3.3 资源网格（Resource Grid）结构

3.3 资源网格（Resource Grid）结构

本节摘要：SOURCE 3.3：LTE/NR 以子载波×OFDM 符号构成二维栅格；RB = 12 子载波 × 1 时隙（0.5ms），是最小调度单元。

栅格层级

5G NR 灵活 numerology：\Delta f 可 15/30/60/120 kHz，适配 eMBB/uRLLC/mMTC 不同时延与多普勒场景——这是相对 LTE 的演化升级。

⚠️ 常见坑：混淆 RE（单格）与 RB（12 连续子载波）。

💡 关键直觉：栅格 = 调度器的坐标系。

二维坐标系：子载波轴与符号轴

资源网格是 OFDM 系统为调度而设的统一坐标系，横轴是频率、纵轴是时间，二者在物理上分别由子载波与 OFDM 符号确定。频域轴以子载波为最小刻度：LTE 每格 15 kHz，频域上连续排列；时域轴以 OFDM 符号为最小刻度：LTE 常规 CP 下每时隙 7 个符号。网格中任意一格被称为一个资源元素（RE），它是"一个子载波 × 一个符号"的最小物理单元，可承载一个调制符号（QPSK/16-QAM/64-QAM 等）。

网格的价值在于它把调制、编码、功率、天线端口等所有物理层参数都挂靠到同一坐标系上。导频符号落在哪些 RE、数据符号落在哪些 RE、MIMO 端口如何区分、功率如何分配，全部通过网格坐标描述。调度器也以网格为单位做决策——这正是第 5 章 OFDMA 的资源粒度。没有这个坐标系，任何跨层协同都无从谈起。

从 RE 到 RB 到帧：容量换算

资源元素太小，逐格管理不现实，于是标准定义了资源块（RB）作为最小调度单元：LTE 中 1 个 RB = 12 个连续子载波 × 1 个时隙（0.5 ms）内的全部符号（常规 CP 为 7 个），共 84 个 RE。一个 RB 的持续时间与频率带宽确定后，整个系统的容量就可以精确换算：

• 每 RB 每秒可用 RE 数 = 84 RE / 0.5 ms = 168,000 RE/s；
• 若全部用 64-QAM（6 bit/RE），每 RB 峰值速率 = 168,000 × 6 = 1.008 Mbit/s；
• 20 MHz 带宽含 100 个 RB，下行峰值约 100.8 Mbit/s，扣除控制信道、导频与 CP 开销后与 LTE Cat 峰值速率吻合。

这个换算过程揭示了吞吐与资源的关系本质：带宽决定 RB 数量，调制阶数决定每 RE 承载的比特数，符号率决定每 RB 的 RE 吞吐率。任何提升吞吐的方案——更大带宽、更高调制、更多 MIMO 流——最终都落在资源网格的某个维度上。

LTE 帧结构与典型容量计算

LTE 的帧结构把网格固定为 10 ms 无线帧，含 10 个 1 ms 子帧，每个子帧 2 个 0.5 ms 时隙。常规 CP 下每时隙 7 个 OFDM 符号，其中每时隙第一个符号用于 CRS 等参考信号，还有 PDCCH 控制区与 PDSCH 数据区的划分。实际可用数据 RE 需扣除导频、控制与保护，典型 20 MHz 配置下 PDSCH 可用 RE 占比约 70%-80%。

下面用代码快速估算一个 20 MHz LTE 小区的峰值吞吐，体会各参数的作用。

sc = 15e3                      # 子载波间隔 15 kHz
sym_per_slot = 7               # 常规 CP 每时隙符号数
slot_ms = 0.5e-3               # 时隙时长
rb_sc = 12                     # 每 RB 子载波数
rb_num = 100                   # 20 MHz 下行 RB 数
re_per_rb = rb_sc * sym_per_slot     # 84 RE/RB
data_ratio = 0.75              # 扣除导频/控制/开销后的可用比例
for bits in [2, 4, 6, 8]:      # QPSK/16QAM/64QAM/256QAM
    peak = rb_num * re_per_rb / slot_ms * data_ratio * bits
    print(f"{bits*2}QAM  峰值速率 ≈ {peak/1e6:.1f} Mbit/s")
​

