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带宽部分(BWP)|带你读《5G空口特性与关键技术》之十

简介: 天线端口可以看成是一个逻辑概念而非物理概念,每个天线端口代表一种特定的信道模型,采用相同天线端口的信号可以看作是采用完全相同的信道来进行传送的。由此可见,同一个天线端口上,承载一个符号的信道可以由承载另一个符号的信道来推断。
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第 3 章 5G 物理资源

3.5 资源粒子

3.6 带宽部分(BWP)

3.6.1 BWP 的定义

小区总带宽的一部分称作 BWP,它是特定载波上对应特定参数集μi 的一组连续的 CRB。带宽自适应是通过对 UE 配置一个或者多个 BWP 并告诉 UE 激活哪个 BWP 来实现的。
为了使具有低带宽能力的 UE 在大系统带宽小区中工作,且适配不同的参数集,规范中考虑了带宽自适应特性。这样,数据量较小时用户能够以低功耗监听控制信道并进行发送,数据量较大时用户能够以大带宽接收或发送。
采用带宽自适应算法,UE 的收发带宽就不需要像小区带宽一样大,而是可以根据需要来进行调整,在话务量低的时候可以省电;带宽位置可以在频域上移动以增加调度灵活性;子载波间隔可以根据命令进行改变以支持不同的业务类型。
下行方向上,每个单元载波上,一个 UE 最多可以配置 4 个 BWP,但是某个时刻只有一个处于激活态。激活态的 BWP 表示小区工作带宽之内 UE 所采用的工作带宽,在 BWP 之外,UE 不会接收 PDSCH、PDCCH 或者 CSI-RS,但是如果用于进行无线资源相关的测量或者发送 SRS,则可以例外。每个 DLBWP 中至少包含一个具有 UE 专用搜索空间的 CORESET,主载波上则至少包含一个具有 CSS 搜索空间的 CORESET 的可配置的 DL BWP。
上行方向上,每个单元载波上,一个 UE 最多可以配置 4 个 BWP,但是某个时刻只有一个处于激活态。如果 UE 采用上行增强(SUL)技术,则 UE 可以在SUL 上额外最多配置 4 个 BWP 且同时只能激活一个 BWP。UE 不在 BWP 之外传送 PUSCH 或者 PUCCH。对于激活的小区,UE 也不在 BWP 之外传送 SRS。
由此可见,从 UE 的角度来看,相当于采用 BWP 替代了 LTE 中单元载波(CC)的概念,UE 不再能够对载波进行感知,而只能了解 BWP。
BWP 的作用体现在以下几个方面,如图 3-8 所示。
image.png
(1)对接收机带宽(如 20MHz)小于整个系统带宽(如 100MHz)的 UE提供支持。
(2)通过带宽大小不同的 BWP 之间的转换和自适应来降低 UE 的电量消耗。
(3)利用 BWP 转换来变换空口参数集(Numerology),支持不同参数集的频域调度。
(4)支持不连续频谱。
(5)根据话务需求来优化无线资源的利用,并降低系统间的干扰。
(6)支持前向兼容,便于引入新的传输类别,降低传统信令和信道的限制。

3.6.2 BWP 的位置

image.png
上行方向上,初始接入过程中, start NBWP,i 是
由高层参数 initialUplinkBWP 设定的以 CRB 编号为基础的初始激活上行 BWP 中的最小资源
块。其他情况下,上行 start NBWP,i 由 BWP-Uplink来设定不同于初始 BWP 的另外的上行 BWP,其中,BWP-UplinkCommon 用于配置小区相关的上行 BWP 参数,BWP-UplinkDedicated 用于配置 UE 相关的上行 BWP 参数。
下行方向上,initialDownlinkBWP 是 SpCell(MCG 或 SCG 的 PCell)和 SCell 的初始下行BWP 配置,网络配置 locationAnd Bandwidth使得初始下行 BWP 在频域中包含此服务小区的 CORESET#0。与上行 BWP 配置相类似,也可以采用 BWP-downlink 来配置另外的下行BWP,设定小区和 UE 相关的下行 BWP 参数。
image.png

3.6.3 BWP 自适应

为 UE 配置一个或者多个 BWP,分别作用在初始接入及其后续传送等不同的信令和业务过程中。图 3-10 配置了 3 种具有不同带宽和 SCS 的 BWP,它们可以根据具体情况进行自适应和动态转换。
image.png
(1)BWP1 采用 40MHz 带宽,子载波间隔为 15kHz;
(2)BWP2 采用 10MHz 带宽,子载波间隔为 15kHz;
(3)BWP3 采用 20MHz 带宽,子载波间隔为 60kHz。
为了在 Pcell 中启用 BWP 自适应,gNB 需要为 UE 配置 UL 和 DL 的 BWP。在载波聚合中,为了在 SCell 中启用 BWP,gNB 至少需要为 UE 配置 DL 的BWP(UL 没有 BWP)。对于 PCell,初始 BWP 用作初始接入;对于 Scell,初始 BWP 用作 Scell 激活。
在对称频谱中,DL 和 UL 可以独立变换 BWP。在非对称频谱中,DL 和UL 需同时变换 BWP。BWP 的变换由 PDCCH 下发的 DCI 或者 MAC 层的非激活时间(BWP-inactivity-timer)来触发。配置了非激活时间的服务小区中,非激活时间超时后,当前激活的 BWP 将被网络配置成一个缺省 BWP。

