EE6111_5G_Communication_and_Beyond_P2-1:5G介绍与4G回顾
引入
课程Part2主要内容
本课Part2主要介绍5G相关技术。主要内容有:
- 移动通信的标准化与4G回顾
- 5G总览与无线接口架构
- 5G传输结构、信道测量与传输信道处理
- 5G控制信令、多天线传输与波束管理
- 6G技术研究
- 上行链路与功率控制、寻小区与系统信息、随机接入
- IoT,侧链通信,非地面网络
通信标准化
电信行业的生态系统
电信行业由这些机构构成:
| 机构 | 作用 | 机构 | 作用 |
|---|---|---|---|
| 供应商(Vendors) | 制造网络设备、移动设备 | 行业论坛(Industry Forums) | 作为联盟促进特定群体的利益 |
| 运营商(Mobile Network Operators) | 提供网络服务 | 标准开发组织(Standards Development Organisations) | 制定行业标准,确保互操作性 |
| 监管机构(Regulatory Bodies) | 划分频谱、监管设备 | 测试&测量(Test & Measurement) | 为供应商提供测试设备 |
区域标准化组织(National Standards Developing Organizations, SDOs)
全球各地区主要的电信标准化组织是:
| 组织 | 地区 |
|---|---|
| Association of Radio Industries and Businesses (ARIB) | 日本 |
| Telecommunication Technology Committee (TTC) | 日本 |
| China Communications Standards Association (CCSA) | 中国 |
| Telecommunications Technology Association (TTA) | 韩国 |
| Telecommunications Standards Development Society, India (TSDSI) | 印度 |
| Alliance for Telecommunications Industry Solutions (ATIS) | 北美 |
| EuropeanTelecommunicationsStandards Institute (ETSI) | 欧洲 |
国际标准化组织
- 国际电联(International Telecommunication Union,ITU):全球频谱协调与标准发布
- 3GPP:由7个国家或区域电信标准组织组成的联盟,制定了 3G UMTS、4G LTE、5G NR技术规范
- IEEE:世界最大的技术专家组织,指定了以太网与无线局域网标准(802 系列)。
- 下一代移动网络联盟(NGMN):运营商联盟,为移动运营商提供指导以及促成信息和经验共享。
- 全球移动通信系统协会(GSMA)代表全球移动网络运营商和供应商。目标在推动全球移动通信的互通,下一代移动网络技术演进等。是Mobile World Congress (MWC)的主持者
国际电联
ITU是联合国负责信息和通信技术事务的机构,承担着协调全球无线电频谱法规、制定不同代蜂窝通信系统要求、从符合要求的候选规范中发布建议(标准)等职能。
ITU有三大部门:无线电通信部门(ITU-R)、电信标准化部门(ITU-T)、电信发展部门(ITU-D)。ITU-R是负责4G,5G,6G等代际标准的部门。
针对无线通信ITU-R,其下设有多个研究组(分别涉及无线电波传播、卫星服务、地面服务等领域)。负责移动通信术语制定的,是地面服务组的Working Party 5D,负责国际移动通信(International Mobile Telecommunications)系统

国际移动通信系统(IMT)(ITU WP5D)
每代标准约 10 年周期,由 ITU-R WP5D 工作组推动。IMT System的内容包括技术趋势报告、性能要求、评估方法等。
- 3G:IMT-2000
- 4G:IMT-Advanced
- 5G:IMT-2020
- 6G:IMT-2030(制定中)
WP 5D对地面接口的标准化历史

与5G相关的IMT2020文档比4G复杂多了,因为涉及到IoT,延迟等等诸多场景。6G标准的制定与5G的时间线差不多。
IMT2000到IMT2030的演进
在IMT2020(5G)中,提出了三大应用场景:
- Enhanced Mobile Broadband(eMMB):带来了更高的速度,更多的连接设备数量。
- Massive Machine Type Communications(mMTC):为医疗电子、交运、环境监测、智能电网等物联网应用赋能。
- Ultra-Reliable and Low Latency Communications (uRLLC) :服务于车联网、自动化、智能工厂等。