可以看到，从 QPSK 到 256-QAM，调制阶数翻倍四倍，吞吐同样翻倍四倍——但前提是信道质量支撑得住，这就是链路自适应（AMC）的职责。

5G numerology 的扩展

5G NR 把资源网格从固定参数升级为可配置的 numerology。子载波间隔 = 15\times 2^\mu kHz，时隙长度 = 0.5/2^\mu ms，每时隙符号数保持 14（NR 定义 1 个时隙 14 个符号，较 LTE 的 7 个符号翻倍，帧内符号更紧凑）。不同 \mu 对应不同物理含义：\mu=0 适合大覆盖慢速场景，\mu=3（120 kHz）符号缩短 8 倍，时隙缩短 8 倍，支持毫米波大带宽与低时延。

NR 还允许一个小区内同时配置多种 numerology，通过资源网格的时间对齐与保护带共存。这一"柔性"设计解决了 LTE 单一参数难以同时满足 eMBB（要大带宽）、uRLLC（要短时隙）、mMTC（要窄带省电）的冲突。资源网格因此从固定的坐标纸，变成可缩放的坐标系——这是第 5 章动态资源分配的技术底座。

控制信道与数据信道的资源划分

资源网格不只是数据的地盘，控制信号也要在网格中占据位置。LTE 的子帧以控制区开头：前 1-3 个 OFDM 符号承载 PCFICH（控制格式指示）、PHICH（HARQ 确认）与 PDCCH（下行控制信息），其余符号承载 PDSCH 数据。控制区大小随负载动态变化，通过 PCFICH 告知终端。这种"时间分割"设计牺牲少量数据容量，换来控制信息的及时送达——终端只要解出控制区，就知道本子帧的数据在哪些 RB、用什么 MCS。

5G NR 的资源划分更灵活。PDCCH 不再固定占用符号开头，而是通过 CORESET（控制资源集）配置在频域时域任意位置，配合搜索空间实现按需监听；数据与控制的复用既有频分也有时分，还有为低时延设计的"前后置 DMRS"。网格因此从"固定分区"走向"可编排分区"，调度器的自由度更大，但终端盲检复杂度也上升。理解这部分，是读懂调度信令（第 5.3 节）的资源基础。

mini-slot 与低时延设计

传统时隙粒度太粗，无法满足 URLLC 的极低时延需求，5G NR 因此引入 mini-slot——它可由 2、4 或 7 个符号组成，甚至单符号承载，随时插入正在进行的传输中。低时延业务的调度以 mini-slot 为单位，无需等待下一个完整时隙；被抢占的 eMBB 数据则通过速率匹配或重传恢复。从资源网格的视角看，mini-slot 是时域轴上的"细粒度切片"，它与灵活 numerology 一起，把 OFDM 资源网格的时域维度从固定刻度变成了可缩放刻度。

低时延设计的资源代价是显著的：mini-slot 的 DMRS 前置意味着导频开销按符号而非按时隙计算，控制开销随调度次数增加而上升，频域利用率下降。这正是"资源网格柔性与系统效率"之间的经典权衡——URLLC 用频谱效率换取时延确定性，eMBB 用时延换取频谱效率，而网格的二维结构让这两类业务可以在同一载波上按需共存。可以说，资源网格的灵活性，直接决定了 5G 能否真正兑现"一个空口服务三类业务"的承诺。

核心回顾

• RB 是 LTE/NR 调度最小单位
• 二维结构支持频选调度
• 5G numerology 扩展场景覆盖
• 容量换算：RB × RE × 调制比特
• mini-slot 与 CORESET 让网格可编排