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[4G&5G专题-26]:架构-什么是部分带宽BWP, 不对称载波带宽、UE带宽自适应?

互联网 diligentman 1个月前 (01-31) 14次浏览

目录

第1章. BWP技术的背景与来源

1.1 LTE系统的对称载波带宽

1.2 5G小区面临的问题

第2章. BWP的理论基础

2.1 LTE的时频资源分配与载波带宽

2.2 BWP的理论基础:线性系统的叠加性

2.3 BWP基本思想

第3章 5G BWP基本概念

3.1 BWP的定义

3.2 BWP大小的决定因素

第4章 BWP的工作原理

4.1 BWP的几种使用场景

4.2 BWP大小与位置的协商流程

4.3 BWP数据的调制解调过程


第1章. BWP技术的背景与来源

BWP:Bandwidth Part,不对称载波带宽、UE带宽自适应、部分带宽。

1.1 LTE系统的对称载波带宽

在4G LTE系统中,每个载波的带宽5/10/15/20M,终端UE与基站,其小区载波带宽是一样的,这称为对称载波带宽

[4G&5G专题-26]:架构-什么是部分带宽BWP, 不对称载波带宽、UE带宽自适应?

1.2 5G小区面临的问题

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然而到了5G, 情况发生了变化,小区带宽最大支持400M带宽,如果沿用LTE的UE和基站对称带宽的做法,对终端就提出了极高的挑战,另一方面,终端也是逐渐演进的,前期支持较小带宽,如100M带宽,等基站提供400M带宽小区的时候,前期的终端就遇到一个尴尬的问题,如果接入到400M带宽的小区中呢?于是不对称载波带宽,又称为UE带宽自适应,也称为一部分带宽的BWP技术应运而生。

5G的频点分为两部分:FR1(f < 6GHz,低频)和FR2(f > 6GHz,高频、毫米波)。

FR1的带宽可以是5MHz,10MHz,15MHz,20MHz,25MHz,30MHz,40MHz,50MHz,60MHz,80MHz和100MHz。

FR2的带宽可以是50MHz,100MHz,200MHz和400MHz等。

5G的带宽最小可以是5MHz,最大能到400MHz。如果要求所有终端UE都支持最大的400MHz,无疑会对UE的性能提出较高的要求,不利于降低UE的成本。

同时,一个UE不可能同时占满整个400M带宽,如果UE采用400M带宽对应的采样率,无疑是对性能的浪费。此外,大带宽意味着高采样率,高采样率意味着高功耗。

在上面这样的大背景下,提出了不对称载波带宽、UE带宽自适应、部分带宽BWP技术。BWP技术完美的解决了手机带宽与小区带宽不一致的问题。

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第2章. BWP的理论基础

2.1 LTE的时频资源分配与载波带宽

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[4G&5G专题-26]:架构-什么是部分带宽BWP, 不对称载波带宽、UE带宽自适应?

(1)在4G LTE系统中,每个载波的带宽5/10/15/20M,终端UE与基站,其小区载波带宽是一样的,这称为对称载波带宽

(2)所有的子载波的宽度为15KHz。

(3)时频资源频域上的一个15K子载波,时域上符号,构成了一个RE。

(5)时频资源块:LTE是按照时频资源块给手机分配RE资源的,频域12个子载波,时域一个符号周期,构成一个RB。

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从上图可以看出,同一个时刻,可能包含多个不同用户的数据,不同的用户使用不同的子载波承载数据。

(5)OFDM调制:是针对每个子载波的一个符号的,也就是说,系统信息和用户数据,都是调制在一个个独立的子载波上的。

(6)下行

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  • 基站发送:基站MAC把系统信息和所有的用户信息,调制到整个小区带宽的各个时频资源上,然后通过PHY的快速傅里叶变换,生成含有所有频率分量的合成的基带时域信号,再经过中频调制、高频调制(混频),把基带信号调制到高频载波上,进行发送。
  • 电磁波传播:调制后的高频电磁波在空间进行传播,其带宽是整个小区的带宽。
  • UE接收:小区中的每个手机通过频率搜索,获得小区的中心频点,通过MIB获取小区的带宽,通过信令获取自己所在的时频资源。每个手机获得相同带宽的调制信号,然后解调出所有的时频资源的数据,最后终端获取分配给自己的时频资源RE上数据。
  • 因此所有子载波信号合并成基带时域信号是基站PHY完成的,每个UE收到的都是包含所有频率分量的时频信号。

