LTE 프레임의 자원 구조

LTE 데이터는 프레임이라는 형태로 전송된다. 이번 포스팅에서는 이 프레임(Frame)이 시간 영역에서 어떻게 구성되는지에 대해 알아본다.

 

우리나라에서 주로 사용되는 FDD(Frequency Division Duplexing)-LTE 를 기준으로 설명하겠다.

 

주파수 영역에서의 LTE 자원 구조

3GPP 5G NR 규격에서는 Flexible Numerology라는 용어를 통해 여러 부반송파 간격을 지원하지만, LTE OFDM 부반송파 간격은 15 kHz이다. Multicast-Broadcast Single-Frequency Network (MBSFN) 기반의 멀티캐스트/브로드캐스트 전송을 목표로 만들어진 7.5 kHz의 부반송파가 있긴 하나, 여기서는 논외로 하겠다.

 

시간 영역에서의 LTE 자원 구조

시간 영역에서는 10ms 길이의 frame으로 구성되어 있다. 또한 이 frame은 10 개의 subframe으로 구성된다. (즉, 한 subframe은 1 ms의 길이를 가진다) 각 subframe은 0.5 ms의 slot 2 개로 구성되는데, 이 slot은 6개 (Extended Cyclic Prefix의 경우) 혹은 7개 (Normal Cyclic Prefix의 경우)의 symbol로 구성된다. 

 

LTE 규격 내의 서로 다른 시간 간격들은 기본 시간 단위인 $$T_s=\frac{1}{15000 \times 2048}s$$의 정수배로 표현할 수 있다. 예를 들어, Normal Cyclic Prefix (CP)를 사용하는 경우, Slot 안에서 첫 symbol을 제외한 나머지 symbol의 경우, CP 길이는 $144 \times T_s \approx 4.7 \mu s,$ 유효 symbol (symbol에서 CP를 제외한 구간)의 길이는 $ 2048 \times T_s \approx 66.7 \mu s$ 이다.

 

LTE에서는 Extended CP를 정의하고, 필요에 따라 Normal CP보다 길이가 긴 ($ 512 \times T_s \approx 16.7 \mu s $) 길이의 Extended CP를 사용할 수 있도록 한다. 긴 길이의 CP는 CP 오버헤드 측면에서는 비효율적이나, 큰 범위의 셀과 같이 delay spread가 큰 환경에서 효과적일 수 있다. 또한 MBSFN 모드의 경우에는 Extended CP가 사용되는데, CP에 대해서는 별도의 포스트를 통해 설명하겠다.

단위	시간	비고
Frame	10 ms
Subframe	1 ms	10 Subframe = 1 Frame
Slot	0.5 ms	2 Slot = 1 Subframe
Symbol	71.4 ms (첫 symbol은 71.8 ms) (Normal Cyclic Prefix)	7 Symbol = 1 Slot
	83.4 ms (Extended Cyclic Prefix)	6 Symbol = 1 Slot
$$T_s$$	1 / (15000 * 2048) s

 

LTE Resource Block

하나의 부반송파 및 하나의 OFDM symbol로 이루어진 Resource Element (RE)가 LTE에서 사용하는 가장 작은 물리적인 자원이다. 아래 그림에서 볼 듯이, 하나의 Resource Block (RB)은 12개의 부반송파 (즉, 180 kHz) 및 하나의 slot (즉, 0.5 ms) 으로 이루어지는데, Normal CP의 경우 12 * 7 = 84 개의 RE로 구성되고, Extended CP의 경우 12 * 6 = 72 개의 RE로 구성된다.

 

참고자료

- Erik Dahlman 등, 『4G LTE 프로부터 5G Road까지』, 조봉열, 김진영 공역, 홍릉과학출판사