0、DCI format 0_1、DCI format 1_0、DCI format 1_1或DCI format 2_3的指示,则UE在时隙的的符号集中传输PUSCH、PRACH或SRS。
如果UE由高层配置在时隙的符号集去接收PDCCH或PDSCH或CSI-RS,如果UE在时隙的符号集的最后一个符号上没有检测到DCI format 0_0、DCI format 0_1、DCI format 1_0、DCI format 1_1或DCI format 2_3指示UE传输PUSCH、PUCCH、PRACH或SRS,则UE接收PDCCH、PDSCH或CSI-RS;否则在时隙符号集接收PDCCH、PDSCH或CSI-RS。
如果TDD-UL-DL-ConfigurationCommon或TDD-UL-DL-ConfigDedicated配置为上行的符号,则UE在时隙的符号集上不接收PDCCH、PDSCH或CSI-RS;如果配置为下行符号,则在时隙的符号集上UE不传输PUSCH、PUCCH、PRACH或SRS;如果配置为灵活符号,则在时隙的符号集上UE不接收专用配置传输和专用配置接收。
对于被配置为接收SSB的符号,不能用于传输PUSCH、PUCCH、PRACH或SRS,同时不能通过TDD-UL-DL-ConfigurationCommon或TDD-UL-DL-ConfigDedicated指示为上行符号。
如果UE由DCI format 1_1调度在多个时隙上接收PDSCH,如果在多个时隙中的任何一个时隙中由TDD-UL-DL-ConfigurationCommon或TDD-UL-DL-ConfigDedicated指示为上行符号,则在该时隙上不接收PDSCH;如果UE由DCI format 0_1调度在多个时隙上传输PUSCH,如果在多个时隙中的任何一个时隙中由TDD-UL-DL-ConfigurationCommon或TDD-UL-DL-ConfigDedicated指示为下行符号,则在该时隙上不传输PUSCH。
2) 动态时隙结构配置
动态时隙结构配置通过DCI format 2_0进行指示,该DCI只会用于时隙格式配置,并通过SFI_RNTI(Slot-Format-Indicators, SFI)进行加扰。那么,如何通过DCI format 2_0来指示时隙格式?UE会收到gNB的高层配置参数SlotFormatIndicator,在该参数中会配置DCI format 2_0加扰的SFI_RNTI以及DCI format 2_0净载荷的大小(净载荷最大可达128 bits),该参数详细配置如图2.11所示。
图2.11 参数SlotFormatIndicator详细配置示意图
图2.11中可以看出,DCI format 2_0净载荷的大小是可配的,这样可以减少DCI的开销,并且通过IE SlotFormatIndicator中参数slotFormatCombinations给UE配置时隙格式集合,在集合中包含了时隙格式组合ID(SlotFormatCombinationId)和时隙格式组合(slotFormats),其中时隙格式组合由表2.5中的一个或多个format所组成。
表2.5: Slot formats for normal cyclic prefix(协议38.213 Table 11.1.1-1)
时隙格式组合ID和时隙格式组合有一个映射关系,则DCI format 2_0通过指示时隙格式组合ID即可通知UE使用哪个时隙格式组合,并通过positionInDCI确定某个服务小区的时隙格式组合ID(SFI-index)在DCI format 2_0净载荷中的起始位置。下面通过举例详细阐述DCI format 2_0如何指示具体的时隙格式组合,例如相关参数设置如下所示。
如上述时隙格式举例配置所示,如果此时在服务小区ID为0的UE(该BWP的子载波间隔与SlotFormatIndicator中参考子载波是一致的)收到由0xF000加扰的DCI format 2_0,其DCI format 2_0 payload = 0000 0100,那么如何确定时隙格式组合?由于上述举例中positionInDCI = 4,又positionInDCI取值范围是0..maxSFI-DCI-PayloadSize -1,而dci-PayloadSize的取值范围是1..maxSFI-DCI-PayloadSize,则positionInDC = 4对应的是DCI format 2_0中的第5bit。那么,UE收到DCI format 2_0 payload应该从第5bit开始,对于UE而言,DCI format 2_0 payload = 0100 = 4,则对应slotFormatCombinationId = 4的时隙组合,即:slotFormats[5] : {0,4,1,0,0},在该组合下,是5个时隙格式,则连续5个时隙都是按照这个时隙格式组合进行,其示意图如图2.13所示。
图2.13 slotFormat组合举例示意图
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