(7)上行

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  • UE发送:每个手机,在分配给自己的时频资源RE/RB上进行数据调制,在没有分配给自己的时频资源RE上不进行调制(没有数据),调制后,每个手机各自生成整个小区带宽的基带信号=》中频信号和=》高频调制信号。
  • 电磁波的叠加:调制后的高频电磁波在空间进行传播,其带宽是整个小区的带宽。与下行不同的是:下行只有一个基站发送,多个手机接收,为广播。上行是多个手机发送,一个基站接收,这就意味着多个不同发送发送的调制后的电磁波信号,在空间会进行叠加!为汇集。
  • 基站接收:汇聚后的电磁波信号,被基站的天线接收下来,经过混频解调、中频处理、OFDM解调(时域到信号频域的傅里叶变换)与QAM解调哦,得到各个子载波RE的数据。基站在根据分配各个手机的RE信息,分别得到各个手机的数据。

 

2.2 BWP的理论基础:线性系统的叠加性

(1)定义

线性系统是指同时满足叠加性(加减运算)均匀性系数乘除运算)的系统。

所谓叠加性(加减运算):是指当几个输入信号共同作用于系统时,总的输出等于每个输入单独作用时产生的输出之和;

均匀性(系数乘除运算):是指当输入信号增大若干倍时,输出也相应增大同样的倍数。

不满足叠加性和均匀性的系统即为非线性系统

(2)图形描述

  • 系统对多路的输入信号,先进行线性运算、累加后在进行变换。

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  • 系统对多路信号先进行变换,后进行线性运算、累加

如果上述两种情况,得到的输出是一致的,则这个系统是线性系统,符合叠加性特征!

(3)数学描述

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(4)应用

可以这样说,《信号与系统》的研究,就是建立在线性系统之上的,现代通信系统,基本上是一个线性系统。

线性系统的线性特征被应用在通信系统的方方面面:信号的复用与解复用,如2G的频分多址、3G的码分多址、4G正交频发复用,功率放大器等等,否是线性系统的线性特征的应用。

 

2.3 BWP基本思想

BWP技术允许手机的载波带宽可以小于基站提供的整个小区的带宽。

每个手机在随机接入时,提供自己载波带宽的能力,基站再根据手机支持载波带宽的能力,告诉手机所在的载波带宽,在整个小区带宽中的位置,并根据此信息分配相应的时频资源。

(1)基站发送:给手机分配RE资源时,不能分布在整个小区带宽内,而是在其所在的BWP子带宽内分配RE资源。

(2)手机接收:手机通过调整其滤波器的中心频点,过滤出所在的BWP子带宽内的频率分量,经过后续处理后,得到手机自己的RE时频资源。

(3)手机发送:发送所在的BWP子带宽内的调制信号。只在分配给自己的BWP子带宽内进行RE时频资源的调制。

(5)线性叠加:不同手机的BWP子带宽的调制信号在空间进行电磁波的线性叠加!

(6)基站接收:基站接收叠加后的大带宽的电磁波信号,进行大带宽的解调,最后得到每个手机对应的RE时频资源以及对应的数据。

 

第3章 5G BWP基本概念

3.1 BWP的定义

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 BWP(Bandwidth Part),是小区总带宽的一个子带宽。

5G把整个小区带宽划分为N个连续的公共的子带宽,每个公共子带宽称为CRB (Common Resource Block), 每个CRB由M个PRB组成,而每个PRB由12个子载波RE组成。

基站根据手机支持的带宽的大小,为不同的手机,从对应带宽大小的CBR中为手机选择RE资源。基站对整个小区带宽进行调制解调。而手机是根据各自支持的带宽进行调制解调。

(1)不同的BWP,其在整个小区带宽中的位置不同,即其实PRB的位置不同。

(2)不同的BWP,其带宽不同,即占用的PRB的个数不同。

(3)不同的BWP,其子载波间隔可以不相同, 可以是15K, 30K, 60K…..