5G 的 eMBB、mMTC、uRLLC 是基础场景分类,而 IMT-2030 在此基础上衍生出更具前瞻性的融合场景:

- Hyper Reliable and Low-Latency Communication(超可靠低时延通信):在 5G uRLLC 的 “毫秒级时延、99.999% 可靠性” 基础上,向 “微秒级时延、99.9999% 可靠性” 进阶,满足工业控制、远程手术等更严苛的场景。
- Massive Communication(广义海量通信):在 5G mMTC 的 “大规模连接” 基础上,拓展至 “空天地一体化(卫星 + 地面 + 海洋)” 的全域海量连接,支持万亿级设备的跨域协同。
- Immersive Communication(沉浸式通信):在 5G eMBB 的高速率基础上,进一步支持元宇宙、全息通信等 “全感官沉浸式” 应用,对速率、时延、交互实时性的要求更极致。
- Ubiquitous Connectivity(全域泛在连接):突破 5G 的 “地面网络为主” 限制,实现 “天空地海” 全空间的无缝连接,让偏远地区、海洋、太空设备都能稳定接入。
- Integrated Sensing and Communication(通感一体化):将 “通信” 与 “感知(如雷达、定位)” 功能深度融合,例如智能交通中 “基站既传数据又做环境感知”,是 5G 未充分覆盖的新方向。
- AI and Communication(智联一体化):把人工智能深度嵌入通信系统,实现 “通信网络的智能决策、自优化、自适应服务”,超越 5G 对 AI 的 “辅助应用” 定位,走向 “系统级融合”。
3GPP标准化
3GPP主要有3个技术规范组(Technical Specification Groups,TSGs),每一个TSGs下设多个Work Group(WG),架构图如下:

