【5G NR】物理资源

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文章目录

  • 前言
  • 1. 天线端口
    • 1.1 天线端口的定义
    • 1.2 准共址的定义
  • 2. 资源网格
  • 3. 资源单元
  • 4. 资源块
    • 4.1 资源块概述
    • 4.2 Point A
    • 4.3 公共资源块
    • 4.4 物理资源块
    • 4.5 虚拟资源块
  • 5. 部分带宽
  • 参考文献

前言

NR物理资源包括天线端口(Antenna Port)、资源网格(Resource Grid)、资源单元(Resource Element,RE)、资源块(Resource Block,RB)、部分带宽(Bandwidth Part,BWP)[1]。


1. 天线端口

1.1 天线端口的定义

天线端口是这样定义的:天线端口上符号传输所经历的信道可以从同一天线端口上的另一个符号传输所经历的信道中推断出来An antenna port is defined such that the channel over which a symbol on the antenna port is conveyed can be inferred from the channel over which another symbol on the same antenna port is conveyed) [1]。通俗地说,同一天线端口传输的不同信号所经历的信道是一样的

每个天线端口对应一个资源网格。天线端口与物理信道或信号有着严格的对应关系。

需要强调的是,天线端口是逻辑概念,并不等同于物理天线端口。有关天线端口的理解,请参考 [2]。

1.2 准共址的定义

两个天线端口被称为是准共址(Quasi Co-located,QCL)的,如果一个天线端口上符号传输所经历的信道的大尺度属性可以从另一个天线端口上符号传输所经历的信道推断出来(Two antenna ports are said to be quasi co-located if the large-scale properties of the channel over which a symbol on one antenna port is conveyed can be inferred from the channel over which a symbol on the other antenna port is conveyed)[1]。

大尺度属性包括时延扩展(Delay Spread)、多普勒扩展(Doppler Spread)、多普勒频移(Doppler Shift)、平均增益(Average Gain)、平均时延(Average Delay)、空间接收参数(Spatial Rx Parameters)中的一个或多个 [1]。

准共址包括以下4类 [3]:

  • QCL-Type A:{多普勒频移、多普勒扩展、平均时延、时延扩展}
  • QCL-Type B:{多普勒频移、多普勒扩展}
  • QCL-Type C:{平均时延、多普勒频移}
  • QCL-Type D:{空间接收参数}

这里要说明的是,天线端口由参考信号定义,因此本质上QCL定义的是UE接收到的两个参考信号之间的关系。有关准共址的理解,请参考 [4]。


2. 资源网格

对于每个参数集(Numerology)和载波,都定义了一个从公共资源块 N g r i d s t a r t , μ N_{\rm grid}^{\rm start,\mu} Ngridstart,μ(有关公共资源块,请详见第4节内容)开始的资源网格 [1]。

资源网格由

  • 频域上 N g r i d , x s i z e , μ N S C R B N_{\rm grid,x}^{\rm size,\mu} N_{\rm SC}^{\rm RB} Ngrid,xsize,μNSCRB个子载波,其中 N S C R B = 12 N_{\rm SC}^{\rm RB}=12 NSCRB=12表示每个RB由频域上12个连续子载波组成(详见第4节内容), N g r i d , x s i z e , μ N_{\rm grid,x}^{\rm size,\mu} Ngrid,xsize,μ表示资源网格的大小或者说载波带宽,即当子载波间隔配置为 μ \mu μ时的RB数。
  • 时域上 N s y m b s u b f r a m e , μ N_{\rm symb}^{\rm subframe,\mu} Nsymbsubframe,μ个OFDM符号,其中 N s y m b s u b f r a m e , μ N_{\rm symb}^{\rm subframe,\mu} Nsymbsubframe,μ表示1个子帧内OFDM符号数。

组成,如下图2-1所示。每个传输方向(uplink,downlink,sidelink)各有一组资源网格,用下标 x \rm x x表示。在没有混淆风险的情况下,下标 x \rm x x可以省略 [1]。

在这里插入图片描述

图2-1. 资源网格、资源块和资源单元示意图

 

