LTE筆記: Frame Time in LTE Networks

LTE Frame Structure中Tf=10ms其數值背後的依據為何?

在 LTE 系統中，使用 OFDMA 作為調變技術，其中，每一個子載波(sub-carrier)的頻寬為15kHz。考慮到 FFT 最大的取樣數值為 2048 點，Ts 為每一個 FFT symbol 的時間間隔。

Ts = Time Unit = 15kHz×2048

接著，我們把 15360 個 Ts 當作一個 Tslot，因此 Tslot 的長度為 0.5ms。

Tslot = 15360×Ts = 0.5ms

對於 OFDMA 系統而言，必須要有 cyclic period (CP) 來保護所傳送的訊號，減少訊號之間的相互干擾。在 Tslot 中，也就是一個 sub-frame (slot) 中，定義了 CP 和傳送信號的時間分佈，其中，第一個 CP 長 160 個 Ts，其他的 CP 長為 144 個 Ts，而一個 OFDM symbol 長 2048 個 Ts。因此，160+2048×7+144×6=15360。

20 個 Tslot 作為一個Tf，也就是10ms。其中，每兩個 Tslot 又被稱為一個 Tsubframe，時間長度為1ms，也是在LTE系統中，排程 (scheduling) 的基本時間單元。

Tf = 20×Tslot = 10 (ms), Tsubframe = 2×Tslot = 1 (ms)

下圖是LTE中，各時間單位的相關性，圖片取自於3GPP TS 36.211文件的Figure 4.1-1。關於frame的結構和時間定義主要敘述於該文件的第四節。

Figure 4.1-1: Frame structure type 1 (TS 36.211)

在 TD-LTE 中，額外定義了 half-frame 的時間單元，每一個 half-frame 是 5ms，包含 10 個Tslot。因此，在一個 frame time 中，有 2 個 half-frame。考慮到硬體在傳送和接收上共用同一個射頻電路，因此，在 TDD 模式下為了硬體的切換時間，在 TDD-LTE 中，使用了 Tslot 作為保護區間 (Guard Period，GP)，如下圖所示。

Figure 4.2-1: Frame structure type 2 (for 5 ms switch-point periodicity)

並且，依據half-frame的長度，給予每10個Tslot，上傳或是下載的傳輸模式，分成10ms或是5ms的重覆周期，如下表所示，其中，標記成S的Subframe包含了保護區間。

Table 4.2-2: Uplink-downlink configurations