Skip to content

NR Numerology & Resource Grid

Trang này tiếp nối OFDM: cùng một ý tưởng OFDM, NR cho phép chọn nhiều "cỡ" subcarrier khác nhau để phù hợp từng băng tần và yêu cầu độ trễ. Bộ thông số đó gọi là numerology. Sau đó trang mô tả resource grid, tấm lưới thời gian và tần số mà mọi kênh của NR được xếp lên.

Numerology là gì

Numerology gồm hai thứ chính: subcarrier spacing (SCS) và loại cyclic prefix. NR ký hiệu bằng số nguyên µ (đọc là "mu"), và SCS tính bằng công thức đơn giản:

SCS = 15 kHz × 2^µ

LTE chỉ có một numerology (15 kHz). NR có nhiều, vì NR phải chạy từ băng dưới 1 GHz đến hàng chục GHz, và phục vụ cả di động thông thường lẫn dịch vụ cần trễ thấp.

µ SCS Slot trong 1 subframe Độ dài slot Thời gian hữu ích của symbol CP bình thường Dùng ở
0 15 kHz 1 1 ms 66,7 µs 4,7 µs FR1
1 30 kHz 2 0,5 ms 33,3 µs 2,3 µs FR1, phổ biến ở mid-band (ví dụ n78)
2 60 kHz 4 0,25 ms 16,7 µs 1,2 µs FR1 và FR2; là SCS duy nhất có CP mở rộng
3 120 kHz 8 0,125 ms 8,3 µs 0,6 µs FR2
4 240 kHz 16 0,0625 ms 4,2 µs 0,3 µs Chỉ cho SSB, không dùng cho dữ liệu

FR1 là dải dưới 7,125 GHz, FR2 là dải mmWave (24,25 GHz trở lên), xem Frequency Bands. Release 17 thêm 480 kHz và 960 kHz cho băng 52,6 đến 71 GHz.

Vì sao cần nhiều numerology

Quy luật chung: SCS tăng gấp đôi thì symbol ngắn đi một nửa, CP cũng ngắn đi một nửa.

SCS lớn hơn SCS nhỏ hơn
Symbol và slot ngắn, trễ thấp hơn Symbol dài, CP dài, chịu được tiếng vọng lớn
Mỗi subcarrier rộng hơn, chịu Doppler và phase noise tốt hơn (cần thiết ở băng cao, UE chạy nhanh) Hợp cell lớn, băng thấp (tiếng vọng kéo dài)
CP ngắn nên chỉ hợp cell nhỏ, ít tiếng vọng Slot dài nên trễ cao hơn

Do đó băng thấp, cell lớn thường dùng 15 hoặc 30 kHz; băng mmWave dùng 120 kHz; dịch vụ cần trễ rất thấp (URLLC) có thể chọn SCS lớn hơn để slot ngắn hơn.

CP mở rộng (extended CP) dài hơn CP bình thường (khoảng 4,2 µs ở 60 kHz) cho những môi trường tiếng vọng rất lớn, đổi lại mỗi slot chỉ còn 12 symbol thay vì 14. Chỉ có ở SCS 60 kHz.

Cấu trúc thời gian

Khung thời gian của NR có cùng mốc với LTE, và các mốc này không đổi theo numerology:

1 frame = 10 ms
 └─ 10 subframe, mỗi cái 1 ms
     └─ 2^µ slot trong một subframe
         └─ 14 OFDM symbol trong một slot (12 nếu dùng CP mở rộng)
  • Số symbol trong một slot luôn là 14 (với CP bình thường), nên SCS càng lớn thì slot càng ngắn. Slot là đơn vị lập lịch quan trọng nhất: MAC ra quyết định và PHY phải xử lý xong theo từng slot, xem Connected Mode & Mobility và L1 & Acceleration.
  • Mini-slot (2, 4 hoặc 7 symbol) cho phép gửi dữ liệu nhỏ mà không phải đợi đến hết slot, dùng cho trễ thấp.
  • Frame, subframe và slot đều dùng chung một đồng hồ thời gian, nên đồng bộ chặt là điều kiện để các trạm TDD khớp nhau, xem Synchronization.

Resource grid

Resource grid là một tấm lưới hai chiều: trục ngang là thời gian (theo OFDM symbol), trục dọc là tần số (theo subcarrier). Mỗi kênh, mỗi tín hiệu đều chiếm một số ô trên lưới này.

Đơn vị Là gì
RE (Resource Element) Một ô nhỏ nhất: 1 subcarrier × 1 OFDM symbol. Mang đúng một điểm điều chế
RB (Resource Block) 12 subcarrier liên tiếp theo tần số. Đây là đơn vị cấp phát tần số. Bề rộng của một RB phụ thuộc SCS: 180 kHz ở 15 kHz, 360 kHz ở 30 kHz
Slot 14 OFDM symbol theo thời gian
Resource grid Một lưới riêng cho mỗi cặp (antenna port, numerology)

Vì mỗi RB luôn có 12 subcarrier, SCS lớn thì RB rộng hơn về Hz, nên cùng một băng thông chứa ít RB hơn.

