一文读懂5G帧结构

引言

就最基本的帧结构而言，5G和4G之间有着非常大的差异，让初学者很苦恼，5G淡化了4G中的子帧的概念且时隙成为了最基本的调度单位，另外由于5G要支持多种多样的部署场景，适应从1GHZ到毫米比的频谱范围，因此5G帧结构最大的特点就是支持灵活的帧结构。本文通过介绍4G和5G的差异性以及5G帧结构的基本原理，让初学者能尽快掌握5G帧结构知识，也为学习5G物理层打下良好的基础。

图1

1. 帧结构的基本概念

（1） 帧，帧长

帧（数据帧）是数据链路层的协议数据单元，它包括三部分：帧头、数据部分和帧尾。其中帧头和帧尾包含一些必要的控制信息，数据部分则包含网络层传下来的数据，5G的帧长和4G一样，都是10ms。

(2) 子帧，子帧长

每个帧可分为10个子帧，5G和4G的每个子帧都为1ms。

(3) 子载波

子载波是频域上的最小单位，在4G中子载波间隔固定为15KHZ且4G只支持一种子载波间隔SCS，而5G定义的最基本的子载波间隔也是15KHZ，但可灵活扩展。所谓可灵活扩展，即5G子载波间隔可定于为2的u次方*15HZ(具体参考图2)

图2

也就是说子载波间隔可以设置为15KHZ、30KHZ和60KHZ等等，其上限和下限分别是240KHZ和15KHZ(这里的上限和下限分别由循环前缀CP和相位噪声+多普勒效应决定)

(4) 时隙

时隙是时域上的最小单位，在4G中每个时隙周期为0.5ms且一个子帧包含2个时隙，而5G随着子载波间隔变大，时隙长度会变小（如图3所示）

图3

说到这里5G帧结构就长这个样子（如图4所示）

图4

那么4G和5G帧结构有什么相同和不同之处呢？5G无线帧和子帧长度固定，从而更好的保持4G/5G间共存，利于4G和5G共同部署模式下时隙和帧结构同步，简化小区搜索和频率测量；同时5G定义了灵活的子载波间隔，时隙和字符长度可根据子载波间隔灵活定义，适应多种业务。

2.时隙格式

3GPP 38.211（从2.0.0开始）定义了许多不同的时隙格式。这种概念与传统的LTE TDD的帧配置相类似，但是又有很多不同点：

（1）在NR时隙格式中，上下行业务是以符号作为转换点（在LTE TDD中，上下行业务是以子帧作为转换点）

（2）与LTE TDD上下行子帧配置相比，在NR时隙格式中，上下行符号配置类型更多

(3) 尽管所有时隙格式看起来都像TDD结构，但这些也可以部署在FDD模式

图5