5G/4G：子载波间隔和采样时长

2024-05-09 00:48

文章标签 采样间隔 4g 5g 载波

本文主要是介绍5G/4G：子载波间隔和采样时长，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

5G空口物理层同样采用的还是OFDM, 也就是正交频分复用。OFDM其有如下几个特点，使用大量的比较窄的窄带子载波；这些子载波在频域上紧密排列；每个子载波采用简单的矩形脉冲成型，其频谱形状满足sinc平方函数。5G无线帧相比4G变化的核心是子载波间隔和调制符号时间的变化，从而使得单个符号的时间是变化的，如此来达到空口资源的灵活分配，以及缩短处理时延。

子载波间隔 Numerology - Subcarrier Spacing

在载波间隔subcarrier spacing和时域的符号长度symbol length方面，5G和LTE比起来有了根本性的不同，最显著的不同是5G NR将采用多个不同的载波间隔类型，而LTE只是用单一的15kHz的载波间隔。5G NR将采用 $\mu$ 这个参数来表述载波间隔，比如 $\mu$ = 0代表等同于LTE的15kHz，其他的各项配置如38.211中4.2.1表格所示：

5G相比4G来说，子载波宽度最小依然是15kHz，增加了很多更宽的子载波设置。

调制符号时间长度

符号长度为 $T_{u}$ 的子载波，在频域上是一个Sinc函数，在1/ $T_{u}$ 处过零。如果要满足正交性，各个子载波的峰值应该对应于其他子载波的过零点。所以子载波与符号长度之间的关系为：子载波间隔 $\Delta f$ =1/ $T_{u}$ ；比如子载波间隔为15kHz，那么OFDM的符号长度是1/15kHz=66.7us。此长度为子载波的调制符号时间，是器件物理处理意义上的时间。

OFDM由一系列紧凑排列的子载波构成，则在时域上，一个子载波的时域长度也就是空口物理资源的最小单位。也就是我们在协议中所见到的单个符号中其承载有效数据的时间。所以此处子载波长度的变化，也就决定了单个符号时长的变化。

在5G和4G中，帧的长度都是10ms, 子帧长度都是1ms。在LTE中，一个子帧包含了14个符号，则有如下的关系： $T_{u}$ * 14 = 66.7 us* 14 = 933.8us。而一个子帧是1000us, 多余的时间用来作为Tcp，也就是循环前缀。5G中，当调制符号时间变短时，一个子帧长度1ms内也就有了更多的符号。

采样定理：

在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率大于信号中最高频率的2倍时，采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息。因为计算机只能处理离散点，所以就取几个离散点，这就是采样。上图是时域图像，也就是横轴表示时间，纵轴表示振幅，柱子之间的距离就是采样时间间隔。

采样时间长度

OFDM由一系列紧凑排列的子载波构成，如20M时，20M/15k = 1333，包含了1333个子载波。实际用来传输信号的子载波是1200个。把每一个子载波都理解为一个正弦波。这同一个时刻有1333个15KHz的子载波在传输，要能够准确的保留这些连续信号的信息，则采样的频率应该大于其连续信号频率的2倍，也即使满足采用定理。同时数字系统的的处理只支持2的次幂，在1333的基础上，取2048。

如果取样频率为 $f_{s}$ ，采样时间长度为Ts, 则有 Ts = 1/ $f_{s}$ 。