5G部分帶寬（BWP）的研究與應(yīng)用

郭欣欣

摘要：由于5G的帶寬較大，如果UE實(shí)時(shí)進(jìn)行全帶寬的檢測(cè)和維護(hù)，對(duì)終端的能耗將帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。在很多情況下，5G終端無(wú)需使用大帶寬，因此5G NR引入Bandwidth Part（BWP）概念，它允許某些UE使用大帶寬的一些子集來(lái)工作，完整實(shí)現(xiàn)5G應(yīng)有的功能特性，以起到降低設(shè)備功耗的作用。文章介紹了BWP的基本概念、BWP配置方法、BWP切換機(jī)制以及UE支持BWP情況。通過(guò)研究，BWP具有更靈活的帶寬支持，可以降低UE功耗、實(shí)現(xiàn)UE配置快速更改等功能。隨著5G產(chǎn)業(yè)鏈的不斷成熟，在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中如何使用BWP對(duì)重耕低頻5G發(fā)揮FDD NR優(yōu)勢(shì)至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：5G；BWP；切換；UE功耗

中圖分類號(hào)：TN929.5? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

BWP（Bandwidth Part）是5G新引入的概念，這是5G區(qū)別于4G的關(guān)鍵概念之一。通常，在NR網(wǎng)絡(luò)中，單個(gè)UE需要的帶寬往往有限。如果讓UE實(shí)時(shí)進(jìn)行全帶寬的檢測(cè)和維護(hù)，將對(duì)終端的能耗帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。因此，在NR中引入BWP這一概念，主要目的是支持UE帶寬適配，以降低設(shè)備功耗。當(dāng)調(diào)度大量數(shù)據(jù)時(shí)，UE使用大帶寬，而在其他時(shí)間內(nèi)可使用窄帶寬。本文將通過(guò)研究3GPP規(guī)范中BWP的基本概念，BWP的配置和BWP切換機(jī)制等，討論UE終端對(duì)BWP支持能力及應(yīng)用場(chǎng)景。

1 BWP基本概念

1.1 BWP定義

BWP定義為在一組特定的載波上，給定μi值（確定子載波間隔SCS）的一段連續(xù)Common Resource Block組成的子集。可以理解為在一定的時(shí)間內(nèi)將5G的頻譜劃分成了很多的小塊，每個(gè)BWP可以使用不同的參數(shù)集，其帶寬、子載波間隔以及其他控制參數(shù)都可以不同。相當(dāng)于在5G小區(qū)內(nèi)部又劃分出若干個(gè)配置不同的子小區(qū)，以適應(yīng)不同類型的終端及業(yè)務(wù)類型［1］。

1.2 BWP的配置條件

BWP從某個(gè)特定的PRB開(kāi)始。對(duì)于UE所在的服務(wù)小區(qū)，網(wǎng)絡(luò)至少配置1個(gè)UL/DL BWP（即初始UL/DL BWP）。對(duì)于FDD，需分別配置DL BWP和UL BWP。對(duì)于TDD，DL BWP自動(dòng)鏈接到相同的UL BWP。成對(duì)的DL BWP和UL BWP必須共享相同的中心頻率，但是帶寬可以不同。

1.3 BWP的配置規(guī)則

UE可以在下行鏈路中最多配置4個(gè)BWP，在某個(gè)時(shí)刻內(nèi)只有一個(gè)BWP是處于激活的，激活的BWP表示小區(qū)工作帶寬之內(nèi)UE正在使用的BWP。在激活的BWP之外UE不接收PDSCH，PDCCH 或CSI-RS（除非用于RRM）。

UE可以在上行鏈路中最多配置4個(gè)BWP，同樣在某個(gè)時(shí)刻內(nèi)只有一個(gè)BWP是處于激活的。如果UE配置了上行增強(qiáng)（SUL），則UE可以另外配置4個(gè)BWP且同時(shí)只能激活一個(gè)BWP。UE不在BWP之外發(fā)送PUSCH或PUCCH。對(duì)于激活的小區(qū)，UE不在激活的BWP之外發(fā)送SRS。