(4)不同的BWP,其内部的子载波的调制方式,可以不相同。

(5)相同的BWP,借助时间域,可以被多个不同的UE终端进行复用。

 

3.2 BWP大小的决定因素

(1)基站建立的小区的带宽

(2)手机RFIC芯片支持的最大载波带宽

(3)手机业务传输所需要的带宽,也就是说,BWP的带宽,并不一定等于手机支持的物理带宽,因此比手机的物理带宽小。这种设计,有助于降低终端在轻负载时的功耗。

 

第4章 BWP的工作原理

4.1 BWP的几种使用场景

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(1)场景1:手机支持的物理带宽小于小区带宽

这种场景,前面讨论了很多,而BWP的使用场景,远不止手机支持的物理带宽小于基站建立的小区带宽。

(2)场景2:负载均衡

当小区内终端的数量较大,整个小区的负载较重时,基站通过调节终端的BWP的带宽,来调节终端的负载,实施负载均衡。

(3)场景3:降低功耗

当负载较轻时,可以通过降低节终端的BWP带宽,降低终端调制解调的带宽,降低终端的采样率,从而降低终端的功耗,而无需要像LTE那样,对整个带宽进行采样和调制解调,无需对无效子载波进行处理。

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模数转换的采样率:带宽越大,内含的频率分量的频率越高,所需要采样频率就越高。

快速傅里叶变换的采样率:基带信号的带宽越大,其内含的子载波的个数越多,所需的时域采样率越大。

 

(4)场景4:快速配置

通过RRC重配的信令快速配置手机的BWP CRB带宽。

 

4.2 BWP大小与位置的协商流程

(1)主同步与辅同步:手机通过默认的BWP CRB 大小(如5M),与基站进行频率主同步与辅同步。

(2)获取小区信息:在手机与基站同步之后,获得小区的广播信道,并从广播信道得到MIB和SIB信息,获取小区支持的带宽。

(3)手机上报自己的能力:在随机接入过程中,手机上报自己载波带宽的能力,如20M还是100M或其他带宽。

(4)基站为手机分配BWP CRB :基站为手机分配BWP CRB的位置和大小。

(5)基站在分配给手机的BWP CRB 上分配控制信道和数据信道,即在分配给手机的BWP上,分配时频资源。

(6)手机根据随机接入获得的BWP CRB 位置和大小,在相应的位置上,与基站建立控制信道与数据信道。

(7)每个手机最大支持4个不同的CBR, 但某一时刻,只有一个CBR处于激活状态。

(8)不同CBR之间切换,可以按照某个算法的规则,自动动态切换,也可以有基站根据当前信道的质量,指示手机进行单次的CBR的切换。

 

4.3 BWP数据的调制解调过程

(1)下行

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  • 基站发送:基站MAC把系统信息和所有的用户信息,调制到整个小区带宽的各个时频资源上,然后通过PHY的快速傅里叶变换,生成含有所有频率分量的合成的基带时域信号,再经过中频调制、高频调制(混频),把基带信号调制到高频载波上,进行发送。
  • 电磁波传播:调制后的高频电磁波在空间进行传播,其带宽是整个小区的带宽
  • UE接收:先通过带通滤波器,只接收其物理带宽受限带宽的信号,滤除其他UE的载波信号。然后通过进行正常的调制解调。

(2)上行

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  • UE发送:每个手机,在分配给自己的时频资源RE/RB上进行数据调制,在没有分配给自己的时频资源RE上不进行调制(没有数据),调制后,每个手机各自生成BWP带宽的基带信号(而不是整个小区带宽的信号,也不是整个手机物理支持带宽的信号)=》中频信号和=》高频调制信号。
  • 电磁波的叠加:调制后的高频电磁波在空间进行传播,其带宽是整个小区的带宽。与下行不同的是:下行只有一个基站发送,多个手机接收,为广播。上行是多个手机发送,一个基站接收,这就意味着多个不同发送发送的调制后的电磁波信号,在空间会进行叠加!为汇集。
  • 基站接收:汇聚后的电磁波信号,被基站的天线接收下来,经过混频解调、中频处理、OFDM解调(时域到信号频域的傅里叶变换)与QAM解调哦,得到各个子载波RE的数据。基站在根据分配各个手机的RE信息,分别得到各个手机的数据。

 

 

 


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