C平面(控制平面)消息可以使用eCPRI或IEEE 1914.3作为其封装机制。由于C平面消息的性质(非常严格的延迟限制),假设不可能进行消息确认。同样,假定C平面消息与U平面消息使用不同的数据流。此外,C平面消息不会在同一以太网帧内与U平面消息串联。
此过程用于在O-DU和O-RU之间交换C平面消息。这些消息的主要作用是传输与数据相关的控制信息,用于处理用户数据(例如,调度和波束赋形命令),前提是未通过M平面提供此类信息(在无C平面的U平面IQ数据传输过程中有详细介绍)。
正常情况下,DL相关的命令和UL相关的命令分别发送。对于LTE LAA的特殊情况,其中既有UL的C平面消息流,也有DL的C平面消息流。
LAA:Licensed - assisted access,授权频谱辅助接入,是使用非授权频段的载波聚合技术,其中授权频段作为主小区(PCell),非授权频段作为辅小区(SCell)。
为了增加灵活性,C平面消息可以联合发送,也可以分别发送,具体取决于信息所指示的通道。例如,PUCCH和PUSCH可以捆绑在一条C平面消息中发送,也可以分开发送,这取决于实现。
左图中体现了DL C平面消息和DL U平面消息的传输过程:
右图中体现了UL C平面消息和UL U平面消息的传输过程:
对于所有的Numerology,5G NR定义的物理资源块(PRB)中都包含相同的子载波数,即每个PRB包含12个RE。然而,当子载波间隔不同时,将导致分别在时域和频域中使用Mixed Numerology。同样,Mixed Numerology在DL和UL中都可能应用。下图展示了时域和频域中存在Mixed Numerology的情况。
RB索引(即PRB编号)总是依赖于其使用的Numerology。对于PRACH和SSB,则与其使用的物理信道有关。
在PRACH的场景中,每个PRACH频率块内部的RB索引遵循3GPP协议,且在O-DU中执行PRACH子载波提取。特别是,section Id内寻址的第一个RB的第一个RE,应与基于PRACH SCS的PRACH频率块下边界处使用的第一个保护tone相对应。如下图所示,PRACH的SCS为1.25kHz,其对应的RB0 RE0的中心频率,与15kHz SCS PUSCH对应的RB0 RE0的中心频率对齐。这里的PUSCH RB0指的是section Id中寻址的第一个RB,并不一定是PUSCH中的最低频率RB。1.25kHz SCS下的72RB在频域中对应于15kHz SCS下的6RB。O-RU使用相应PUSCH的滤波器索引和SCS,可以知道PRACH子载波位置和保护tone,然后可以调整其滤波参数(例如,滤波器中心、通带)。
在SSB的场景中,分配了其单独的频率偏移。
上图说明了一个PRACH示例,介绍了startPrbc,numPrbc和freqOffset字段。具体而言:
如上图所示,协议中规定了保护tone为最低7个RE(PRACH RB0的RE0到RE6),以及最高18个RE(PRACH RB70的RE6到RE11,RB71的RE0到RE11)
72 * 12 - (7 + 18) = 839
对于每个numerology(对于每个PRACH/SSB),freqOffset的值决定了信道基带中心(由M平面配置,上图中上面的虚线)和相应RB0 RE0的子载波中心(上图中下面的虚线)之间的频率偏移。粒度为相应numerology的SCS的一半。例如,当SCS为15kHz时,freqOffset的粒度为7.5kHz,当SCS为1.25kHz时,freqOffset的粒度为0.625kHz。此概念在下面三张图中进行说明。
上图说明了两个PRACH频率块,左侧freqOffset = -2592,粒度为0.625kHz,所以频偏为 -2592 * 0.625kHz = -1620kHz。右侧freqOffset = +864,粒度同样为0.625kHz,所以频偏为 +864 * 0.625kHz = +540kHz。
注:在section type3中,两个PRACH频率块分别使用不同的section ID发送,且控制信息不同。
在此示例中,5G NR 100MHz载波PUSCH的SCS为30kHz,PRACH的SCS是1.25kHz。
在5G NR中,PRACH频率块是连续的。
在此示例中,包括了保护tone(864个RE中的前7个和后18个)。