1.4 BWP的4種類型

1.4.1 初始BWP（Initial BWP）

初始BWP（通過(guò)系統(tǒng)消息獲取，在SIB1中配置），一般默認(rèn)配置為CORESET0。初始BWP主要用于初始接入過(guò)程，如SIB1的接收，隨機(jī)接入過(guò)程當(dāng)中RAR、Msg4的接收以及preamble和Msg4的發(fā)送等。在初始接入階段用于幫助IDLE或inactive態(tài)UE建立RRC連接之前的初始訪問(wèn)。

1.4.2 專用BWP（Dedicated BWP）

專用BWP，UE在RRC連接態(tài)配置。協(xié)議規(guī)定，1個(gè)UE最多可以通過(guò)RRC信令配置4個(gè)專用BWP。當(dāng)UE在RRC連接態(tài)時(shí)，某一時(shí)刻只能激活1個(gè)專用BWP。

1.4.3 激活BWP（Active BWP）

激活BWP，是用于初始接入完成以后為UE配置的BWP。一般情況激活BWP的帶寬比初始BWP要大。激活BWP被定義為UE專屬的BWP。

1.4.4 默認(rèn)BWP（Default BWP）

默認(rèn)BWP，是用于UE長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有業(yè)務(wù)需求時(shí)，從大帶寬的激活BWP切換到一個(gè)默認(rèn)的帶寬較小的BWP上，用于降低功耗。UE在RRC連接態(tài)時(shí)，當(dāng)其BWP inactivity timer超時(shí)后，即可進(jìn)入默認(rèn)BWP。默認(rèn)BWP是通過(guò)RRC信令進(jìn)行指示，如未設(shè)置，則UE使用初始BWP作為默認(rèn)BWP。當(dāng)前R16版本終端可以配置最多4個(gè) UL/DL BWP，但只能同時(shí)激活1個(gè) UL/DL BWP［2］。

圖1為初始BWP的獲取流程，在UE搜索到gNodeB的SSB后，為了檢索SIB1信息，需要在PBCH中提取MIB信息里的pdcch-ConfigSIB1，此消息指示了SIB1的調(diào)度信息及存在的時(shí)頻資源位置。UE根據(jù)這個(gè)時(shí)頻資源位置，去盲檢SIB1的DCI信息，通過(guò)此信息獲取初始BWP的配置情況。

PDCCH是下行控制信道，承載著PUSCH和PDSCH的控制信息DCI。在LTE中，PDCCH頻域上占據(jù)全部帶寬，時(shí)域上占據(jù)每個(gè)子幀的前1～3個(gè)符號(hào)，由資源的多少動(dòng)態(tài)調(diào)度。在5G中，由于5G帶寬增大，使得NR里面對(duì)于下行控制信息DCI的調(diào)度發(fā)生了改變，不再用專門的信道來(lái)指示PDCCH占用了幾個(gè)OFDM符號(hào)，而轉(zhuǎn)用一個(gè)稱為CORESET的信道來(lái)指示PDCCH占用的時(shí)頻資源，在每個(gè)BWP中設(shè)置coreset（其實(shí)coreset就是PDCCH，在LTE中并沒(méi)有coreset的這個(gè)概念），在時(shí)域中也不是固定的，隨著當(dāng)前情況動(dòng)態(tài)設(shè)置coreset的起始位置。