对于上行传输和下行传输,子载波间隔配置 μ \mu μ下的载波带宽 N g r i d s i z e , μ N_{\rm grid}^{\rm size,\mu} Ngridsize,μ由IE SCS-SpecificCarrier中的高层参数carrierBandwidth给定,而子载波间隔配置 μ \mu μ下的资源网格的开始位置 N g r i d s t a r t , μ N_{\rm grid}^{\rm start,\mu} Ngridstart,μ由IE SCS-SpecificCarrier中的高层参数offsetToCarrier给定 [1]。

需要注意的是,对于每个天线端口 p p p,子载波间隔配置 μ \mu μ和传输方向,都有一个资源网格 [1]。


3. 资源单元

资源单元RE定义为资源网格上的单元,是最小的资源单位。每个RE在频域上占用1个子载波,在时域上占用1个OFDM符号,并由 ( k , l ) p , μ (k,l)_{p,\mu} (k,l)p,μ唯一标识,如图2-1所示。其中 k k k表示频域索引, l l l表示时域上相对于某一参考点的OFDM符号位置, p p p表示天线端口, μ \mu μ表示子载波间隔配置 [1]。

每个RE ( k , l ) p , μ (k,l)_{p,\mu} (k,l)p,μ对应一个物理资源和复数值 a k , l ( p , μ ) a_{k,l}^{(p,\mu)} ak,l(p,μ)。在没有混淆风险的情况下, p p p μ \mu μ可以省略 [1]。

需要说明的是,对于相同带宽但不同子载波间隔配置的资源网格,其在频域上占用的子载波或者RB数,以及在时域上占用的OFDM符号数是不同的,但是其包含的RE数是相同的。


4. 资源块

4.1 资源块概述

和LTE类似,对于任意子载波间隔配置 μ \mu μ,NR中1个RB定义为频域上 N S C R B = 12 N_{\rm SC}^{\rm RB}=12 NSCRB=12个连续的子载波 [1],如图2-1所示。但是,和LTE不同的是,由于NR在同一个载波上支持多个参数集,不同参数集的RB在频域上占用的长度是不同的,因此为了保证不同参数集RB的对齐,NR引入了Point A公共资源块(Common Resource Block,CRB)、物理资源块(Physical Resource Block,PRB)、虚拟资源块(Virtual Resource Block,VRB)等概念 [2]。


注释:

LTE中,RB定义在时域和频域上,即1个RB定义为时域上1个时隙(OFDM符号),频域上12个连续子载波 [5]。而NR中,RB只定义在频域上。这种方式为NR在时域上的调度提供了许多灵活性 [6]。


4.2 Point A

Point A作为不同子载波间隔配置 μ \mu μ下的资源网格的公共参考点,其可以通过下面两种方式获得 [1]:

  • offsetToPointA:PCell下行的offsetToPointA表示Point A与UE初始小区选择所使用的SS/PBCH block(SSB)重叠的最低资源块的最低子载波之间的频率偏移以RB为单位来表示,且假定子载波间隔为15 kHz(FR1)或子载波间隔为60 kHz(FR2)(offsetToPointA for a PCell downlink where offsetToPointA represents the frequency offset between point A and the lowest subcarrier of the lowest resource block, which overlaps with the SS/PBCH block used by the UE for initial cell selection, expressed in units of resource blocks assuming 15 kHz subcarrier spacing for FR1 and 60 kHz subcarrier spacing for FR2),如下图4-1所示。详细内容请参考 [7] - [9]
    • 对于非共享频谱信道访问(without shared spectrum channel access),最低资源块的子载波间隔由高层参数subCarrierSpacingCommon提供。
    • 对于共享频谱信道访问,最低资源块的子载波间隔和UE初始小区选择所使用的SSB的子载波间隔一致。
  • absoluteFrequencyPointA:其他情况下,以NR-ARFCN表示Point A的频率位置。有关NR-ARFCN请参考 [10]。
    • NR-ARFCN通过系统消息SIB1的高层参数absoluteFrequencyPointA指定