上图说明了在不同SCS情况下,50MHz FR1载波的RB映射情况:
当SCS为15kHz时,共270个RB(3240个RE),载波中心位于RB135 RE0的中心位置。freqOffset = -1620 * 2,频偏为 -3240 * 7.5kHz = -24.3MHz。
当SCS为30kHz时,共133个RB(1596个RE),载波中心位于RB66 RE6的中心位置。freqOffset = -798 * 2,频偏为 -1596 * 15kHz = -23.94MHz。
当SCS为60kHz时,共65个RB(780个RE),载波中心位于RB32 RE6的中心位置。freqOffset = -390 * 2,频偏为 -780 * 30kHz = -23.4MHz。
上图说明了在支持Mixed Numerology情况下的RB映射过程,以50MHz FR1载波中的133RB PDSCH和20RB SSB为例:
当SCS为30kHz时,PDSCH共133个RB(1596个RE),载波中心位于RB66 RE6的中心位置。freqOffset = -798 * 2,频偏为 -1596 * 15kHz = -23.94MHz。
当SCS为30kHz时,SSB共20个RB(240个RE),载波中心位于RB10 RE0的中心位置。freqOffset = -120 * 20,频偏为 - 240 * 15kHz = -3.6MHz。
对于给定的频率范围FR1或FR2,O-RU支持的最高可能Numerology应被用做每个分量载波(CC)的公共参考,并由slotId字段指示该C平面消息从哪个slot开始作用。同一个CC上DL和UL的slotId应使用相同的参考Numerology。如果O-RU支持的最高Numerology同时允许正常CP(NCP)和扩展CP(ECP),则NCP被用于参考。注,O-RU应根据参考,提前ECP的slot。Symbol的持续时间和在时间上的位置根据μ值(由C平面消息frameStructure字段中的SCS或通过M平面配置获得),以及C平面和U平面消息中的slotId字段共同计算。
根据eAxC寻址的C平面和U平面消息中,对于由slotId字段指示的每个slot,sectionId的值应具有唯一性。个人认为,这里的描述并不清晰,应当理解为,在同一个slot中(slotId相同)的多个C平面消息和U平面消息中,不应使用重复的sectionId。
例如,在FR1的情况下,当O-RU支持的最大SCS是60kHz时,每个子帧内的最大slot数是4。
每个slot内的symbol数都是14,slot索引按最大SCS对齐。
上图说明了当O-RU支持15kHz SCS,30kHz SCS和60kHz SCS时的slot索引分配。
上图说明了当O-RU支持30kHz SCS,60kHz SCS和120kHz SCS时的slot索引分配。此时一个子帧内最大slot数是8。
上图说明了当O-RU支持120kHz SCS和240kHz SCS时的slot索引分配。此时一个子帧内最大slot数是16。
上图说明了当O-RU支持15kHz SCS和30kHz SCS时的slot索引分配。此时一个子帧内最大slot数是2。
某些PRACH格式由Preamble序列的多次重复构成多个PRACH symbol,而循环前缀(CP)仅与第一个Preamble序列一起使用。因此,必须告知O-RU如何正确进行CP提取和FFT。这是通过发送跨越多个symbol的单个控制消息来实现的(例如,下图中描述的示例:symbol数量=4,CP长度=0,时间偏移持续时间通过1152个sample的等效时间值进行调整,以补偿CP长度=0的设置。关于cpLength和timeOffset的使用,参考ORAN延迟管理和时间窗计算中的相关介绍),这减少了所需的C平面消息和数据section的数量。
上图中的示例描述了PRACH format A2和30kHz SCS的场景,其中只有一次CP提取,但有四个相关的FFT操作。
或者,O-RU可以发布特定端点支持的format列表。如果O-RU不发布该列表,则意味着O-RU支持所有的PRACH format,并且O-DU可以选择符合所选SCS的3GPP中定义的任何format。在M平面规范的早期版本中,不支持此类列表上报,如果O-RU的实现是基于此M平面规范,则应离线协商要使用的PRACH format,即运营商和/或供应商必须确保O-RU和O-DU都支持预期的PRACH format。
