[4G&5G專題-26]：架構-什么是部分帶寬BWP, 不對稱載波帶寬、UE帶寬自適應?

目錄

第1章. BWP技術的背景與來源

1.1 LTE系統的對稱載波帶寬

1.2 5G小區面臨的問題

第2章. BWP的理論基礎

2.1 LTE的時瞥澩分配與載波帶寬

2.2 BWP的理論基礎：線性系統的疊加性

2.3 BWP基本思想

第3章 5G BWP基本概念

3.1 BWP的定義

3.2 BWP大小的決定因素

第4章 BWP的作業原理

4.1 BWP的幾種使用場景

4.2 BWP大小與位置的協商流程

4.3 BWP資料的調制解調程序

第1章. BWP技術的背景與來源

BWP：Bandwidth Part，不對稱載波帶寬、UE帶寬自適應、部分帶寬，

1.1 LTE系統的對稱載波帶寬

在4G LTE系統中，每個載波的帶寬5/10/15/20M，終端UE與基站，其小區載波帶寬是一樣的，這稱為對稱載波帶寬，

1.2 5G小區面臨的問題

然而到了5G, 情況發生了變化，小區帶寬最大支持400M帶寬，如果沿用LTE的UE和基站對稱帶寬的做法，對終端就提出了極高的挑戰，另一方面，終端也是逐漸演進的，前期支持較小帶寬，如100M帶寬，等基站提供400M帶寬小區的時候，前期的終端就遇到一個尷尬的問題，如果接入到400M帶寬的小區中呢？于是不對稱載波帶寬，又稱為UE帶寬自適應，也稱為一部分帶寬的BWP技術應運而生，

5G的頻點分為兩部分：FR1（f < 6GHz，低頻）和FR2（f > 6GHz，高頻、毫米波），

FR1的帶寬可以是5MHz，10MHz，15MHz，20MHz，25MHz，30MHz，40MHz，50MHz，60MHz，80MHz和100MHz，

FR2的帶寬可以是50MHz，100MHz，200MHz和400MHz等，

5G的帶寬最小可以是5MHz，最大能到400MHz，如果要求所有終端UE都支持最大的400MHz，無疑會對UE的性能提出較高的要求，不利于降低UE的成本，

同時，一個UE不可能同時占滿整個400M帶寬，如果UE采用400M帶寬對應的采樣率，無疑是對性能的浪費，此外，大帶寬意味著高采樣率，高采樣率意味著高功耗，

在上面這樣的大背景下，提出了不對稱載波帶寬、UE帶寬自適應、部分帶寬BWP技術，BWP技術完美的解決了手機帶寬與小區帶寬不一致的問題，

第2章. BWP的理論基礎

2.1 LTE的時瞥澩分配與載波帶寬

（1）在4G LTE系統中，每個載波的帶寬5/10/15/20M，終端UE與基站，其小區載波帶寬是一樣的，這稱為對稱載波帶寬，

（2）所有的子載波的寬度為15KHz，

（3）時瞥澩：頻域上的一個15K子載波，時域上符號，構成了一個RE，

（5）時瞥澩塊：LTE是按照時瞥澩塊給手機分配RE資源的，頻域12個子載波，時域一個符號周期，構成一個RB，

從上圖可以看出，同一個時刻，可能包含多個不同用戶的資料，不同的用戶使用不同的子載波承載資料，

（5）OFDM調制：是針對每個子載波的一個符號的，也就是說，系統資訊和用戶資料，都是調制在一個個獨立的子載波上的，

（6）下行

• 基站發送：基站MAC把系統資訊和所有的用戶資訊，調制到整個小區帶寬的各個時瞥澩上，然后通過PHY的快速傅里葉變換，生成含有所有頻率分量的合成的基帶時域信號，再經過中頻調制、高頻調制（混頻），把基帶信號調制到高頻載波上，進行發送，
• 電磁波傳播：調制后的高頻電磁波在空間進行傳播，其帶寬是整個小區的帶寬，
• UE接收：小區中的每個手機通過頻率搜索，獲得小區的中心頻點，通過MIB獲取小區的帶寬，通過信令獲取自己所在的時瞥澩，每個手機獲得相同帶寬的調制信號，然后解調出所有的時瞥澩的資料，最后終端獲取分配給自己的時瞥澩RE上資料，
• 因此所有子載波信號合并成基帶時域信號是基站PHY完成的，每個UE收到的都是包含所有頻率分量的時頻信號，

