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5G系统定义的帧结构分析

张长青

【摘要】5G网络之所以能连接新的行业,催生新的服务,带来新的用户体验,其中一

个重要原因就是5G的帧结构发生了较大变化.5G的应用场景是万物互联,帧结构必

须灵活多变,才能适应不同应用场景的大量业务需要.首先简介了TD-LTE的帧结构,

其次总结了面向5G的三大应用场景,引申出市场对5G系统的特殊需求,最后分析

了5G的帧结构,并讨论了5G帧结构定义的作用和意义.

【期刊名称】《邮电设计技术》

【年(卷),期】2019(000)006

【总页数】5页(P42-46)

【关键词】帧结构;无线帧;子帧;时隙;符号

【作者】张长青

【作者单位】中国移动通信集团湖南有限公司岳阳分公司,湖南岳阳414000

【正文语种】中文

【中图分类】TN929.5

0引言

帧一般是指数据链路层的协议数据单元。帧由几个执行不同功能的部分组成。帧结

构是指能够按照传送信息的不同，组成不同的重复周期的帧。网络通信中的帧结构

比较简单，如IP数据报仅包括帧头、数据部分和帧尾3部分，帧头和帧尾包含有

同步、地址和差错控制等信息，数据部分则包含有从网络层传下来的数据。移动通

信的帧结构比较复杂，这是因为移动通信是高速率、高品质、高数据量的宽带通信

系统，不仅要占用频域、时域、空域等所有数据传输承载资源，还要考虑通信过程

中的不同数据类型、不同业务需求以及无线信道中的多径与多普勒等效应对传输承

载的特别要求。

帧是移动通信传输技术的基础，帧结构的品质直接决定移动通信的品质。5G及其

演进系统可以解决许多新的场景应用，虽然其帧结构更加复杂，但却可以兼容4G

系统，因为其帧结构沿用了部分4G的帧结构。

14GTD-LTE帧结构分析

为了满足时分复用中的上下行时间转换的要求，TD-LTE设计了专门的无线帧结构，

具体如图1所示。在TD-LTE时域中，以周期方式同时传输、且标准配置上下行子

帧数的帧结构有无线帧和半帧2种，无线帧时长10ms，半帧时长5ms，1个无

线帧由2个半帧组成。每个半帧由时长1ms的5个子帧组成，每个子帧由时长

0.5ms的2个时隙组成，每个时隙可以根据循环前缀CP的不同时长，分别由6

个或7个CP+OFDM符号组成，每个OFDM符号的时长都是66.7μs，而CP的

时长可变，分为常规CP和扩展CP。每个OFDM符号所包含的二进制脉冲信息量

是由系统采用的基带调制方式决定的。

图1TD-LTE的帧结构简图

从图1可以看出，每个常规子帧都是由2个时长固定为0.5ms的时隙组成，特殊

子帧则是由3个名称分别为DwPTS、GP和UpPTS的时长各不相同且可以由系统

调整的特殊时隙组成，其中DwPTS可以配置3～12个OFDM符号，主要用于正

常下行控制信道和下行共享信道传输；UpPTS可以配置1～2个OFDM符号，主

要用于承载物理随机接入信道和Sounding导频信号；GP可以配置1～10个

OFDM符号，既可以避免时域同频上下行链路间相互干扰，起到保护间隔的作用，

又可以确定小区的有效辐射半径，其对应的时长为71～714μs，对应的小区半径

为7～100km。

在TD-LTE系统时域的帧结构中，每个半帧或无线帧中的特殊子帧中都有一个保护

间隔GP，每个时隙中的每个OFDM符号前都有一个循环前缀CP，系统中定义的

无线帧、半帧、子帧、时隙和OFDM符号的时长都是固定不变的，唯有GP和CP

的时长可以由系统调整。表面上GP是上下行子帧间的隔离区，CP是OFDM符号

间的隔离区，实际上GP的大小不仅决定了支持小区的覆盖半径，还可保证不同终

端的发射信号同步到达基站，当然GP是TD-LTE系统特有的参数，一般只能防止

ICI。理论上CP可对抗多径导致的时延扩展，保证子载波间的正交性，防止ISI，

实际上CP也是对GP作用的升级，既可防止ISI，还可防止ICI。