- RAN(无线接入网技术规范组):负责无线接入网(如基站、终端的无线侧技术)的标准制定。
- SA(业务与系统架构技术规范组):负责系统架构、业务需求、服务能力等层面的标准
- TSG CT(核心网与终端技术规范组):负责核心网(如 5G 核心网架构、协议)和终端(如终端一致性测试)的标准
工作组(WGs)每年大约召开 6 次会议,技术规范组(TSGs)的全体会议(Plenaries)每年召开 4 次(每 3 个月一次)。
标准化的步骤
3GPP的标准化,通常遵循如下进程:
- Requirements(需求阶段):明确技术需要满足的业务、性能等需求(如速率、时延、连接数目标)。
- Architecture(架构阶段):设计网络的整体架构。
- Detailed Specifications(详细规范阶段):制定各协议层、网元的具体技术规范(如物理层帧结构、RRC 信令格式)
- Testing and Verification(测试与验证阶段):定义终端、基站等设备的测试方法与验证标准,确保设备符合规范
在这4个进程中,有两类主要的文档:
- Technical Report (TR,技术报告):属于研究类文档,用于记录技术研究成果、可行性分析等,不具备强制规范性。
- Technical Specification (TS,技术规范):是具备强制约束力的标准文档,明确设备、协议必须遵循的技术要求。
3GPP 将各类技术主题按 “系列(series)” 编号归类:
| Series | 主题 |
|---|---|
| 21 | Requirements(需求) |
| 22 | Services aspects (“stage 1”)(业务层面,阶段 1) |
| 23 | Technical realization (“stage 2”)(技术实现,阶段 2) |
| 24 | Signalling protocols(信令协议) |
| 25 | Radio aspects(无线层面,用户设备到网络) |
| 26 | CODECs(编解码器) |
| 27 | Data(数据业务) |
| 28 | Signalling protocols(信令协议,RSS-CN/I 及 OAM&P、充电流程等) |
| 29 | Signalling protocols(信令协议,固定网内部) |
| 30 | Programme management(项目管理) |
| 31 | SIM/UICC 测试规范等 |
| 32 | OAM&P and Charging(运维、管理与计费) |
| 33 | Security(安全) |
| 34 | UE 和 USIM 测试规范 |
| 35 | 安全算法 |
| 36 | LTE 及演进技术的无线技术规范 |
| 37 | 多无线接入技术层面的主题 |
| 38 | LTE 之外的无线技术(如 5G NR) |
3GPP规范下4G与5G的频谱资源
4G(3GPP LTE)的频谱信道包含 成对频段(FDD,频分双工)和非成对频段(TDD,时分双工) 两种模式。频谱覆盖分为低于 1GHz和高于 1GHz两个区间,且由 ITU(国际电信联盟)统一规划,同时存在区域频段(Regional bands)和本地频段(Local bands)的细分,以适配不同地区的频谱资源情况。
5G NR(新空口)在 4G LTE 的基础上新增了一系列工作信道,为了与 LTE 频段区分,5G 频段前缀标注为 “n”(如 n1、n28 等)同样覆盖低于 1GHz和高于 1GHz区间,且在高频段(如毫米波)有更多拓展,以支撑 5G 大带宽、高速率的技术需求。
5G 新增了一系列专属频段,以支撑其高速率、低时延、大连接的技术需求。5G 频谱主要分为两个主范围:
- Frequency Range 1 (FR1):频率低于 7.125 GHz,属于中低频段,涵盖了原有 4G 的部分频段并进行了拓展,可提供较好的覆盖范围和穿墙能力,用于满足基础的移动宽带和广域物联网需求。
- Frequency Range 2 (FR2):频率在 24.25 GHz 到 71 GHz 之间,属于毫米波频段,带宽极大,能实现超高的数据传输速率,但覆盖范围较小、穿墙能力弱,主要用于热点区域的高速数据传输(如城市核心区、大型场馆)。
R2在实际应用中部署极少。
还有一个正在规划中的频段:Frequency Range 3 (FR3),频率在 7.125 GHz 到 24.25 GHz 之间,是 5G 规划拓展的新频段区间,旨在填补 FR1 和 FR2 之间的频谱空白,平衡覆盖与速率。
Recap: 4G LTE
4G技术总览
长期演进(Long Term Evolution,LTE)是由 3GPP 从 Release 8 版本开始为 4G 开发的一系列技术,也被称为 Evolved UMTS(演进的通用移动通信系统)和 E-UTRA。
它的核心功能有:
- 载波聚合(Carrier Aggregation):允许设备联合使用多个分量载波(Component Carriers, CCs)进行数据收发,每个载波的带宽为 1-20 MHz。从 Release 13 版本开始,最多可聚合 32 个载波,最大带宽可达 640 MHz,理论峰值速率可达 25 Gbps。

- 多天线传输(Multiple Antenna Transmission):从 Release 8 版本开始支持 MIMO(多输入多输出),Release 10 版本升级为下行 8 层、上行 4 层的传输能力。支持波束赋形(Beamforming)和多用户 MIMO(Multi User-MIMO)
- SU-MIMO(单用户 MIMO):基站向单个用户同时发送多个数据流,提升该用户的速率。
- MU-MIMO(多用户 MIMO):基站向多个用户同时发送不同的数据流,提升系统整体容量。
- 协作多点传输(Coordinated Multipoint, CoMP):允许不同的基站传输数据给同一用户,提升小区(cell)边缘的覆盖和吞吐量。
- 协调波束赋形 (Coordinate Beamforming):用户数据仅在一个Transmission Point(TP)可用,多个 TP 协调调度或波束方向
- 动态点选择(Dynamic Point Selection):为用户动态选择最优的TP进行数据发送。
- 联合传输(Joint Transmission):用户数据从多个TP同时发送,提升信号质量

双连接(Dual Connectivity): 允许用户设备(UE)同时连接到不同站点的两个小区。支持同时使用不同技术的两个载波(如 LTE+WiFi、LTE+NR),提升速率和连接稳定性。
设备到设备通信(D2D):分为 “网络辅助型”,“无覆盖型”和“设备中继型”,支持设备间直接通信(如近距离数据共享)