不同的CORESET定義著不同的ID，其中CORESET0專門用來(lái)承載SIB1的DCI調(diào)度信息。

SIB1消息中攜帶著初始BWP的配置。BWP的頻域位置和帶寬一般采用RIV（resource indication value）方式，RIV對(duì)應(yīng)于起始虛擬資源塊和連續(xù)分配資源塊的長(zhǎng)度。RIV值計(jì)算公式如下：

if（LRBs-1）≤［NsizeBWP/2］ then

RIV=NsizeBWP（LRBs-1）+RBstart

else

RIV=NsizeBWP（NsizeBWP-LRBs+1）+（NsizeBWP-1-RBstart）

注：NsizeBWP假設(shè)為275，LRBs≥1并且不超過(guò)NsizeBWP-RBstart。

2 BWP的切換

服務(wù)小區(qū)激活非活動(dòng)的BWP并且停用活動(dòng)的BWP稱為BWP切換。BWP切換由PDCCH控制指示下行鏈路指配或上行鏈路授權(quán)， 通過(guò)bwp-InactivityTimer（BWP不活動(dòng)定時(shí)器）與RRC信令或在啟動(dòng)隨機(jī)訪問(wèn)程序時(shí)由MAC實(shí)體本身執(zhí)行。例如，當(dāng)手機(jī)需要使用較高的速率時(shí)，則需系統(tǒng)配置一個(gè)大帶寬的BWP（BWP1）；而當(dāng)手機(jī)進(jìn)行在線游戲時(shí)，需要的流量較小，為降低UE功耗并節(jié)省無(wú)線資源，系統(tǒng)為其分配一個(gè)較小帶寬的BWP（BWP2），滿足其需求即可。而如果UE所處環(huán)境突發(fā)強(qiáng)干擾，或者信號(hào)質(zhì)量急劇惡化時(shí)，無(wú)法滿足手機(jī)上網(wǎng)需求，系統(tǒng)則會(huì)給UE配置一段新的帶寬（BWP3）。

根據(jù)終端對(duì)流量的需求，系統(tǒng)可以進(jìn)行靈活的BWP分配來(lái)實(shí)現(xiàn)切片，靈活支持eMBB，mMTC和uRLLC這3種最為典型的5G業(yè)務(wù)。

目前常用的BWP切換主要采用以下3種方式。

2.1 基于RRC重配的BWP切換

網(wǎng)絡(luò)側(cè)通過(guò)RRC（reconfiguration-重配置）消息指示終端進(jìn)行BWP切換。UE在初始接入過(guò)程中的SIB與RA相關(guān)流程在initial BWP內(nèi)完成，初始接入完成后進(jìn)入RRC連接態(tài)，基站通過(guò)RRC（reconfiguration-重配置）消息中的firstActiveDownlinkBWP-Id以及firstActiveUplinkBWP-Id指示終端切換至非初始BWP進(jìn)行業(yè)務(wù)收發(fā)。

2.2 基于DCI的BWP切換

DCI的BWP切換指在有數(shù)據(jù)調(diào)度時(shí)，通過(guò)DCIFormats 中DCI格式0_1（上行鏈路授權(quán)）與DCI格式1_1（下行鏈路分配）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中的BWP切換。

2.3 基于計(jì)時(shí)器的BWP切換

基于計(jì)時(shí)器的BWP切換用于UE在長(zhǎng)時(shí)間不進(jìn)行業(yè)務(wù)收發(fā)，則UE通過(guò)網(wǎng)絡(luò)配置的BWP不活動(dòng)定時(shí)器（bwp-InactivityTimer）切換到默認(rèn)BWP，如沒(méi)有配置默認(rèn)下行BWP時(shí)，則切換到初始下行BWP，當(dāng)前只有下行BWP允許進(jìn)行基于計(jì)時(shí)器的BWP切換。

3 BWP的應(yīng)用場(chǎng)景

3.1 靈活帶寬配置

LTE可通過(guò)載波聚合實(shí)現(xiàn)帶寬靈活性，但其需要UE在系統(tǒng)頻點(diǎn)的整個(gè)頻帶上發(fā)送和接收，不支持系統(tǒng)帶寬下拆分小帶寬或設(shè)置不同參數(shù)集。考慮以下幾個(gè)原因，使得NR對(duì)更高帶寬靈活性的需求不斷增長(zhǎng)［3］。

