5G帧结构

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3GPP正在定义5G NR(New Radio)的物理层，相对于4G，5G最大的特点是支持灵活的帧结构。

WHY?

因为5G要支持更多的应用场景，其中，超高可靠低时延(URLLC)是未来5G的关键服务，需要比LTE时隙更短的帧结构。

这是怎样的一种帧结构呢?

1Numerology

Numerology这个概念可翻译为参数集，大概意思指一套参数，包括子载波间隔，符号长度，CP长度等等。

5G的一大新特点是多个参数集(Numerology)，其可混合和同时使用。Numerology由子载波间隔(subcarrier spacing)和循环前缀(cyclic prefix)定义。

在LTE/LTE-A中，子载波间隔是固定的15kHz，5G NR定义的最基本的子载波间隔也是15kHz，但可灵活可扩展。

所谓可灵活扩展，即NR的子载波间隔设为15*(2^m) kHz，m ∈ {-2, 0, 1, ..., 5}，也就是说子载波间隔可以设为3.75kHz、7.5kHz、15kHz、30kHz、60kHz、120kHz...(如下表):

2帧结构

对于5G帧结构，由固定结构和灵活结构两部分组成。

如上图，与LTE相同，无线帧和子帧的长度固定，从而允许更好的保持LTE与NR间共存。这样的固定结构，利于LTE和NR共同部署模式下时隙与帧结构同步，简化小区搜索和频率测量。

不同的是，5G NR定义了灵活的子构架，时隙和字符长度可根据子载波间隔灵活定义。

3Mini-Slots

5G定义了一种子时隙构架，叫Mini-Slot。Mini-slots主要用于超高可靠低时延(URLLC)应用场景。

如上图(红色方框)，Mini-Slot由两个或多个符号组成(待进一步研究)，第一个符号包含控制信息。对于低时延的HARQ可配置于Mini-Slot上，Mini-Slot也可用于快速灵活的服务调度，估计仅一些5G 终端支持Mini-Slot。

4同步信号

为了连接网络，5G UE需执行初始小区搜索，其主要目的:

·寻找信号最强的小区来连接

·获取系统帧timing，即帧的起始位置

·确定小区的PCI

·解调参考信号

为了支持小区搜索，需用到PSS(Primary Synchronization Signal，主同步信号)和SSS(Secondary Synchronization Signal，辅同步信号)。

PSS和SSS在同步信号块(Synchronisation Signal Block)里传输，与PBCH(物理广播信道)一起，配置于固定的时隙位置，如下图:

在初始小区搜索期间，UE通过匹配滤波器对接收信号和同步信号序列进行相关，并执行以下步骤:

1)发现主同步序列，获得符号和5ms帧timing。

2)发现辅同步序列，检测CP长度和FDD / TDD双工模式，并从匹配滤波器结果中获得准确的帧timing，从参考信号序列索引获取CI。

3)解码PBCH并获得基本的系统信息。

为了支持波束扫描，同步信号块被组织成一系列脉冲串(burst)，并周期性发送。

5PBCH(物理广播信道)

PBCH向UE提供基本的系统信息，任何UE必须解码PBCH上的信息后才能接入小区。

例如，PBCH提供的信息包括(待进一步讨论):

·下行系统带宽

·无线电帧内的定时信息

·同步信号脉冲发送的周期性

·系统帧号

·其他较高层信息(待进一步讨论)

其他广播信息被映射到共享信道上。

6同步信号和PBCH的映射

目前，3GPP正在讨论同步信号和PBCH如何映射到物理资源。一种可能的映射如下图:

PSS/SSS/PBCH只有4个符号，这样可确保快速的获得时间。 PSS/SSS的保护带确保减少干扰。 所有5G UE都必须支持24个PRB的带宽。

同步信号块带宽取决于子载波间隔，如下图所示:

7系统信息

系统信息获取采用分级的方式。 基本小区配置信息由PBCH提供，共享信道进一步提供更多的系统信息。完整的信息可以通过以下步骤获得:

1)UE读取提供基本小区配置的PBCH，并找到下行控制信道(其调度共享信道)。

2)UE读取为所有其他系统信息块提供调度信息的最小系统信息。

3)UE读取其他所需的系统信息。

4)UE请求系统信息，例如，仅与特定UE相关的系统信息。

参考:3GPP TS 38.201, TS 38.202, TS 38.211, TS 38.212, TS 38.213, TS 38.214, TS 38.215