车联网(Vehicle-to-X,V2X):涵盖车对车(V2V)、车对基础设施(V2I)、车对行人(V2P)等场景,支撑智能交通应用。
机器类通信(Machine Type Communication):针对物联网(IoT)有两类主要规范:
- LTE-M:下行速率最高 4 Mbps、上行 7 Mbps,带宽 5 MHz,适合中速率物联网场景(如智能电表、可穿戴设备)。
- NB-IoT(窄带物联网):下行速率最高 127 kbps、上行 159 kbps,带宽 180 kHz,以超低功耗、广覆盖为特点,适合海量低速率物联场景(如远程抄表、环境监测)。
- LTE 语音(VoLTE)与电路域回落(CSFB):VoLTE 基于 IP 多媒体子系统(IMS)的 IP 协议传输语音;若不支持 VoLTE,将触发 CSFB,回落至 2G/3G 网络进行语音通话。(而在VoLTE广泛部署前, Circuit Switched Fall Back(CSFB)是过渡方案。它通过将语音业务“回落”到传统的 2G/3G 网络来完成通话。当来电或拨号时,LTE网络会释放连接,重定向至2G/3G网络并在电路交换域完成语音通话。)
4G架构细节
4G网络可以被分为无线接入网(Radio Access Network, RAN)和演进型分组核心网(Evolved Packet Core, EPC)。
无线接入网:RAN 是用户设备与核心网之间的 “桥梁”,专注于无线侧的技术实现,确保用户设备能高效、稳定地接入网络。负责整个网络中所有与无线相关的功能,例如:
- 调度(scheduling):决定何时、向哪个用户分配无线资源。
- 无线资源处理(radio-resource handling):管理频谱、功率等无线资源,保证通信质量。
- 重传协议(retransmission protocols):通过重传机制保证数据传输的可靠性。
- 编码(coding):对数据进行编码,提高抗干扰能力。
- 多天线方案(various multi-antenna schemes):如 MIMO(多输入多输出),提升数据速率和传输稳定性。
演进型分组核心网:责与无线接入无关但为提供完整移动宽带网络所需的功能,例如:
- 认证(authentication):验证用户身份,确保网络接入的安全性。
- 计费功能(charging functionality):记录用户的网络使用情况,用于计费。
- 端到端连接建立(setup of end-to-end connections):建立用户设备与外部网络之间的通信链路。
将EPC的功能独立于 RAN 之外,好处是可以让同一个核心网服务于多种无线接入技术,实现了无线接入技术和核心网的解耦,提升了网络的灵活性和兼容性
4G演进分组核心网(Evolved Packet Core,EPC)
EPC中包含多个网元,每个网元各司其职,并使用不同的接口沟通信息。下图中间就是EPC的网元及其沟通的接口。

