LTE时域、频域和空间域资源
对于LTE中的上下行传输，我们首先要确定使用哪些资源来发送这些数据。本章将对LTE中的时频资源结构进行介绍，如果没有特别说明，则介绍的内容同时适用于FDD和TDD、上行和下行。 1.1 时域
为了提供一致而精确的时间定义，LTE定义了一个基本的时间单位秒。该时间单位可以看作是基于FFT（Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换）且FFT大小等于2048的发射机/接收机所使用的采样时间。
在时域上，上下行传输都被组织成10 ms（）的系统帧（system frame，或称为无线帧：radio frame）。LTE支持2种系统帧结构：用于FDD的类型1和用于TDD的类型2。
1、帧结构类型1（FDD：上下行数据在不同的频率内传输，使用成对频谱，支持全双工和
半双工）
图1-1：帧结构类型1（FDD）
FDD下，每个系统帧长达10 ms，由10个子帧（subframe）组成。每个子帧长达1 ms，由2个连续的slot组成。每个slot长达0.5 ms（）。
对于FDD而言，上下行传输是通过频域区分开的。在每一个10 ms内，各有10个子帧可用于上行传输和下行传输。
2、帧结构类型2（TDD：上下行数据在同一频率内传输，使用非成对频谱）
图1-2：帧结构类型2（TDD，5 ms切换周期）
TDD下，每个系统帧长达10 ms，由2个长达5 ms的半帧（half-frame）组成。每个半帧由5个长达1 ms的子帧组成。TDD中的子帧包括正常子帧和特殊子帧。
对于TDD而言，上下行传输是通过时域区分开的。
TDD支持7种不同的上下行配置（uplink-downlink configuration），对应不同的上下行配比，具体见36.211的Table 4.2-2。其中“D”对应一个下行子帧，“U”对应一个上行子帧，“S”对应一个特殊子帧。与特殊子帧相对应，我们将“D”和“U”对应的子帧称为正常子帧。
TDD上下行配置是通过RRC消息中的TDD-Config -> subframeAssignment字段来设置的。
Table 4.2-2: Uplink-downlink configurations.
Uplink-downlink configuration | Downlink-to-Uplink Switch-point periodicity | Subframe number |
0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
0 | 5 ms | D | S | U | U | U | D | S | U | U | U |
1 | 5 ms | D | S | U | U | D | D | S | U | U | D |
2 | 5 ms | D | S | U | D | D | D | S | U | D | D |
3 | 10 ms | D | S | U | U | U | D | D | D | D | D |
4 | 10 ms | D | S | U | U | D | D | D | D | D | D |
5 | 10 ms | D | S | U | D | D | D | D | D | D | D |
6 | 5 ms | D | S | U | U | U | D | S | U | U | D |
| | | | | | | | | | | |
从Table 4.2-2可以看出，TDD上下行配置支持5 ms和10 ms的下行到上行的切换周期。在5 ms的切换周期中，在2个半帧都存在特殊子帧；在10 ms的切换周期中，只有第一个半帧存在特殊子帧。
注意：在本书中，为了描述的方便，我们将TDD的7种不同的上下行配置简称为TDD 0~6。例如TDD 1表示TDD Uplink-downlink configuration 1。
TDD下的正常子帧结构与FDD下的子帧结构是相同。
特殊子帧包含3个域：DwPTS、GP和UpPTS，这3个域的时长相加等于1 ms。特殊子帧有9种不同的配置，对应不同的DwPTS和UpPTS长度，见36.211的Table 4.2-1。特殊子帧配置是通过RRC消息中的TDD-Config -> specialSubframePatterns字段设置的。 Table 4.2-1: Configuration of special subframe (lengths of DwPTS/GP/UpPTS). （36.211）
Special subframe configuration | Normal cyclic prefix in downlink | Extended cyclic prefix in downlink |
DwPTS | UpPTS | DwPTS | UpPTS |
| Normal cyclic prefix
in uplink | Extended cyclic prefix