3.6.4 BWP 的配置参数

对于一组 DL BWP 或 UL BWP 中的每个 DL BWP 或 UL BWP 来说,UE 被配置以下用于服务小区的参数,如[TS 38.211]或[TS 38.214]中所定义。
-由高层参数 subcarrierSpacing 所提供的子载波间隔。
-由高层参数 cyclicPrefix 所提供的循环前缀。
image.png
-高层参数 bwp-Id 所设定的 DL BWP 和 UL BWP 的索引。
-由 bwp-Common 和 bwp-Dedicated 所设定的一组公共 BWP 和专用 BWP参数。
非成对频谱即 TDD 模式下,DL BWP 索引和 UL BWP 索引相同,对应bwp-id 的 DL BWP 与 UL BWP 相关联,且 UE 认为 DL BWP 和 UL BWP 的中心频率是相同的。

3.6.5 BWP 的种类

从功能上讲,BWP 主要分为两类,即初始 BWP 和专用 BWP。初始 BWP主要用于 UE 接收 RMSI、OSI 发起随机接入等。而专用 BWP 主要用于数据业务传输。通常来讲,专用 BWP 的带宽大于初始 BWP。
从作用方式上讲,BWP 具体可分为可用 BWP、缺省 BWP、初始 BWP 和激活 BWP 等类型。
(1)可用 BWP
服务小区中的 UE 进行 BWP 操作时,由高层配置最多 4 个 BWP。
下行方向上,采用 BWP-Downlink 在下行所支持的带宽范围内为 UE 配置接收所使用的 BWP;上行方向上,采用 BWP-Uplink 在上行所支持的带宽范围内为 UE 配置发送所使用的 BWP。
(2)缺省 BWP
在服务小区上,可以从所配置的 BWP 中为 UE 设置一个缺省 BWP,对应的参数为 defaultDownlinkBWP-Id。如果没有配置,则缺省配置就是初始激活的DL BWP。
(3)初始 BWP
初始 BWP 由 PBCH 下发,包括 CORESET 和用于 RMSI 的 PDSCH。UE采用从系统信息中接收到的初始 BWP 来进行初始接入,直到在小区中接收到UE 的配置信息为止。
初始接入时,在小区中接收到 UE 的配置之前,使用在系统信息中所检测到的初始 BWP。
如果配置了 PRACH 资源,则 UE 不能在激活 BWP 之外传送 PRACH,如果没有配置 PRACH 资源,则 UE 使用初始 UL BWP。
(4)激活 BWP
每个时刻 DL 和 UL 都只有一个激活的 BWP。UE 在激活的 BWP 内采用相关的参数集进行收发工作。

3.6.6 BWP 工作过程

通常初始的激活的 DL BWP 由 initialDownlinkBWP 来提供。如果没有为UE 配置 initialDownlinkBWP,则初始的激活的 DL BWP 由一组连续的 PRB 的位置、数量、子载波间隔(SCS)、循环前缀(CP)等来进行定义,这些 PRB的起点和终点分别是用于 Type0-PDCCH CSS 的 CORESET 中的 PRB 的最小和最大编号,SCS 和 CP 则是用于 Type0-PDCCH CSS 的 CORESET 中 PDCCH 所使用的 SCS 和 CP。
在主小区或者辅小区中,高层采用参数 initialuplinkBWP 为 UE 提供一个初始的激活的 UL BWP。如果 UE 配置有补充(SUL)载波,则还由高层采用supplementaryUplink 参数中的 initialUplinkBWP 参数在 SUL 载波上为 UE 提供一个初始的 UL BWP。
如果 UE 具有专用 BWP 配置,则可以由高层参数 firstActiveDownlinkBWP-Id来提供用于接收时首先在主小区中某个载波上激活的 DL BWP,并且由高层参数firstActiveUplinkBWP-Id 提供用于发送时在主小区中某个载波上首先激活的 ULBWP。
对于主小区中的每个 DL BWP,可以为每个公共搜索空间(CSS)和 UE专用搜索空间(USS)配置控制资源集(CORESET),UE 期望在 PCell 或者PSCell 的激活 DL BWP 上配置 MCG 的公共搜索空间(CSS)。
如果 PDCCH-ConfigSIB1 或 PDCCH-ConfigCommon 为 UE 提供了 controlResourceSetZero 和 searchSpaceZero 参数,UE 就根据 controlResourceSetZero为搜索空间集确定 CORESET,并确定相应的 PDCCH 监视时机。如果激活的DL BWP 不是初始 DL BWP,则只有 CORESET 带宽在激活 DL BWP 内,且激活 DL BWP 与初始 DL BWP 具有相同的 SCS 和 CP 配置时,UE 才为搜索空间集确定 PDCCH 监视时机。
对于 PCell 或者 PUCCH-SCell 中的每个 UL BWP,都为 UE 配置 PUCCH传送所需的资源集。UE 根据 DL BWP 所配置的子载波间隔和 CP 长度在 DLBWP 中接收 PDCCH 和 PDSCH。UE 根据 UL BWP 所配置的子载波间隔和 CP长度在 UL BWP 中发送 PUCCH 和 PUSCH。

