LTE 系列：下行链路帧结构

LTE 下行链路帧结构详细讲解

下行帧结构

FDD——类型 1

36.211 中 FDD LTE 的帧结构概览图如下所示：

上图仅显示了帧在时域上的结构，而没有显示频域上的结构。

从图中可以看处：

• 一帧（一个无线帧，一个系统帧）的持续时间是 10 ms。

• 一帧（10 毫秒）的样本数是 307200（307.200 K）。

• 一帧中有 10 个子帧。

• 一个子帧中有 2 个时隙。

那么一个时隙是时域上最小的结构吗？不，如果进一步放大此结构，则会得到下图：

可以观察到一个时隙由 7 个符号组成。（一个符号是信号的某个时间跨度，在 I/Q 星座中的一个点。）

在符号的开头，还有一个很小的跨度，称为循环前缀，其余部分是真实的符号数据。

LTE 中有两种不同类型的循环前缀。一种是普通循环前缀；另一个是扩展循环前缀，其长度比普通循环前缀更长。（由于一个时隙的长度是固定的且不能更改，因此，如果使用扩展循环前缀，则一个时隙内则只能有 6 个符号）。

继续放大子帧以可以观察到确切的时间和采样，如下图所示：

此图中显示的长度不随采样率而变化，但是每个符号和 CP 中的采样数随采样率而变化。此图中显示的样本数基于 30.72 Mhz 采样率的情况。

关于上述子帧结构，需要注意的几件事是：

• 时隙中的第一个 OFDM 符号比剩下的 OFDM 符号长一些。

• 上图中显示的样本数基于以下参数设置：采样率为 30.72M 个样本/秒和 2048 个 bin/IFFT（$N_{ifft}$）。实际采样率和 $N_{ifft}$ 可能会随系统带宽而变化，需要根据特定带宽来缩放。

• 每种系统带宽的典型 $N_{ifft}$ 如下:

System BW	Number of RBs	$N_{ifft}$ (bins/IFFT)
1.4	6	128
3.0	15	256
5.0	25	512
10.0	50	1024
15.0	75	2048
20.0	100	2048

下图是LTE 资源网格的总体子帧结构：

以下显示所有 4 个天线信号叠加（重叠）的理想情况下的下行链路帧结构和 RE（Resource Element，资源元素）映射的示例。

实际上，来自每个天线的信号具有略微不同的符号数据和参考信号位置。 RE 映射的顶部和底部显示的星座图是 LTE 信号分析器测量来自 LTE 网络模拟器的 LTE 信号的测量结果。这是在 LTE 网络正在传输 MIB/SIB 且 UE 未连接的情况下在天线端口 0 处捕获的。如果您使用不同的信道功率（例如 PCFICH 功率，PDCCH 功率，CRS 功率等）执行类似的操作，则可能会看到一些不同的星座图。

现在我们进一步放大结构，但这一次是在频域而不是时域扩展。我们将获得以下完整的详细图：

如上所述，我们可以在二维图中表示 LTE 信号。横轴是时域，纵轴是频域。纵轴上的最小单位是子载波，横轴上的最小单位是符号。时域和频域多个较小单位组合成较大单位。

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首先让我们看一下频域结构：

• LTE（无论 OFDM/OFDMA）频带由多个小间隔信道组成，这些小信道称为子载波。

• 无论 LTE 频带的系统带宽是多少，子载波间隔都相同。

• 如果 LTE 信道的系统带宽发生变化，则信道数（子载波）会发生变化，但信道之间的间隔不会发生变化。

1. 子载波和下一个子载波之间的空间是多少？ 15 Khz

2. 20 Mhz LTE 频段的信道（子载波）数量是多少？ 1200 个子载波。

3. 10 Mhz LTE 频段的信道（子载波）数量是多少？ 600 个子载波。

4. 5 Mhz LTE 频段的信道（子载波）数量是多少？ 300 个子载波。

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接着我们看一下横轴（即时域）的上的基本组成单位。时域上的最小单位是符号，长度为 66.7 us。无论带宽如何，符号长度都不会改变。

1. 一个时隙中有多少个符号？ A> 7 个符号。

2. 一个子帧中有多少个符号？ A> 14 个符号。

3. 一个帧中有几个时隙？ A> 20 个时隙。

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现在，让我们看一下由时域（横轴）和频域（竖轴）组成的单位。我们将此类型的单元称为二维单元。

最小的二维单位是 RE，它由时域中的一个符号和频域中的一个子载波组成。另一个二维单位是 RB（Resource Block，资源块），它由时域中的一个时隙和频域中的 12 个子载波组成。RB 是 LTE 中协议侧和 RF 测量侧最重要的单元。

1. 一个资源块中有多少个符号？ 7 个符号。

2. 一个资源块中有多少个子载波？ 12 个子载波。

3. 一个资源块中有多少资源元素？ 84 个资源元素。

那么

4. 20 Mhz 频带中有多少资源块？ 100 个资源块。

5. 10 Mhz 频带中有多少资源块？ 50 个资源块。

6. 5 Mhz 频带中有多少资源块？ 25 个资源块。

TDD——类型 2

以下是使用 Sandesh Dhagle’s Resource Grid Tools 生成的各种配置的 TDD UL/DL 资源分配图。

类别	颜色
PDCCH	橙色
PBCH	蓝色
PSS	紫色
SSS	浅蓝色
PDSCH	白色
Reserved	黑色
Ref Signal	红色
PCFICH	浅绿色
PHICH	黄色
TDD Uplink	绿色
Guard Period	灰色

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下面展示具有不同特殊子帧配置的资源网格的示例。在这些示例中，仅注意子帧 0 和子帧 6 中的符号结构如何变化。

LAA——类型 3

从 3GPP Rel 13 开始，提出了一种新的帧结构，主要应用于 LAA（License Assisted Access，许可辅助访问），与 LTE-U 一样，这也是一种在未经许可的频率范围内传输 LTE 信号的技术。 然而，与 LTE-U 不同的是，LAA 使用一种特殊的物理层帧结构，称为帧结构类型 3，这是以前不存在的。这种新的帧结构旨在使 LTE 信号类似于 WLAN 突发，并使 LTE 信号更好地与现有的 WLAN 业务共存。更多详情参见 LAA。

参考

• [1] Frame Structure - Downlink

• [2] Sandesh Dhagle’s Resource Grid Tools