in uplink | | Normal cyclic prefix in uplink | Extended cyclic prefix in uplink |
0 | | | | | | |
1 | | |
2 | | |
3 | | |
4 | | | | |
5 | | | | |
6 | | |
7 | | - | - | - |
8 | | - | - | - |
| | | | | | |
与FDD类似，TDD下的每个子帧（包括特殊子帧）长达1 ms，由2个连续的slot组成，每个slot长达0.5 ms（）。
子帧0、5以及DwPTS总是用于下行传输；UpPTS以及紧随特殊子帧之后的子帧总是用于上行传输。
图1-3：LTE时域结构
对于FDD和TDD而言，系统帧的编号范围为0 ~ 1023；一个系统帧内的子帧编号范围为0 ~ 9；一个系统帧内的slot编号范围为0 ~ 19，即子帧包含slot 和。
协议中系统帧号（System Frame Number，SFN）使用表示，一个系统帧内slot号使用表示，一个系统帧内的子帧号使用表示。
一个slot由多个符号（symbol）组成，每个符号（用表示）由循环前缀（Cyclic Prefix，简称CP）和可用的符号时间组成。上行使用SC-FDMA符号（SC-FDMA symbol），下行使用OFDM符号（OFDM symbol）。 一个slot包含的符号数（下行：；上行：）取决于循环前缀的长度和子载波的间距（子载波的介绍见下一节），如下表所示（下行见36.211的Table 6.2.3-1；上行见36.211的Table 5.2.3-1）。
Table 6.2.3-1: Physical resource blocks parameters. （36.211）
Configuration | | |
Normal cyclic prefix | | 12 | 7 |
Extended cyclic prefix | | 6 |
| 24 | 3 |
| | | |
Table 5.2.3-1: Resource block parameters.（36.211）
Configuration | | |
Normal cyclic prefix | 12 | 7 |
Extended cyclic prefix | 12 | 6 |
| | |
从上表可以看出，除了TDD中的特殊子帧，当正常子帧（包括FDD和TDD）使用正常的循环前缀（normal cyclic prefix，简称为normal CP）时，每个slot由7个符号（）组成；当正常子帧使用扩展的循环前缀（extended cyclic prefix，简称为extended CP）时，每个slot由6个符号（）组成。
OFDM系统中可以插入一段空白符号作为保护间隔，这样做虽然能消除ISI（符号间干扰），但不能消除ICI（子载波间干扰）。循环前缀是将OFDM信号的最后一定长度内的部分提取出来放在OFDM信号的头部，将加入了循环前缀的后变长了的OFDM信号作为新的OFDM信号，这样就可以完全消除ISI和ICI。
循环前缀有正常的循环前缀和扩展的循环前缀之分，其区别在于长度的不同。如下表（
下行见36.211的Table 6.12-1；上行见36.211的Table 5.6-1）所示。
Table 6.12-1: OFDM parameters. （36.211）
Configuration | Cyclic prefix length |
Normal cyclic prefix | | |
Extended cyclic prefix | | |
| |
| | |
Table 5.6-1: SC-FDMA parameters. （36.211）
Configuration | Cyclic prefix length |
Normal cyclic prefix | |
Extended cyclic prefix | |
| |
UE是在小区搜索过程中确定下行的循环前缀长度的，并通过接收RRC消息中的UL-CyclicPrefixLength字段确定上行的循环前缀长度。
从前面的2张表可以看出，对于正常的循环前缀，每个slot的第一个符号的循环前缀长度比其它的符号要大。这是因为0.5 ms的slot长度（对应15360个），是不能被7整除的，所以第一个符号的循环前缀要长一些。对于扩展的循环前缀，就不存在这个问题（15360能被6整除）。
每个符号中，可用的符号时间为2048个。
可以看出，对于一个slot，其长度等于所有symbol的长度相加。对于正常的循环前缀，有。对于扩展的循环前缀，有。对于TDD下的特殊子帧，DwPTS、GP和UpPTS这3个域的时长相加等于1 ms，即，对于DwPTS和UpPTS的长度见36.211的Table 4.2-1，剩下的长度为GP的长度（注意：虽然特殊子帧的结构不同，但我们可以认为其符号数同正常子帧的符号数是一样的）。
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