1.移动管理实体(Mobility Management Entity, MME)
- 为用户设备(UE)选择服务网关(SGW);
- 执行用户认证;
- 为 UE 生成并分配临时身份(如 GUTI);
- 支持漫游功能,管理用户在不同网络间的移动。
2.服务网关(Serving Gateway, SGW):路由和转发用户数据分组;在eNodeB(基站)间切换时,作为用户面的移动锚点,保证数据传输的连续性。
3.分组数据网网关(Packet Data Network Gateway, PGW):核心网与外部数据网的 “边界网关”,为 UE 提供与外部分组数据网络( packet data networks , PDNs)的连接。
4.归属签约用户服务器(Home Subscriber Server, HSS):存储用户相关信息(如身份、签约业务、权限等);
5.通信接口:
- MME 与 HSS 通过S6a 接口交互用户签约数据;
- MME 与 SGW 通过S11 接口传递控制信令;
- SGW 与 PGW 通过S5/S8 接口转发用户数据(S5 用于同运营商网络,S8 用于漫游场景);
- PGW 通过SGi 接口连接外部数据网(PDNs);
- eNodeB(属于 RAN)与 MME/SGW 通过S1 接口(S1-MME 为控制面,S1-U 为用户面)连接
4G接入网(RAN)
RAN由数个基站构成。LTE的基站叫做eNodeB(演进型 NodeB)。负责无线侧的信号处理、用户接入和资源管理。
1. eNB功能:
- 控制一个或多个小区的无线相关功能(如无线资源调度、调制解调、多天线处理等);
- 实现用户设备(UE)的无线接入,保障空口通信的可靠性。
2.接口与连接
- S1 接口:eNodeB 与核心网(CN)连接,分为S1-C(控制面)和S1-U(用户面),分别传递信令和用户数据。
- X2 接口:eNodeB 之间的互联接口,用于基站间的协调(如切换、CoMP 协作多点传输),保障用户在基站间移动时的业务连续性。
- Uu 接口:eNodeB 与 UE 之间的空口接口,即用户设备与基站通信的 “无线信道”。
4G无线协议架构与信道
不考,只是为后续5G做铺垫
- 分组数据汇聚协议(Packet data convergence protocol PDCP):执行 IP 头压缩、加密和验证完整性。在切换(Handover)场景下,保证数据按序到达,且移除重复的数据包(避免数据冗余)。每一个UE都对应一个 PDCP 实体,实现 “一对一” 的精细管理。
- 无线链路控制(Radio-link control RLC):将上层 PDCP 的大数据包分割成小分段 或 重新拼接。负责重传处理、重复检测以及向高层的按序交付。RLC 为 PDCP 提供服务。每一个UE也都对应一个 RLC实体。
- 媒体接入控制(Medium-access control MAC)处理逻辑信道的复用、混合ARQ(HARQ)以及上下行链路的调度(什么时候用什么射频资源发送上行/下行数据)。调度功能在eNB中实现。HARQ请求协议部分在 MAC 协议的发送端和接收端均存在。
- 物理层(PHY)处理编码 / 解码、调制 / 解调、多天线映射以及其他典型的物理层功能。负责讲比特流在天线上传输出去。