（1）由于NR的大帶寬特性相比LTE網(wǎng)絡(luò)支持更廣泛的頻譜范圍與更大的載波帶寬網(wǎng)絡(luò)操作。

（2）NR可通過(guò)多個(gè)BWP配置不同的參數(shù)集（頻率位置、帶寬、SCS和循環(huán)前綴等）實(shí)現(xiàn)廣泛的服務(wù)和應(yīng)用程序，以滿足不同場(chǎng)景下的業(yè)務(wù)需求。

（3）在同一個(gè)NR網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)配置多個(gè)不同帶寬的BWP，支持不同帶寬的終端設(shè)備接入功能。

3.2 設(shè)備與終端節(jié)電

NR中引入了基于BWP計(jì)時(shí)器的切換功能，通過(guò)BWP不活動(dòng)定時(shí)器（bwp-InactivityTimer）切換到默認(rèn)BWP，使設(shè)備通過(guò)較小的帶寬與功率運(yùn)行，達(dá)到設(shè)備節(jié)電的目的。

NR中也引入了基于DCI的BWP切換，使UE在大小BWP間進(jìn)行切換，網(wǎng)絡(luò)通過(guò)給UE在不同時(shí)刻分配不同帶寬大小的BWP，使UE和網(wǎng)絡(luò)可以以較為適合的帶寬進(jìn)行通信，達(dá)到終端節(jié)電的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

本文首先介紹了BWP的定義、BWP的配置條件、BWP的獲取流程及類型，并介紹了4種類型的BWP，包括初始BWP、專用BWP、激活BWP、默認(rèn)BWP，然后進(jìn)一步介紹了基于RRC重配、基于DCI以及基于計(jì)時(shí)器的BWP切換。通過(guò)引入BWP的概念，可以實(shí)現(xiàn)5G靈活的帶寬配置、有效的終端與設(shè)備節(jié)電方案等好處，使UE和網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)需求使用更適合的帶寬進(jìn)行通信，達(dá)到終端節(jié)電的目的。另外，通過(guò)靈活的BWP分配來(lái)實(shí)現(xiàn)切片，靈活支持eMBB，mMTC，uRLLC這3種最為典型的5G業(yè)務(wù)。隨著5G產(chǎn)業(yè)鏈的不斷成熟，在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中如何使用BWP對(duì)重耕低頻5G發(fā)揮FDD NR優(yōu)勢(shì)至關(guān)重要。

參考文獻(xiàn)

［1］石德夫.面向5G移動(dòng)通信的兩端口網(wǎng)絡(luò)信道估計(jì)研究［D］.武漢：華中科技大學(xué)，2020.

［2］陳鵬，劉洋，趙嵩，等.5G關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)演進(jìn)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2019.

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（編輯 傅金睿）

Research and application of 5G bandwidth part

Guo? Xinxin

（China Telecom Co.， Ltd.， Hebei Xiongan New Area Company， Xiongan 071000， China）

Abstract： Due to the large bandwidth of 5G， real-time detection and maintenance of full bandwidth for UE will bring great challenges to terminal energy consumption. Moreover， in many cases， 5G terminals do not need to use large bandwidths. Therefore， 5G NR introduces the concept of Bandwidth Part， which uses a new mechanism to allow some UEs to use some subsets of large bandwidths to fully realize the functional features due to 5G， so as to reduce the power consumption of devices. This paper introduces the basic concept of BWP， BWP configuration method， BWP switching mechanism， and UE support for BWP. According to the research， BWP has the advantages of more flexible bandwidth support， reducing UE power consumption， realizing rapid change of UE configuration and so on. With the continuous maturity of 5G industry chain， how to use BWP in the actual network is crucial for replowing low-frequency 5G to give play to the advantages of FDD NR.

Key words： 5G; BWP; handover; UE power consumption