Băng thông kênh SCS 15 kHz SCS 30 kHz SCS 60 kHz
20 MHz 106 RB 51 RB 24 RB
100 MHz không hỗ trợ 273 RB 135 RB

Chứa dữ liệu và tín hiệu mẫu

Không phải RE nào cũng chở dữ liệu người dùng. Hình dưới là một RB trong một slot (12 subcarrier × 14 symbol), chỉ để minh họa:

 subcarrier  symbol:  0  1  2  3  4  5  6  7  8  9 10 11 12 13
     11               C  C  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
     10               C  C  D  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
      9               C  C  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
      8               C  C  D  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
      7               C  C  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
      6               C  C  D  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
      5               C  C  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
      4               C  C  D  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
      3               C  C  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
      2               C  C  D  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
      1               C  C  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
      0               C  C  D  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .

   C = kênh điều khiển (PDCCH)    D = tín hiệu mẫu DMRS    . = dữ liệu (PDSCH)
  • C (PDCCH): thông báo cho UE biết slot này dữ liệu của ai nằm ở đâu. Thực tế PDCCH chỉ chiếm một phần RB, hình vẽ gộp lại cho đơn giản.
  • D (DMRS): tín hiệu mẫu mà máy thu đã biết trước. Máy thu so tín hiệu nhận được với mẫu này để ước lượng kênh (biết mỗi subcarrier bị nhân với số phức nào), rồi dùng kết quả để cân bằng, xem OFDM.
  • . (PDSCH): phần còn lại chở dữ liệu người dùng.

Trong ví dụ này: 12 × 14 = 168 RE, trừ 24 RE cho C và 6 RE cho D, còn 138 RE chở dữ liệu, tức khoảng 82%. Phần "mất" này là chi phí điều khiển và ước lượng kênh. Hình trên chỉ là một cấu hình minh họa, vị trí thực tế do cấu hình cell và UE quyết định.

Các tín hiệu đồng bộ SSB (PSS, SSS, PBCH) cũng nằm trên chính lưới này, xem Initial Access.

Ví dụ tính tốc độ tối đa

Có thể ước lượng nhanh tốc độ tối đa một layer ở băng 100 MHz, SCS 30 kHz:

RE mỗi slot      = 273 RB × 12 subcarrier × 14 symbol = 45 864
Bit mỗi RE       = 8 (256QAM)
Bit mỗi slot     = 45 864 × 8 = 366 912
Slot dài 0,5 ms  → 366 912 bit / 0,5 ms ≈ 734 Mbps

Con số này là giới hạn trên chưa trừ gì cả: chưa trừ phần điều khiển, DMRS, mã sửa lỗi (code rate dưới 1 nên bit hữu ích ít hơn bit mã). Tốc độ thực thấp hơn, nhưng cho thấy vì sao nhiều layer MIMO và băng thông lớn là cách tăng tốc độ.

Nhiều numerology cùng lúc: bandwidth part

Một cell NR có thể chạy nhiều numerology song song trên cùng một sóng mang, ví dụ eMBB dùng 30 kHz và URLLC dùng 60 kHz, nhưng mỗi thời điểm một UE hoạt động trên một bandwidth part (BWP), tức một dải con của sóng mang với numerology riêng. Hai numerology khác nhau không trực giao với nhau, nên cần băng bảo vệ giữa chúng.

Liên quan đến firmware và DU/RU

  • Tham số cấu hình: SCS và độ rộng sóng mang được khai báo trong cấu hình cell (RRC, subcarrierSpacing, carrierBandwidth trong scs-SpecificCarrierList) và phải khớp giữa DU, RU và fronthaul.
  • Fronthaul: các bản tin điều khiển ở Open Fronthaul mô tả dữ liệu theo dải PRB và dải symbol của slot, nên cùng một khái niệm RB/RE/slot ở trang này.
  • Ngân sách thời gian: SCS quyết định độ dài slot, tức deadline xử lý của DU, ví dụ 0,5 ms ở 30 kHz và 0,125 ms ở 120 kHz.
  • SSB: tìm cell lúc đầu dùng SCS riêng của SSB (15 hoặc 30 kHz ở FR1, 120 hoặc 240 kHz ở FR2), xem Initial Access.

Tài liệu tham khảo

  • 3GPP TS 38.211: Physical channels and modulation (numerology, frame structure, resource grid).
  • 3GPP TS 38.104 và TS 38.101-1: bảng số RB theo băng thông kênh và SCS.