【移动通信】4G LTE帧结构

2024-04-15 15:11:40

目录

帧 frame
4G帧类型一适用于频分双工FDD
- 帧结构
- 子帧细化
- 循环前缀 CP
- - 符号间干扰 ISI
  - 子载波间干扰 ICI
  - CP配置
4G帧类型二适用于时分双工TDD
- 帧结构
- 特殊子帧
- 子帧配比
- - 普通子帧：
  - 特殊子帧：

帧 frame

帧即周期，在这个周期内一个小区会给正在与本小区做业务的所有用户发送一圈数据。但一帧内未必只给每个用户发送一次，可以某些用户会发送多次，4G LTE的一帧内能共有几百用户次。

例：2G GSM的帧（时分多址TDD）

4G帧类型一适用于频分双工FDD

帧结构

一个无线帧为10ms，向下又分为10个1ms子帧，每个子帧又二分为两个0.5ms时隙。4G一个子帧内可容纳几十个用户，在一个子帧内发送一圈数据。每个子帧内分配的具体用户有哪些取决于具体调度策略。

子帧细化

RE是资源粒子，4G中的最小资源单位，其实就是一个OFDM波形。因为LTE最高调制阶数是64QAM，所以一个RE最多传送6bit信息。

RB是资源块，时域上是一个时隙（0.5ms），频域上是12个子载波。1个时隙内1个子载波最多发送7个RE，1个RB里最多有7*12=84个RE（OFDM波形），因此1个RB每1ms最多传送84*6=504bit数据，如图。

系统带宽为20M时，每个子帧内应有1200个子载波，200个RB。因此4G理论最大毛速率为200*504 = 100800bit/ms = 100.8Mb/s，但实际上系统不可能把所有时域频域资源用于传输用户数据，还有控制信息等也占用资源，因此实际数据传输的毛速率约为75Mb/s。但是如果能够用上双载波聚合、2*2MIMO技术，那么FDD LTE在20MHz带宽下的理论速率可以达到75*2*2 = 300Mb/s 。

循环前缀 CP

把波形的后一段复制粘贴到波形头前作为CP，用于克服OFDM系统所特有的由多径效应引起的符号间干扰 ISI 和子载波干扰 ICI 。

符号间干扰 ISI

因多径效应导致同一子载波在接受处被以不同相位接受多次，若没有循环前缀CP，下一波形的前段会被上一波形延时接收波形的尾部叠加干扰。

子载波间干扰 ICI

子载波间本身是正交的，但是由于子载波上波形间会存在保护间隔，若没有循环前缀CP，则在某个子载波的周期内，因多径效应导致另一子载波有时延，把其保护间隔引入到该周期内，导致二者不完全正交（积分不等于零），无法分离二者。

CP配置

常规CP配置下一个时隙内子载波传送7个波形，拓展CP配置下一个时隙内子载波传送不到7个波形。

4G帧类型二适用于时分双工TDD

帧结构

和FDD类似，10ms一帧分为2个5ms半帧，又分为10个1ms子帧；一个子帧包含2个0.5ms时隙。子帧0、5、DwPTS总是用于下行发送。此外还有特殊子帧，如图中第1、6块：

特殊子帧

DwPTS：下行导频时隙，用于下行发送（数据或控制信息）

GP：上下行的保护间隔，防止下行对上行的干扰

UpPTS：上行导频时隙，用于上行发送

子帧配比

普通子帧：

图中D为下行、U为上行，S指特殊子帧

特殊子帧：

图片来自b站捻叶成剑

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