本节说明了在O-RU中进行预编码操作的具体方法,对于Category B O-RU,这是需要支持的功能。对于Category A O-RU,预编码在O-DU中实现,所以不适用接下来的描述。附录I中包括了与预编码相关的更多信息和示例。
O-DU
通常在接口上从O-DU向O-RU发送12个RE,但对于某些IQ格式(如附录A.6所述的selective RE发送,即通过Selective RE Sending Mask指示实际发送的RE),可以发送较少的RE。在这种情况下,O-RU会认为缺失的RE中I(实部)和Q(虚部)都等于零。
对于‘single Tx’,即TM1,单天线传输:
对于O-RU的层映射,复数调制symbol序列被映射到频率RE(k,l),并打包到PRB中。此时,使用单个eAxC。
对于O-RU的CRS映射,所有CRS RE都属于单个Tx(发送)天线,并映射到一层的频率RE(k,l),打包到PRB中传输,并在O-RU解包(详见附件I)。
对于‘TxD’,即TM2,传输分集:
对于O-RU的层映射,复数调制symbol序列被映射到频率RE(k,l),并打包到PRB中。此时,使用单个eAxC(传输分集仍然认为单rank)。
对于O-RU的CRS映射,所有CRS RE映射到所有层的频率RE(k,l),打包到PRB中传输,并在O-RU解包(详见附件I)。
对于TM3-6(基于码本):
在O-DU上,对于每层v,层映射后的symbol序列映射到频率RE(k,l),并打包到PRB中(详见附件I)。
对于在O-RU处进行预编码的情况(Category B),不同的eAXC用于不同的层(详见附件I)。
对于O-RU的CRS映射,每层所有CRS RE打包到PRB中传输,并在O-RU解包(详见附件I)。
为了进行预编码,所有C平面消息参数保持不变。也就是说,为不同eAxC(即每层)传输的C平面消息参数应该相同(beamId除外),以确保每个RE的预编码操作没有歧义。
对于TM7-10(基于非码本)和NR:
在O-RU中,预编码可能以多种方式实现,这些方式是供应商定义或供应商特有的,因为TM7-10和NR中没有3GPP强制的预编码操作。
O-RU
通过C平面section扩展3,O-RU根据txScheme字段确定传输方案。
对于‘single Tx’,即TM1,单天线传输:
在O-RU中,输入的调制symbol序列被解包,并用于单天线传输的层映射,预编码和天线端口映射。
对于在单天线端口上的传输,仅使用一层,v = 1,映射方式定义为,且,即所有调制symbol映射到层0。
对于单天线端口上单tx传输,预编码定义为,其中p ∈ {0,4,5,7,8,11,13,107,108,109,110}是用于物理信道传输的单天线端口号,并且,,即该层上的调制symbol数等于天线端口上的调制symbol数。
对于天线端口映射p = { 0 },每个RE在天线端口映射后转到天线端口y_p(i)。
由于PRB包含一个天线端口的CRS序列,应使用crsSymbolNumber,crsReMask和crsShift(详见附录I)提取CRS RE,并映射到适当的RE位置。
对于‘TxD’,即TM2,传输分集:
在O-RU中,输入的调制symbol序列被解包,并用于执行层映射,预编码和天线端口映射。
基于层数和天线端口数选择合适的预编码。
对于天线端口映射p = { 0..N },每个RE在天线端口映射后转到每个天线端口y_p(i)。
由于PRB包含N个天线端口的CRS序列,应使用crsSymbolNumber,crsReMask和crsShift(详见附录I)提取CRS RE,并映射到适当的RE位置,其余的CRS RE位置用零填充,以避免天线端口间的信号干扰。
对于TM3-6(基于码本):
在O-RU上,层映射后的symbol序列基于codeBookIndex,numLayers,layerID执行预编码。
在闭环模式下,根据codebook index,层数和天线端口数选择合适的预编码。
在开环模式下,忽略codebook index字段。
O-RU根据天线端口数和层数自动改变每个RE的预编码。
