LTE Frame structure

LTE/NR Frame structure에 대해 이야기해보려고 합니다.

LTE Frame 구조는 3가지로 되어있습니다.

Type 1, applicable to FDD only,
Type 2, applicable to TDD only,
Type 3, applicable to LAA secondary cell operation only.

(3GPP TS 36.211 version 15.8.1 Release 15. 4.Frame structure)

FDD는 주파수 분할, TDD 시간 분할로 많이 들어봤는데 LAA는 낯선 단어입니다.

그래서 찾아보니 LAA는 License Assisted Access의 약자로 면허 대역을 주요 요소 운반파로 사용하고 면허 불필요 대역을 보조 요소로 사용하는 기술이라고 합니다.

송수신 주파수 구조에 따라 LTE는 LTE-TDD, LTE-FDD 두 가지 방식이 있으나, 우리나라에서는 LTE-FDD만 서비스하고 있습니다.

Type 1, applicable to FDD only

3GPP TS 36.211 version 15.8.1 Release 15 Figure 4.1-1: Frame structure type 1, applicable to FDD only

잠깐 정보 전송 단위를 설명하면,

subframe은 물리계층에서의 프레임구조 단위이며, 1TB 와 동일합니다. 그럼 또 TB 가 무엇인가 하면, Transport block의 약자로 물리계층에서 정보 전송이 이루어지는 기본단위입니다.

slot은 RF구간을 통해 실제 전송이 이루어질 수 있는 최소단위입니다.

TTI는 Transmission Time Interval의 약자로 1개의 TB가 전송되는 시간입니다.

3GPP 규격에 의하면,

1개의 Radio Frame 은 10ms이고, 1초에 100개의 radio frame 전송할 수 있습니다

1개의 Radio Frame 은 2개의 Subframe으로 이루어져 있습니다.

1개의 Radio Frame 은 2개의 slots으로 이루어져 있습니다.

즉, 1개의 Radio Frame 은 20개의 slots으로 이루어져 있습니다.

1개의 slots을 확대해보면, 1개의 slots 은 7개의 symbol로 이루어져 있습니다.

조금 더 정확하게 이야기하면, symbol 은 CP( Cyclic Prefix )와 Data로 이루어져 있습니다. 여기서 CP는 두 가지인데, normal CP 일 때는 7 symbol 이 들어가고, Extended CP일 경우에는 6 symbol 이 들어가게 됩니다.

Symbol = CP(Cyclic Prefix) + Data

1) Normal CP = 1 slot = 7 symbol

2) Extended CP = 1slot = 6 symbol

CP (Cyclic Prefix) 란? 간단하게 이야기하면, 연속된 신호로 인해 생기는 왜곡효과를 막기 위해 신호 마지막 부분만큼 앞에다가 붙여서 왜곡효과를 방지하는 역할을 합니다.

Type 2, applicable to TDD only,

3GPP TS 36.211 version 15.8.1 Release 15 Figure 4.2-1: Frame structure type 2 (for 5 ms switch-point periodicity)

TDD도 마찬가지로 1개의 Radio Frame 10ms로 되어있으며, 10개의 Subfram으로 이루어져 있습니다.

TDD는 시간을 분할하는 방식으로 동일 주파수내에서 시간에 따라 DL( Downlink)와 UL (Uplink) Data를 구분해서 보낼 수 있습니다.

LTE Frame structure, RB (Resource Block)

LTE에서는 주파수축과 시간축으로 공간이 나누어지게 됩니다.

이렇게 나누어진 최소한의 단위를 RE( Resource Element )라고 합니다. 가로축(시간축)은 1 symbol이고, 세로축(주파수축)은 15kHz입니다.

자원을 할당하기 위한 단위는 RB (Resource Block)입니다. 1개의 RB는 가로축(시간축)으로는 7 symbol, 세로축(주파수축)으로는 12 subcarrier가 사용되어 총 84개의 RE가 사용됩니다.

자원 할당의 최소 단위
Resource Block (RB) = 12 Subcarriers = 12*15 =180kHz
1 Resource Block = 84 Resource Element

LTE Frame stucture, RB Pair(Resource Block)

실제로 LTE에서는 Subframe 단위로 자원을 할당하기 때문에, RB 가 2개가 필요하게 됩니다.

LTE에서는 자원을 할당하기 위해서는 12 Subcarrier와 14개의 Symbol을 사용하게 됩니다.

RB Pair = 1ms 길이 및 180KHz

그럼 실제 LTE Frame 에는 어떤 데이터들이 전송되는지 확인해보도록 하겠습니다.

1개의 Subframe을 확대해보면 아래와 같이 볼 수 있습니다.

실제로 각각의 RE에 자원이 할당된 모습입니다.

subframe은 제어 영역(control)과 데이터 영역(data region)으로 나누어져 있습니다. 그림과 같이 subframe 시작 부분은 제어 영역으로 이루어져 있으며, 제어 영역을 subframe의 시작 부분에 할당하는 이유는 단말이 최대한 빠르게 하향링크 스케쥴링 할당을 디코딩하기 위해서입니다. 결과적으로는 전체적인 전송 지연을 감소시킬 수 있습니다.

조금 더 자세하게 그림을 보면 아래와 같습니다.