移動通信中,數據在無線網絡上是以幀(Frame)為單位進行傳輸的,其實就是數據傳輸的時間單位而已。
幀一般佔用的時間很短,比如LTE一個無線幀才10ms,子幀更是僅有1ms,這樣便可以實現1s內給多個用戶的數據分配不同的子幀去傳輸數據,由於子幀切換非常快(LTE TTI=1ms)用戶感覺自己是在實時傳輸。
與LTE相同,5G無線幀和子幀的長度固定,從而允許更好的保持LTE與NR間共存。不同的是,5G NR定義了靈活的子構架,時隙和字符長度可根據子載波間隔SCS靈活定義。
- 無線幀=10(ms)
- 子幀=1(ms)
- 時隙=12/14個符號週期 (ms)
- 符號週期=1/SCS +CP長度 (ms)
與4G LTE相比,5G NR支持多種不同類型的子載波間隔。5G採用u這個參數來表述載波間隔,比如u=0代表等同於LTE的15kHz,其他的各項配置如下圖所示。
根據公式 符號週期=1/SCS +CP長度,我們可以知道隨著u的變化,符號週期成比例變化,相應的CP也成比例變化。即隨著子載波間距的增大,時隙會變短。
- 當NR SCS=15khz時,此時NR時隙=14個符號=1ms
- 當NR SCS=30khz時,此時NR時隙=14個符號=0.5ms
- 當NR SCS=60khz時,此時NR時隙=12/14個符號(12對應擴展CP,14對應普通CP)=0.25ms
- 當NR SCS=120khz時,此時NR時隙=14個符號=0.125ms
- 當NR SCS=240khz時,此時NR時隙=14個符號=0.0625ms
與LTE 按子幀進行調度不同的是,時隙是NR的基本調度單位,更高的子載波間隔導致了更小的時隙長度,因而數據調度粒度就更小,更適合於時延要求高的傳輸。
(此外5G定義了一種子時隙構架,叫Mini-Slot。Mini-slots主要用於超高可靠超低時延(URLLC)應用場景。Mini-Slot由兩個或多個符號組成,第一個符號包含控制信息。
對於低時延的HARQ以及快速靈活的調度可配置於Mini-Slot上,Mini-Slot也可以用於模擬波束賦形以及非授權頻譜的部署,目前僅一些5G終端支持Mini-Slot。)
當然並不是所有頻段支持的SCS均相同,頻段及支持的SCS如下:
5G時隙配置
和LTE相比,NR子幀具有靈活性和多樣性:NR中引入了靈活時隙的概念,可以針對不同的UE進行動態調整,可以調整到符號級別。NR中Slot類型更多,支持更多的場景和業務類型。
時隙Slot基本構成:
- Downlink,D,用於下行傳輸;
- Flexible,X,可用於下行傳輸,上行傳輸以及GP(相當於LTE的特殊子幀S)
- Uplink,U,用於上行傳輸
Slot類型
- Type 1:全下行,DL-only slot,12/14個符號每個符號都用於下行
- Type 2:全上行,UL-only slot,12/14個符號每個符號都用於上行
- Type 3:全靈活資源,Flexible-only slot,每個符號靈活多變
- Type 4:至少一個上行或下行符號,其餘靈活配置,有多種配置,如下:
NR系統支持四級時隙配比的配置方案,依次從第一級到第四級,其中第一級和第二級採用半靜態配置,在網管中配置後保持恆定,第三級和第四級可以實現動態配置也可以採用半靜態配置。
第一級別:Cell-specificRRC信令半靜態配置。
- 通過SIB1:UL-DL-configuration-common和UL-DL-configuration-common-Set2下發
第二級別:UE-specificRRC信令半靜態配置
- 高層信令:UL-DL-configuration-dedicated中下發
第三級別:UE-groupSFI信令動態配置。在DCIformat2_0之中下發
第四級別:UE-specificDCI信令動態配置。在DCI format 0,1之中下發
配置週期為:{0.5,0.625,1,1.25,2,2.5,5,10} ms
依賴於當前NR小區的SCS,如SCS=30khz,如果以10個時隙配置則配置週期為5ms,如果10個時隙中前5個和後5個時隙配置完全一致,則可以按5時隙配置,週期為2.5ms。總結:0.625ms僅用於120kHzSCS,1.25ms用於60kHz及以上SCS;2.5ms用於30kHz及以上SCS;5ms用於15kHz及以上SCS,10ms僅用於15khz。
需要注意的是配置週期中存在奇怪的幾種配置,0.5ms、1ms以及2ms。這三種採用的是8個時隙配置一次。
當前主流時隙配置
當然目前NR時隙配置和LTE類似主要採用半靜態配置,主流配置有以下四種:
覆蓋對比
協議定義C-bandSSB最大數目為8,SSB在無線幀中的時域位置已確定
協議定義一個SSB週期內的所有波束要在5ms內發完:為支持最大7~8個SSB波束,建議連續4個下行或下行為主的slot
時延對比
四種候選幀結構上下行均可以滿足ITU定義的空口單向4ms指標;Case1/2/3三種幀結構E2E時延差別較小;8:2 E2E時延相對較大(增加25%)
容量對比
Case1/4下行容量能力最強,Case2/3下行容量能力差;Case2上行能力最強;Case3的GP開銷最大。