MAC 层与 RLC 层之间通过逻辑信道(Logical Channel)进行连接(上图中MAC和RLC之间的多个箭头);MAC 层与 PHY 层之通过传输信道(Transport Channel)进行连接;不同设备之间通过物理信道(Physical Channel)进行实际数据传递。
逻辑信道相当于相当于 “快递分类筐”;来自上层的不同业务数据(如语音、视频、上网数据),会被RLC 层按业务类型 “分类” 到不同的逻辑信道里(比如 “语音筐”“视频筐”“数据筐”)。每个逻辑信道只装一类业务的数据包,确保业务的独立性。
传输信道相当于 “快递运输单”;MAC 层会把多个逻辑信道里的数据包(不同 “筐” 的包裹),按照 “运输规则”(如传输块大小、资源分配方式)打包成 “运输单”(传输信道),告诉PHY 层“这些包裹用什么方式运、走哪些路线”。
物理信道相当于 “货车车厢”。PHY 层根据传输信道的 “运输单”,对数据进行编码、调制、多天线映射等操作,最终把数据放到 “物理车厢”(物理信道)里,通过无线空口实际发送出去。
4G逻辑信道(Logical Channel)
4G的逻辑信道有这些类型:
- 广播控制信道(Broadcast Control Channel, BCCH):用于网络向小区内所有设备广播系统信息。设备在接入网络前,需通过 BCCH 获取系统配置信息(如小区带宽、无线参数、业务支持能力等),从而明确在该小区内的通信规则和行为方式。
- 寻呼控制信道(Paging Control Channel, PCCH):用于网络向小区内处于空闲态的设备发送寻呼信息(如被叫通知)。设备通过监听 PCCH,及时获取入网呼叫、系统通知等信息,是保障设备在空闲态下业务可达的关键逻辑信道。
- 公共控制信道(Common Control Channel, CCCH):用于与随机接入过程相关的控制信息传输。当设备发起随机接入(如初次入网、信号中断后重连)时,通过 CCCH 交互信令,完成接入请求、资源分配等流程。
- 专用控制信道(Dedicated Control Channel, DCCH):用于向单个设备(或从单个设备)传输控制信息。实现设备的个性化配置,例如切换消息(设备在基站间移动时的信令)、专用资源分配信令等,保障设备的差异化业务需求。
- 专用业务信道(Dedicated Traffic Channel, DTCH):用于单个用户的数据传输。是承载所有上行和非多播广播单频网(non-MBSFN)下行用户数据的逻辑信道,比如上网、语音、视频等业务的实际数据都通过 DTCH 传输。
- 副链路广播控制信道(Sidelink Broadcast Control Channel, SBCCCH):用于副链路(Sidelink)同步。支持设备与设备之间的直接通信(如车联网 V2V、设备直连),通过 SBCCCH 实现设备间的同步,保障直连通信的稳定性。
- 副链路业务信道(Sidelink Traffic Channel, STCH):用于副链路通信的数据传输。STCH 负责承载设备直连时的用户数据,例如车联网中车辆之间的实时信息交互。
- 多播控制信道(Multicast Control Channel, MCCH):用于传输多播业务的控制信息。在多媒体多播业务(如手机电视)场景中,网络通过 MCCH 向订阅用户发送多播会话的配置、更新等信令,保障多播业务的有序开展。
- 多播业务信道(Multicast Traffic Channel, MTCH):用于传输多播业务的用户数据。例如手机电视的视频流、组播消息等多播内容,都通过 MTCH 进行传输,实现同一内容向多个订阅用户的高效分发。
4G传输层信道
4G的传输信道有这些类型:
- 广播信道(Broadcast Channel, BCH):采用固定传输格式(由协议规范定义),用于传输逻辑信道中BCCH的主信息块(master information block MIB)。
- 下行共享信道(Downlink Shared Channel, DL-SCH):大部分的用户数据和部分控制信令都通过DL-SCH向UE传输。它支持 LTE 的关键特性,如时间和频率域的动态速率自适应,信道相关调度(在时间和频率资源上灵活调度),带软合并的HARQ(重传和软合并技术),以及空间复用(基于MIMO)。
- 上行共享信道(Uplink Shared Channel, UL-SCH):用于传输上行数据。设备向基站发送的数据都通过UL-SCH承载。
- 随机接入信道(Random-Access Channel, RACH):用于设备发起随机接入流程(如初次入网、信号恢复后重连),传递随机接入前导码,实现设备与基站的初始同步和资源请求。
4G物理信道
4G 的物理信道有这些类型:
- 物理广播信道(Physical Broadcast Channel, PBCH):承载系统信息的一部分,是设备接入网络必需的基础配置信息(如小区带宽、系统帧号等),设备开机后首先通过它获取核心系统参数。
- 物理下行共享信道(Physical Downlink Shared Channel, PDSCH):是用于单播数据传输的主要物理信道,同时也传输寻呼信息(如被叫通知),承载绝大多数下行用户数据(如上网、视频的下行流量)。
- 物理下行控制信道(Physical Downlink Control Channel, PDCCH):用于传输下行控制信息,主要包括调度决策(告知设备何时、在哪些资源块上接收 PDSCH 数据)和调度授权(为设备上行传输 PUSCH 分配资源),是控制 PDSCH 和 PUSCH 资源调度的 “指挥信道”。
- 物理上行共享信道(Physical Uplink Shared Channel, PUSCH): 是 PDSCH 的上行对应信道,用于上行数据传输,每个设备最多有一个 PUSCH(单载波场景下通常为一个),承载用户上行数据(如语音、上传文件的流量)。
- 物理上行控制信道(Physical Uplink Control Channel, PUCCH):设备用于发送上行控制信息,包括混合 ARQ 确认(告知基站下行数据是否成功接收)、信道状态报告(反馈上行信道质量,辅助基站调度)、资源请求(申请上行传输资源),每个设备最多有一个 PUCCH。
- 物理随机接入信道(Physical Random-Access Channel, PRACH): 用于随机接入流程,设备发起入网、重连时,通过它发送随机接入前导码,实现与基站的初始同步和资源请求。
信道之间的关系