3.6.7 BWP 激活和转换

虽然上行和下行都可以配置多达 4 个 BWP,但是每个时刻只能有一个处于激活状态,这意味着需要有一些机制来决定和选择哪个 BWP 处于激活态。TS38.321 中 BWP 操作部分提到,可以通过以下几种方式来进行 BWP 的选择和转换。
-通过 PDCCH 中的 DCI:采用 DCI 格式 0_1 或者 1_1 来激活某个 BWP。
-通过 bwp-InactivityTimer 来控制 BWP 的激活和去激活。
-采用 RRC 信令。
-通过 MAC 实体自身触发随机接入过程。
如果 DCI 格式 1_1 中设置了 BWP 指示域,则其值表示用于进行下行接收的激活的 DL BWP。如果 DCI 格式 0_1 中设置了 BWP 指示域,则其值表示用于进行上行发送的激活的 UL BWP。UE 将对时隙中前 3 个符号所接收到的PDCCH 中的 DCI 0_1 或者 DCI 1_1 进行检测,以判断 UL/DL 激活的 BWP 是否发生改变。
对于主小区,UE 由高层参数 defaultDownlinkBWP-Id 来配置缺省的 DLBWP,如果没有进行配置,则 UE 认为缺省 DL BWP 就是初始激活的 DL BWP。
如果 Scell 中采用 defaultDownlinkBWP-Id 为 UE 配置了缺省 DL BWP,且UE 配置了 bwp-InactivityTimer,则 UE 认为 Scell 中的这两个参数和 Pcell 是一样的。在 Pcell 中,如果采用高层参数 bwp-InactivityTimer 对 UE 进行了设置,且定时器在运行中,那么对于对称频谱,UE 在没有检测到用于 PDSCH 接收的DCI 的情况下,对于 FR1,UE 每 1ms 对定时器增加一个步长;对于 FR2,UE每 0.5ms 增加一个步长。对于非对称频谱,UE 则需要检测用于 PDSCH 接收的DCI 格式和用于 PUSCH 传送的 DCI 格式。
UE 在 Scell 中对于 BWP-InactivityTimer 的处理情况与 Pcell 相类似。不过定时器超时后 UE 可以去激活 Scell。
如果在 Scell 中或者 SUL 载波上,采用高层参数 firstActiveDownlinkBWP-Id和 firstActiveUplinkBWP-Id 为 UE 配置了第一个激活的 DL BWP 或者 UL BWP,则 UE 使用所指示的 DL BWP 和 UL BWP 作为 Scell 或者 SUL 载波上的激活的BWP。

3.7 物理资源块

image.png

3.8 天线端口

天线端口可以看成是一个逻辑概念而非物理概念,每个天线端口代表一种特定的信道模型,采用相同天线端口的信号可以看作是采用完全相同的信道来进行传送的。为了确定各个天线端口的特性信道,UE 对每个天线端口都要独立进行信道估计,因此需要为每个天线端口定义一个适合信道特性的单独的参考信号,特定天线端口所传送的信道特性可以根据端口上设定的参考信号来区分。由此可见,同一个天线端口上,承载一个符号的信道可以由承载另一个符号的信道来推断。
TS38.211 规定,对于 PDSCH 相关的 DM-RS,如果 PDSCH 符号和 DM-RS符号在同一个 PRG 的同一个时隙的相同的资源中发送,则 PDSCH 符号的天线端口的信道特性能够根据 DM-RS 符号的同一个天线端口来推断(详见 TS38.214 第 5.1.2.3 节)。
上行方向上定义的天线端口为:
(1)PUSCH 及相关的 DMRS 的天线端口从 0 开始;
(2)SRS 的天线端口从 1000 开始;
(3)PUCCH 的天线端口从 2000 开始;
(4)PRACH 的天线端口从 4000 开始。
下行方向上定义的天线端口为:
(1)PDSCH 的天线端口从 1000 开始;
(2)PDCCH 的天线端口从 2000 开始;
(3)信号状态信息参考信号的天线端口从 3000 开始;
(4)SS/PBCH 块的天线端口从 4000 开始。

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