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图4-1. Point A示意图

4.3 公共资源块

对于任意子载波间隔配置 μ \mu μ,公共资源块CRB在频域上都从0开始往上编号。CRB 0的子载波0的中心与Point A重合 [1],也就是不同子载波间隔配置下的CRB 0的子载波 0的中心频点是相同的,如下图4-2所示。

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图4-2. CRB示意图 [6]

 

从上图4-2可以看出,不同子载波间隔配置下的CRB边界并不对齐。相比子载波间隔为 Δ f \Delta f Δf的CRB边界,子载波间隔为 2 Δ f 2 \Delta f 2Δf的CRB边界偏移了 1 2 Δ f \frac{1}{2} \Delta f 21Δf [6]。

CRB在频域上的索引 n C R B μ n_{\rm CRB}^{\mu} nCRBμ与特定子载波间隔配置 μ \mu μ下的资源单元 ( k , l ) (k,l) (k,l)之间的关系如下: n C R B μ = ⌊ k N S C R B ⌋ n_{\rm CRB}^{\mu} = \lfloor \frac{k}{N_{\rm SC}^{\rm RB}} \rfloor nCRBμ=NSCRBk,其中 k k k相对Point A定义,即 k = 0 k=0 k=0对应的子载波中心与Point A重合 [1]。

4.4 物理资源块

物理资源块PRB定义在部分带宽BWP内,是用于实际传输的资源。在每个BWP内,PRB按照 0 0 0~ N B W P , i s i z e , μ − 1 N_{\rm BWP,i}^{\rm size,\mu}-1 NBWP,isize,μ1的索引进行编号,其中 i i i是BWP的索引。BWP i i i中的PRB n P R B μ n_{\rm PRB}^{\mu} nPRBμ与CRB n C R B μ n_{\rm CRB}^{\mu} nCRBμ之间的关系如下: n C R B μ = N B W P , i s t a r t , μ + n P R B μ n_{\rm CRB}^{\mu} = N_{\rm BWP, i}^{\rm start,\mu} + n_{\rm PRB}^{\mu} nCRBμ=NBWP,istart,μ+nPRBμ,其中 N B W P , i s t a r t , μ N_{\rm BWP, i}^{\rm start,\mu} NBWP,istart,μ是BWP i i i开始的CRB与CRB 0的相对值,如下图4-3所示。在没有混淆风险的情况下, μ \mu μ可以省略 [1]。

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图4-3. PRB示意图 [6]

 

4.5 虚拟资源块

和PRB相似,虚拟资源块VRB也是定义在特定的BWP内,且在每个BWP内按照 0 0 0~ N B W P , i s i z e , μ − 1 N_{\rm BWP,i}^{\rm size,\mu}-1 NBWP,isize,μ1的索引进行编号,其中 i i i是BWP的索引。

通过PDCCH对PDSCH/PUSCH进行资源分配的时候,资源是以VRB的形式给出,然后VRB会被映射到PRB [6]。有关VRB到PRB的映射我们将在其他文章中解读。


5. 部分带宽

部分带宽BWP是给定子载波间隔配置的公共资源块CRB的子集,可以理解为UE的工作带宽。有关部分带宽,我们将在其他文章中解读。

参考文献

[1]: 3GPP TS 38.211, NR; Physical channels and modulation
[2]: https://blog.csdn.net/travel_life/article/details/115697722
[3]: 3GPP TS 38.214, NR; Physical layer procedures for data
[4]: https://blog.csdn.net/travel_life/article/details/117776563?spm=1001.2014.3001.5501
[5]: 3GPP TS 36.211, Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical Channels and Modulation
[6]: http://howltestuffworks.blogspot.com/2019/11/5g-nr-resource-blocks.html
[7]: https://blog.csdn.net/Graduate2015/article/details/118613213
[8]: https://blog.csdn.net/kakamilan/article/details/97616321
[9]: https://blog.csdn.net/wowricky/article/details/102986189
[10]: https://blog.csdn.net/Graduate2015/article/details/118736654

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