预编码后,对于天线端口映射p = { 0..N },每个RE在天线端口映射后转到每个天线端口y_p(i)。
由于所有PRB包含N个天线端口的CRS序列,则基于layerID(layer 0)使用crsSymbolNumber,crsReMask和crsShift(详见附录I)提取CRS序列,并使用reMask bit字段将CRS映射到每个天线端口。其他层的CRS RE可以忽略。这里描述并不清晰,可以参考附录I的预编码过程。
对于TM7-10(基于非码本)和NR:
在O-RU中实现预编码的一种方式是通过beamID值,一个beamID指向一个波束赋形向量,同样也实现了预编码操作。
此过程用于在O-DU和O-RU之间交换C平面消息。这些消息的主要作用是在O-RU/O-DU中支持LAA功能。关于LAA消息流,详见附录G。
LBT过程用于配置O-RU执行LBT所需的参数,LBT在PDSCH或DRS的无线传输之前进行。O-RU需要在指示消息中报告LBT过程结果(成功或失败)。
在授权频谱中,O-RU可以通过无线连续发送数据或参考信号。与授权频谱相反,在非授权频谱中,O-RU只能发送不连续的数据突发(长度为MCOT——最大信道占用时间)或周期性DRS信号。在LAA辅小区上,每次无线传输之前发送一次LBT_DL_CONFIG请求消息。传输包括DRS和PDSCH(即,MCOT突发)传输。对于每个LBT_DL_CONFIG请求消息,O-RU用LBT_DL指示消息进行回复,该消息包括LBT结果和子帧状态(传输或丢弃),见下图。
DRS:发现参考信号。
如果O-RU可以自己管理拥塞窗口,则O-DU不需要发送LBT_DL_CONFIG请求消息,以开始O-RU处的LBT过程。因为O-RU可以决定LBT过程的开始时间,对于O-RU的LBT过程,要求O-DU发送调整由O-RU管理的拥塞窗口所需的信息。为发送这些信息,O-DU发送LBT_CWCONFIG_REQ消息,O-RU通过LBT_CWCONFIG_RSP消息通知O-DU是否成功收到了LBT_CWCONFIG_REQ消息。O-RU也可以根据LBT_CWCONFIG_REQ消息上携带的信息自己调整拥塞窗口。对于每个LBT_CWCONFIG_REQ请求消息,O-RU用LBT_DL指示消息进行回复,该消息包括LBT结果和子帧状态(传输或丢弃)。
对于DRS信号,首先,O-DU必须通过M平面给O-RU配置DRS参数(DMTC周期和DMTC偏移)。DMTC,发现参考信号定时测量配置。
在每个DRS周期之前,O-DU必须发送LBT_DL_CONFIG请求消息和DRS信号。O-RU执行LBT,并在LBT成功的情况下,通过无线发送DRS信号。然后O-RU必须发送LBT_DL指示。
DRS信号可以通过前传接口发送,与其他参考信号类似,如PSS/SSS/CRS。
:最大单向前传延迟。
:最大O-DU处理时间(读取向上的O-RU C平面消息,MAC处理,发送向下的U平面数据)。
:最大O-RU处理时间(发送向上的C平面消息,接收向下的U平面数据,通过无线发送U平面数据)。
:RU buffer深度(用于LAA),以微秒为单位向上取整到整数个OFDM symbol,例如140个symbol,即MCOT。这相当于必须在O-RU处缓存的最小数据量。此参数可以小于或等于通过M平面传递的实际O-RU buffer大小。
Expired symbol:在O-RU当前时间处,超过其目标传输时间(即,SFN/SF)的symbol。
Normal (partially-filled) SF assumption:正常(部分填充)SF假设,是开始传输的时间,它发生在O-RU开始LBT CAT 4过程之后,以及完成最小sensing持续时间以后的第一个SF(slot)边界处。O-DU首先知道,因为是O-DU向O-RU发送LBT开始时间和LBT参数。可以基于LBT结果以及O-DU和O-RU之间的通信实时更新。注:这里的slot遵循LTE定义,为7个symbol。
LBT_DL indication Threshold():LBT_DL指示阈值,O-DU预期从O-RU接收LBT_DL指示消息的最晚时间。
= + ( + + )
CU Transmission time threshold():CU传输时间阈值,为满足在时间开始无线传输,要求O-DU发送数据到O-RU的时间。