（7）上行

• UE發送：每個手機，在分配給自己的時瞥澩RE/RB上進行資料調制，在沒有分配給自己的時瞥澩RE上不進行調制（沒有資料），調制后，每個手機各自生成整個小區帶寬的基帶信號=》中頻信號和=》高頻調制信號，
• 電磁波的疊加：調制后的高頻電磁波在空間進行傳播，其帶寬是整個小區的帶寬，與下行不同的是：下行只有一個基站發送，多個手機接收，為廣播，上行是多個手機發送，一個基站接收，這就意味著多個不同發送發送的調制后的電磁波信號，在空間會進行疊加！為匯集，
• 基站接收：匯聚后的電磁波信號，被基站的天線接收下來，經過混頻解調、中頻處理、OFDM解調（時域到信號頻域的傅里葉變換）與QAM解調哦，得到各個子載波RE的資料，基站在根據分配各個手機的RE資訊，分別得到各個手機的資料，

2.2 BWP的理論基礎：線性系統的疊加性

（1）定義

線性系統是指同時滿足疊加性（加減運算）與均勻性（系數乘除運算）的系統，

所謂疊加性（加減運算）：是指當幾個輸入信號共同作用于系統時，總的輸出等于每個輸入單獨作用時產生的輸出之和；

均勻性（系數乘除運算）：是指當輸入信號增大若干倍時，輸出也相應增大同樣的倍數，

不滿足疊加性和均勻性的系統即為非線性系統

（2）圖形描述

• 系統對多路的輸入信號，先進行線性運算、累加后在進行變換，

• 系統對多路信號先進行變換，后進行線性運算、累加

如果上述兩種情況，得到的輸出是一致的，則這個系統是線性系統，符合疊加性特征！

（3）數學描述

（4）應用

可以這樣說，《信號與系統》的研究，就是建立在線性系統之上的，現代通信系統，基本上是一個線性系統，

線性系統的線性特征被應用在通信系統的方方面面：信號的復用與解復用，如2G的頻分多址、3G的碼分多址、4G正交頻發復用，功率放大器等等，否是線性系統的線性特征的應用，

2.3 BWP基本思想

BWP技術允許手機的載波帶寬可以小于基站提供的整個小區的帶寬，

每個手機在隨機接入時，提供自己載波帶寬的能力，基站再根據手機支持載波帶寬的能力，告訴手機所在的載波帶寬，在整個小區帶寬中的位置，并根據此資訊分配相應的時瞥澩，

（1）基站發送：給手機分配RE資源時，不能分布在整個小區帶寬內，而是在其所在的BWP子帶寬內分配RE資源，

（2）手機接收：手機通過調整其濾波器的中心頻點，過濾出所在的BWP子帶寬內的頻率分量，經過后續處理后，得到手機自己的RE時瞥澩，

（3）手機發送：發送所在的BWP子帶寬內的調制信號，只在分配給自己的BWP子帶寬內進行RE時瞥澩的調制，

（5）線性疊加：不同手機的BWP子帶寬的調制信號在空間進行電磁波的線性疊加！

（6）基站接收：基站接收疊加后的大帶寬的電磁波信號，進行大帶寬的解調，最后得到每個手機對應的RE時瞥澩以及對應的資料，

第3章 5G BWP基本概念

3.1 BWP的定義

BWP(Bandwidth Part)，是小區總帶寬的一個子帶寬，

5G把整個小區帶寬劃分為N個連續的公共的子帶寬，每個公共子帶寬稱為CRB （Common Resource Block）， 每個CRB由M個PRB組成，而每個PRB由12個子載波RE組成，

基站根據手機支持的帶寬的大小，為不同的手機，從對應帶寬大小的CBR中為手機選擇RE資源，基站對整個小區帶寬進行調制解調，而手機是根據各自支持的帶寬進行調制解調，

（1）不同的BWP，其在整個小區帶寬中的位置不同，即其實PRB的位置不同，

（2）不同的BWP，其帶寬不同，即占用的PRB的個數不同，

（3）不同的BWP，其子載波間隔可以不相同, 可以是15K, 30K, 60K.....

