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：
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一帧（一个无线帧，一个系统帧）的持续时间是 10 ms。
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一帧（10 毫秒）的样本数是 307200（307.200 K）。
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一帧中有 10 个子帧。
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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：
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时隙中的第一个 OFDM 符号比剩下的 OFDM 符号长一些。
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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。
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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。
首先让我们看一下频域结构：
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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。
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子载波和下一个子载波之间的空间是多少？ 15 Khz
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20 Mhz LTE 频段的信道（子载波）数量是多少？ 1200 个子载波。
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10 Mhz LTE 频段的信道（子载波）数量是多少？ 600 个子载波。
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5 Mhz LTE 频段的信道（子载波）数量是多少？ 300 个子载波。
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。
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一个时隙中有多少个符号？ A> 7 个符号。
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一个子帧中有多少个符号？ A> 14 个符号。
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一个帧中有几个时隙？ A> 20 个时隙。
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。
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一个资源块中有多少个符号？ 7 个符号。
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一个资源块中有多少个子载波？ 12 个子载波。
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一个资源块中有多少资源元素？ 84 个资源元素。
那么
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20 Mhz 频带中有多少资源块？ 100 个资源块。
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10 Mhz 频带中有多少资源块？ 50 个资源块。
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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 |
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。