= - ( + + )
x:任意两个可能开始传输时间之间的最小距离。
x = 1ms,Normal SF
x = 0.5ms,Partially-filled SF
PDSCH传输
≥ 2 X + +
DRS传输
拥塞窗口信息传输
对于NR,在一个slot中,NCP symbol从0到13编号,ECP symbol从0到11编号。对于LTE,symbol编号按以下方式与NR symbol编号映射:
当μ相同且使用NCP时,LTE symbol与NR symbol的映射为:
slot 2i中的LTE symbol 映射到NR slot i,symbol l‘ =
slot 2i+1中的LTE symbol 映射到NR slot i,symbol l' = 7 +
当使用ECP时,LTE symbol与NR symbol的映射为:
slot 2i中的LTE symbol 映射到NR slot i,symbol l‘ =
slot 2i+1中的LTE symbol 映射到NR slot i,symbol l' = 6 +
Symbol的持续时间可以根据“frameStructure”提供的SCS和是否支持LTE与NR来确定;3GPP规范36.211和38.211提供了必要的公式。例如,在15kHz SCS下,一个symbol的持续时间约为1/14 ms(长CP和短CP不同)。
当“frameStructure”提供的SCS值小于15kHz时,如长preamble PRACH format,symbolId的numerology基于15kHz SCS。
DSS允许不同技术(4G LTE和5G NR)动态共享相同的频率载波,即O-DU可以动态的将一组或多组时频资源(或PRB)分配给LTE或NR。为了支持O-DU的分配,O-RU也必须支持此功能。此版本的规范通过为LTE和NR使用不同的eAxC ID(即,端点)来支持DSS,或者使用section扩展9来支持DSS。
在O-RU中为LTE和NR配置不同的端点(即,使用不同的eAxC ID)来实现DSS。例如,当O-DU为LTE分配一组PRB,O-DU使用一个LTE专用eAxC ID(分配给一个标识为LTE的载波)来寻址LTE端点;在另一个时间,当O-DU为NR分配相同的一组PRB,O-DU使用一个NR专用的eAxC ID(分配给一个标识为NR的载波)来寻址O-RU中的NR端点。
当使用此方法时,一个载波将被分配给LTE或NR,所以当同时支持LTE和NR时(DSS),两个载波将覆盖相同频率范围,一个是LTE,另一个是NR。将由O-RU来重叠这两个载波,以使用相同的频率范围同时支持LTE和NR,并由O-DU确保RE不会同时分配给LTE和NR。
如果O-RU能够使用一个端点处理LTE和NR(即O-RU可以支持section扩展9),O-DU可以使用section扩展9来实现DSS,此时通过使用单一的eAxC ID(即使用一个端点)来传输LTE和NR的PRB分配。注:一个载波可以被分配给LTE或NR,或者两者,以这种方式支持DSS意味着指定载波(为载波分配的端点)支持两者。
O-DU通过section扩展9来指示PRB分配信息适用于LTE或NR。
在基于信道信息的波束赋形方法中,O-DU使用section type 6 C平面消息定期(通常周期大于slot)为每个UE提供信道信息,然后O-DU使用section type 5 C平面消息提供slot-by-slot的调度信息,O-RU可以根据该slot的调度信息,结合汇总section type 6提供的信道信息,为该slot调度的UE计算合适的BFW(beamforming weight)。
为减少峰值带宽,发送窗/接收窗的限制不适用于section type 6消息。O-RU预计将使用最新的可用信道信息,为ueId进行基于信道信息的波束赋形操作,即,在section type 5消息接收窗的结束位置,O-RU为ueId使用当前可用的信道信息。简单来说,特定ueId的信道信息不是实时更新的,O-RU只需要保证使用当前最新的就可以了。O-RU会为所有ueId维护一张信道信息表,当收到信道信息后(section type 6),O-RU会存储并更新,在未来的某一时刻,当ueId被调度时,直接使用信道信息表中存储的数据。
参考 《O-RAN-WG4.CUS.0-v08.00.pdf》