LTE FDD和TDD的物理帧结构-526互联

1 目的

本文档对LTE FDD和TDD的帧结构进行描述。

2 术语介绍

术语	术语含义
子载波	LTE每个子载波间隔为15kHz
资源块（Resource Block）	资源块在频域上由12个子载波构成共180kHz；资源块在时域上由7或6个OFDM符号构成，一个资源块代表一个时隙为0.5ms。
TTI	Transmission Time Interval，传输时间间隔，代表最小数据传送时间,可以根据不同业务有很大范围的变化，具体是指无线链路一个能够独立解调的传输块的长度。 3GPP LTE标准中，一般认为 1 TTI = 1ms 。
LTE调度	LTE的时隙长度为0.5ms，但对0.5ms这一个调度的话，信令开销太大，对器件要求高。一般调度周期TTI设为一个子帧的长度（1ms），包括两个资源块RB的时间长度。因此一个调度周期内，资源块RB都是成对出现的。
频带（Band）	指代的是一个频率的范围或者频谱的宽度，即无线解码器的最低工作频率至最高工作频率之间的范围，单位是Hz。为了方便起见，在LTE中，使用数字1-43来表示不同的频带（36101-V10.21.0版本协议），从而指代不同的频率范围。
信道带宽（Channel Bandwidth）	信道带宽限定了允许通过该信道的上下限频率，也即限定了一个频率通带。在一个频带Band中，可以灵活分配若干个不同的信道带宽。LTE系统支持信道带宽灵活可变，有6种可以配置，分别是1.4MHz，3MHz，5MHz，10MHz，15MHz，20MHz。
载波频点号（Eaerfcn）	Eaerfcn用16bit表示，范围是0-65535，来指代载波频率Fc。为了唯一标识某个LTE系统所在的频率范围，仅用频带和信道带宽这两个参数是无法限定的，比如中移动的频带40占了50M频率范围，而LTE最大的信道带宽是20M，那么在这个50M范围里是没有办法限定这个20M具体在什么位置，这个时候就要引入新的参数：载波中心频率Fc，通过频带Band、信道带宽Bandwidth和载波频率Fc这三个值，就可以唯一确定LTE系统的具体频率范围

3 LTE 协议

3.1 LTE 调制

LTE采用OFDM技术，子载波间隔为△f=15kHz，每个子载波为2048阶IFFT采样，则LTE采样周期Ts=1/（2048×15 000）=0.033us。在LTE中，帧结构时间描述的最小单位就是采样周期Ts。LTE调制解调示意图如下所示。

LTE通过OFDM对多路子载波进行调制解调，其调制解调在时间上以一个OFDM符号的持续时间为周期，频域上以小区工作带宽为区间，形成的时频资源图如下所示。

LTE每个时隙长度为0.5ms，但对0.5ms一个时隙进行调度的话，信令开销太大，对器件要求高，因此LTE的调度周期TTI设为一个子帧的长度（1ms），包括两个资源块RB的时间长度。因此一个调度周期内，资源块RB都是成对出现的。

LTE中每个基站支持6种不同的传输带宽1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz配置，其每种带宽下工作的子载波数和采样频率如下表所示。

时域采样率：

10M带宽： 600个子载波符号，就是1024个FFT输入采样点。此是的时域的采样率=1024 * 15K = 15.36M，表示一秒钟有15.36M个子载波的幅度值。

20M带宽：1200个子载波符号，就是2048个FFT输入采样点。此是的时域的采样率=1024 * 15K = 30.72M，表示一秒钟有30.72M个子载波的幅度值。

3.2 LTE FDD帧结构

LTE FDD类型的无线帧长为10ms，每帧含10个子帧，20个时隙。每个子帧有2个时隙，每个时隙为0.5ms，每个时隙又可以有若干个资源块（RB）,每个RB含有12个子载波。

LTE FDD中一个时隙包含多个连续的OFDM符号。为了克服因多径效应引起的相同数据抵达接收端时间不一致导致的符号间干扰（ISI），需要加入CP（Cyclic Prefix，循环前缀）。CP长度与覆盖半径有关，要求的覆盖半径越大需要配置的CP长度就越长，但过长的CP也会导致系统开销太大。

LTE中循环前缀插入是将OFDM符号的最后部分将被复制并插入到OFDM符号的开始部分，CP插入分上下行普通CP配置和上下行扩展CP配置，下面分别介绍两种CP。

1) 上下行普通CP配置

上下行普通CP配置下的时隙结构如下图所示。在第一个时隙中，第0个OFDM符号的CP长度和其他OFDM符号的CP长度不一样。第0个OFDM符号CP长度为160Ts，约为5.2us；而其他6个OFDM符号CP长度为144Ts，约为4.7us；每个OFDM周期内有用符号长度为2048Ts，约为66.7us。7个OFDM符号周期，有用符号长度和CP长度之和正好为15360Ts，约合为0.5ms。

2) 上下行扩展CP

上下行扩展CP配置下的时隙结构如图，每个时隙的OFDM符号数不再是7个，而是6个。和普通CP配置时隙结构不同的是，一个时隙内，每个CP长度都是512Ts。

3.3 LTE TDD帧结构

LTE TDD与LTE FDD帧长度一致，但保留了TD-SCDMA的一些特色元素。TDD采用的也是OFDM技术，子载波间隔和时间单位均与FDD相同，帧结构与FDD类似，如下图所示。每个10ms帧由10个1ms的子帧组成，每个子帧包含2个0.5ms的时隙。

LTE TDD的10ms帧结构中每个帧的第一个子帧固定地用作下行时隙来发送系统广播信息，第二个子帧固定地用作特殊时隙，第三个子帧固定地用作上行时隙；后半帧的各子帧的上、下行属性是可变的，常规时隙和特殊时隙的属性也是可以调的。上、下行子帧的分配策略是可以设置的。协议规定了0~6共7种TD-LTE帧结构上、下行配置策略，如下表所示。D代表下行、S代表特殊时隙（也算下行），U代表上行。