上图中,DCI表示Downlink Control Information,下行控制信息;CFI表示Control Format Indicator,控制格式指示;HI表示HARQ Indicator,HARQ 指示(用于基站向 UE 反馈下行数据的传输是否成功)。UCI表示Uplink Control Information。他们都是来自PHY层,因此是在传输信道之后出现的。
4G 物理层传输技术与帧结构
引入:OFDM
正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)与传统的频分复用不同的点在于,它不需要将子信道完全分开,而是让一个子信道在另一个子信道的监测点为0(即,2子信道正交)。例如下图,在粉色箭头的采样提取点,深蓝色子载波在此有最大振幅,而其他颜色子载波在此振幅为0。

在时域,将这么多个子载波和在一起,那么它产生的时域信号振幅特别高,即OFDM的“峰均比”特别高。所需的射频传输功率也就特别大。
4G物理传输
4G在下行和上行均采用 OFDM 技术,将宽带信道划分为多个正交子载波。上行 OFDM 符号采用DFT 扩频 OFDM(DFTS-OFDM),通过离散傅里叶变换(DFT)预处理,降低上行信号的峰均比(PAPR),减少终端功耗。每个子载波间隔为15 kHz。
时域资源切割
每一帧数据为10ms,每个子帧(Subframe)时长为1 ms(子帧是调度的基本单元,也称为传输时间间隔(Transmission Time Interval TTI)),每一个时隙(slot)为0.5ms,每个时隙包含7 个 OFDM 符号(如果采用拓展循环前缀,则是6个OFDM符号)。

OFDM符号是时间域的最小传输单元,时长由有效符号时长$T_u$和循环前缀$T_{CP}$组成(如普通 CP 下,单个 OFDM 符号总时长约 71.4 μs)。有效符号时长是OFDM 符号中用于承载实际数据的部分;循环前缀是在每个 OFDM 符号的有效符号时长前,添加一段 “复制的符号尾部”,这是为了消除ISI和保持子载波正交性。
频域资源切割
在频域视角,一个OFDM的子载波被称为一个“资源颗粒(resource element )”。一个子载波,是 4G 物理层最小的资源颗粒。
时频联合视角:资源块
一个资源块(Resource Block RB)在频域上有12个子载波,在时域上是一个时隙(即,包含7个OFDM符号)。下图横轴是时域轴,可见7个OFDM符号构成一个时隙;纵轴是频域轴,可见一个OFDM符号内有12个子载波。

资源块是资源调度的基本单位(网络向用户分配资源时,以 “资源块” 为最小调度单元)。由于每个子载波间隔 15 kHz,因此 1 个 RB 的频率宽度为 (12 \times 15\ \text{kHz} = 180\ \text{kHz})。
载波带宽与资源块
一个载波(Carrier)可承载的资源块数量为6~100 个,具体取决于载波带宽(如 1.4 MHz 带宽对应 6 个 RB,20 MHz 带宽对应 100 个 RB)。
对于不同的载波带宽,其进行OFDM调制的FFT点数是固定的,每个FFT点对应一个频率分量,即一个可能的子载波位置。例如如果使用256点FFT,那么这个载波上就有256个子载波。实际用于传输的子载波数量通常小于或等于FFT点数,因为要预留一些子载波作为 保护子载波(guard subcarriers) 和 DC子载波(直流分量)。

DC子载波是是指 频谱中心处的子载波,其频率为零偏移(即相对于载波中心频率为0 Hz),在FFT输出中,它对应于第0频率分量,位于频谱的正负频率交界处,故称其为DC子载波。
它通常不用于数据传输,而是作为频率参考和保护带的一部分,如上图所示。因为在实际射频系统中,模拟前端(如DAC、ADC)和混频器难以准确处理直流分量,容易引入 DC偏移(DC offset)。DC偏移会导致频谱中心处的信号失真,影响解调性能。
一个例子:有50个资源块,其占用的下行带宽是多少
50个资源块,一个资源块内有12个子载波,DL的中心子载波是空缺的,因此共有$12\times50+1=601$个子载波。每个子载波15kHz,总共占用$601\times15=9.015MHz$