5G NR学习笔记：帧结构和物理资源

参数集（numerology）

与LTE的参数集（子载波间隔和符号长度）不同，NR支持不同的子载波间隔（Sub-Carrier Spacing, SCS），所有的SCS都支持正常循环前缀（Cyclic Prefix, CP）。每个参数集对应一个参数μμμ,μ=0,1,..,4μ=0,1,..,4μ=0,1,..,4，μ=0μ=0μ=0时SCS=15KHz，与LTE相同，每12个连续的子载波定义为一个物理资源块（Physical Resource Block, PRB）。μ=2μ=2μ=2时SCS=60KHz，支持扩展CP。子载波间隔越大，一个PRB对应的实际带宽越大。如此定义的好处是简化了参考信号的设计，即在一个PRB内定义的参考信号图样将适用于所有的子载波间隔，不必为每个子载波间隔单独进行设计。此外，PRB是资源在频域内进行分配的基本单位，将PRB固定为12个子载波也将使得不同子载波的数据间的FDM和TDM复用更加容易实现。

不是每个参数集都可用于每个物理信道和信号，具体如下表所示

NR的时域基本单元是Tc=1/(Δfmax×Nf)T_c=1/(Δf_{max}\times N_f)Tc=1/(Δfmax×Nf)，其中最大SCSΔfmax=480×103HzΔf_{max}=480\times 10^3HzΔfmax=480×103Hz，FFT的长度是Nf=4096N_f=4096Nf=4096,故Tc=0.509nsT_c=0.509nsTc=0.509ns，对应的最大采样率为1/Tc1/T_c1/Tc,即1966.08MHz。LTE系统的基本时间单元是Ts=1/(Δfref×Nf,erf)T_s=1/(Δf_{ref}\times N_{f,erf})Ts=1/(Δfref×Nf,erf)。其中，最大的SCSΔfref=15×103HzΔf_{ref}=15\times 10^3HzΔfref=15×103Hz，FFT的长度是Nf,erf=2048N_{f,erf}=2048Nf,erf=2048,故Ts=32.552nsT_s=32.552nsTs=32.552ns，对应的最大采样率为1/Ts1/T_s1/Ts,即30.72MHz。

帧和子帧

NR无线帧（Frame）的长度Tf=（Δfmax×Nf/100）×Tc=10msT_f=（Δf_{max} \times N_f/100）\times T_c=10msTf=（Δfmax×Nf/100）×Tc=10ms，每个无线帧包含10个长度为Tsf=(Δfmax×Nf/1000)×Tc=1msT_{sf}=(Δf_{max}\times N_f/1000)\times T_c=1msTsf=(Δfmax×Nf/1000)×Tc=1ms的子帧(Subframe)，与LTE不同，NR的子帧仅作为计时单位，不作为基本调度单元，一个子帧进一步分割为若干个时隙（Slot），无论Slot长度为多少，一个Slot都包含14个OFDM符号（扩展CP为12个OFDM符号）。SCS越长，对应的Slot长度就越短，SCS=15KHz时，一个Slot的长度等于一个子帧，为1ms。

slot format，slot format显示单个时隙内每个符号的用处，它定义了符号用于上行（uplink），下行（downlink）或是灵活使用（flexible），具体如下：

物理资源

资源网格（Resource Grid, RG）
资源网格由Ngrid,xsize,μNSCRBN^{size,μ}_{grid,x}N^{RB}_{SC}Ngrid,xsize,μNSCRB个连续子载波和Nsymbsubframe,μN^{subframe,μ}_{symb}Nsymbsubframe,μ个连续OFDM符号组成。其中NSCRB=12N^{RB}_{SC}=12NSCRB=12，Ngrid,xsize,μN^{size,μ}_{grid,x}Ngrid,xsize,μ是当前SCS配置为μμμ时的PRB数量,上行和下行方向各有一个资源网格，Ngrid,xsize,μN^{size,μ}_{grid,x}Ngrid,xsize,μ的下标xxx取值为DL和UL，分别表示下行方向和上行方向，无混淆风险时可以省略。Nsymbsubframe,μN^{subframe,μ}_{symb}Nsymbsubframe,μ为一个子帧内的OFDM符号。资源网格的横坐标方向表示的是时域（横向的一格代表子帧时域的一个OFDM符号），纵坐标方向表示的是频域（纵向的一格代表频域的一个子载波）。其中每一格代表一个资源单元（Resource Element, RE），物理层最小资源粒度（在频域占用一个载波，在时域占用一个OFDM符号，用(k,l)(k,l)(k,l)表示，kkk是频域索引，lll表示相对于特定参考点的时域符号），每12个SCS为一个资源块（Resource Block, RB）。
不同子载波间隔配置μμμ的资源网格是是重叠的，对于相同带宽、不同SCS配置μμμ的资源网格，PRB的数目是不同的，每个子帧的OFDM长度和数量也是不同的，但是资源网格内包含的RE数目是相同的。
e.g.带宽18MHz，SCS配置μ=0(SCS=15KHz)μ=0(SCS=15KHz)μ=0(SCS=15KHz)时，频域上有100个PRB(12100=1200个子载波)，一个子帧上有14个OFDM符号，资源网格上共有141200=16800个RE；当子载波间隔配置μ=1(SCS=30KHz)μ=1(SCS=30KHz)μ=1(SCS=30KHz)时，频域上有50个PRB（1250=600个子载波）、一个子帧上有28个OFDM符号，资源网格上也共有28600=16800个RE。