（4）不同的BWP，其內部的子載波的調制方式，可以不相同，

（5）相同的BWP，借助時間域，可以被多個不同的UE終端進行復用，

3.2 BWP大小的決定因素

（1）基站建立的小區的帶寬

（2）手機RFIC芯片支持的最大載波帶寬

（3）手機業務傳輸所需要的帶寬，也就是說，BWP的帶寬，并不一定等于手機支持的物理帶寬，因此比手機的物理帶寬小，這種設計，有助于降低終端在輕負載時的功耗，

第4章 BWP的作業原理

4.1 BWP的幾種使用場景

（1）場景1：手機支持的物理帶寬小于小區帶寬

這種場景，前面討論了很多，而BWP的使用場景，遠不止手機支持的物理帶寬小于基站建立的小區帶寬，

（2）場景2：負載均衡

當小區內終端的數量較大，整個小區的負載較重時，基站通過調節終端的BWP的帶寬，來調節終端的負載，實施負載均衡，

（3）場景3：降低功耗

當負載較輕時，可以通過降低節終端的BWP帶寬，降低終端調制解調的帶寬，降低終端的采樣率，從而降低終端的功耗，而無需要像LTE那樣，對整個帶寬進行采樣和調制解調，無需對無效子載波進行處理，

模數轉換的采樣率：帶寬越大，內含的頻率分量的頻率越高，所需要采樣頻率就越高，

快速傅里葉變換的采樣率：基帶信號的帶寬越大，其內含的子載波的個數越多，所需的時域采樣率越大，

（4）場景4：快速配置

通過RRC重配的信令快速配置手機的BWP CRB帶寬，

4.2 BWP大小與位置的協商流程

（1）主同步與輔同步：手機通過默認的BWP CRB 大小（如5M），與基站進行頻率主同步與輔同步，

（2）獲取小區資訊：在手機與基站同步之后，獲得小區的廣播信道，并從廣播信道得到MIB和SIB資訊，獲取小區支持的帶寬，

（3）手機上報自己的能力：在隨機接入程序中，手機上報自己載波帶寬的能力，如20M還是100M或其他帶寬，

（4）基站為手機分配BWP CRB ：基站為手機分配BWP CRB的位置和大小，

（5）基站在分配給手機的BWP CRB 上分配控制信道和資料信道，即在分配給手機的BWP上，分配時瞥澩，

（6）手機根據隨機接入獲得的BWP CRB 位置和大小，在相應的位置上，與基站建立控制信道與資料信道，

（7）每個手機最大支持4個不同的CBR， 但某一時刻，只有一個CBR處于激活狀態，

（8）不同CBR之間切換，可以按照某個演算法的規則，自動動態切換，也可以有基站根據當前信道的質量，指示手機進行單次的CBR的切換，

4.3 BWP資料的調制解調程序

（1）下行

• 基站發送：基站MAC把系統資訊和所有的用戶資訊，調制到整個小區帶寬的各個時瞥澩上，然后通過PHY的快速傅里葉變換，生成含有所有頻率分量的合成的基帶時域信號，再經過中頻調制、高頻調制（混頻），把基帶信號調制到高頻載波上，進行發送，
• 電磁波傳播：調制后的高頻電磁波在空間進行傳播，其帶寬是整個小區的帶寬，
• UE接收：先通過帶通濾波器，只接收其物理帶寬受限帶寬的信號，濾除其他UE的載波信號，然后通過進行正常的調制解調，

（2）上行

• UE發送：每個手機，在分配給自己的時瞥澩RE/RB上進行資料調制，在沒有分配給自己的時瞥澩RE上不進行調制（沒有資料），調制后，每個手機各自生成BWP帶寬的基帶信號（而不是整個小區帶寬的信號，也不是整個手機物理支持帶寬的信號）=》中頻信號和=》高頻調制信號，
• 電磁波的疊加：調制后的高頻電磁波在空間進行傳播，其帶寬是整個小區的帶寬，與下行不同的是：下行只有一個基站發送，多個手機接收，為廣播，上行是多個手機發送，一個基站接收，這就意味著多個不同發送發送的調制后的電磁波信號，在空間會進行疊加！為匯集，
• 基站接收：匯聚后的電磁波信號，被基站的天線接收下來，經過混頻解調、中頻處理、OFDM解調（時域到信號頻域的傅里葉變換）與QAM解調哦，得到各個子載波RE的資料，基站在根據分配各個手機的RE資訊，分別得到各個手機的資料，