资源块（Resource Blocks, RB）
频域每12个连续的子载波就是一个资源块。
Point A：Point A是不同子载波间隔配置μμμ的资源网格的公共参考点，有两种获取方式：
1.offsetToPointAoffsetToPointAoffsetToPointA:Point A与UE初始小区选择所使用的最小资源块索引之间的频率偏移，单位PRB，FR1的SCS=15KHz，FR2的SCS=60KHz。1RB = 12sc, 如果FR1，1个单位等于 15 * 12 = 180 kHz. 如果FR2，1个单位等于 60 * 12 = 720 kHz.
2.absoluteFrequencyPointAabsoluteFrequencyPointAabsoluteFrequencyPointA：直接定义了Point A的频率，单位是ARFCN。
公共资源块（Common Resource Blocks, CRB）
对于不同的子载波间隔配置μμμ，CRB的索引在频域上从0开始，往上递增，CRB0的子载波0的中心位置就是Point A。CRB的索引nCRBμn^μ_{CRB}nCRBμ和资源单元(k,l)(k,l)(k,l)的关系如式所示：nCRBμ=⌊kNSCRB⌋n^μ_{CRB}=\lfloor \frac{k}{N^{RB}_{SC}} \rfloornCRBμ=⌊NSCRBk⌋。式中，kkk是CRB子载波与Ponit A的相对值，k=0k=0k=0对应Point A
物理资源块（Physical Resource Blocks, PRB）
PRB定义在BWP之内，其索引是0∼NBWP,isize−10 \sim N^{size}_{BWP,i}-10∼NBWP,isize−1。其中iii是第iii个BWP索引，第iii个BWP的PRBnPRBn_{PRB}nPRB和CRBnCRBn_{CRB}nCRB的关系为nCRB=nPRB+NBWP,istartn_{CRB}=n_{PRB}+N^{start}_{BWP,i}nCRB=nPRB+NBWP,istart。式中NBWP,istartN^{start}_{BWP,i}NBWP,istart是BWP开始的CRB的索引与CRB0的相对值。
部分带宽（Bandwidth Part, BWP）
BWP是NR提出的新概念，其是CRB的一个子集，可以理解为UE的工作带宽。对于某个特定参数集μiμ_iμi，开始位置为NBWP,istart,μN^{start,μ}_{BWP,i}NBWP,istart,μ，带宽为NBWP,isize,μN^{size,μ}_{BWP,i}NBWP,isize,μ的第iii个BWP应满足Ngrid,xstart,μ≤NBWP,istart,μ<Ngrid,xstart,μ+NBWP,istart,μN^{start,μ}_{grid,x}\le N^{start,μ}_{BWP,i}<N^{start,μ}_{grid,x}+N^{start,μ}_{BWP,i}Ngrid,xstart,μ≤NBWP,istart,μ<Ngrid,xstart,μ+NBWP,istart,μ和Ngrid,xstart,μ<NBWP,isize,μ+NBWP,istart,μ≤Ngrid,xstart,μ+Ngrid,xsize,μN^{start,μ}_{grid,x}<N^{size,μ}_{BWP,i}+N^{start,μ}_{BWP,i}\le N^{start,μ}_{grid,x}+N^{size,μ}_{grid,x}Ngrid,xstart,μ<NBWP,isize,μ+NBWP,istart,μ≤Ngrid,xstart,μ+Ngrid,xsize,μ