【5G PHY】5G BWP（BandWidth Part）介绍

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本人就职于国际知名终端厂商，负责modem芯片研发。
在5G早期负责终端数据业务层、核心网相关的开发工作，目前牵头6G算力网络技术标准研究。


博客内容主要围绕：
       5G/6G协议讲解
       算力网络讲解（云计算，边缘计算，端计算）
       高级C语言讲解
       Rust语言讲解

5G BWP（BandWidth Part）介绍

       在5G NR中，小区带宽预计将比LTE大，但UE的接收和发送带宽不一定要求与小区带宽相同。根据3GPP 38.300规范，UE的接收和发送带宽可以调整为总小区带宽BWP的子集。这种带宽可以在低活动期间缩小以节省电力；带宽位置可以改变以支持不同的服务。通过配置BWP(s)来实现带宽的自适应，告诉终端当前哪个BWP是活动的。

       BWP是在给定载波上的一组连续的物理资源块（PRB，physical resource block），这些RBs是从给定的参数集（u，numerology）的公共资源块的连续子集中选择的，其中定义BWP的u可以有以下三个不同的参数：

• 子载波间隔（scs）；
• 符号长度；
• 循环前缀（CP）长度；

一、为什么需要BWP

       在LTE中会给UE分配一段固定的带宽，无论UE传输的数据量有多大或者有多小，带宽的大小都不会变，因此会降低带宽利用率，且缺乏灵活性。其次，从射频和基带信号处理的角度来看，宽BW的使用可能意味着更高的空载功耗。为此，5G-NR引入了BWP的新概念，提供了一种可以为UE配置比CBW更小的BW的方法，这使得NR在支持宽带操作的情况下仍然是一种节能的解决方案。

       或者，可以考虑对UE进行调度，使其仅在特定的频率范围内发送或接收。与BWP相比，该方法的不同之处在于，不要求终端在激活BWP配置的频率范围之外发送或接收，这从以下几个方面体现了节电的特点：

• BWP概念减少了带宽处理要求，以发送或接收窄带宽；
• BWP使射频基带接口能够以较低的采样率工作；
• 如果自适应前的载波带宽较大，则UE射频带宽自适应至少可以提供UE省电；

二、BWP的类型

       下图显示了UE可用的不同BWP类型。考虑到典型用例，空闲模式BWP小于连接模式BWP。
这里有三种BWP类型：

• 初始BWP：初始BWP用于执行初始接入流程。它包括RMSI（请求的最小系统信息），CORESET和RMSI频率位置、带宽、scs等参数。可设置24~96个不同的RB，RMSI解码后可放宽至更宽的BWP；
• 激活BWP（UE特定）：激活BWP被定义为特定于UE的BWP，也可以用于执行初始接入过程的BWP。这是在RRC配置/重新配置后，UE开始数据传输的第一个BWP。第一个激活BWP应该不同于默认BWP；
• 默认BWP（UE特定）：默认BWP也是UE特定的BWP，并在RRC重新配置期间配置，如果没有配置，则可以假定初始BWP是默认BWP。当BWP定时器到期时，每个UE都会切换回默认的BWP；

三、初始接入过程中的BWP操作

       根据3GPP TS 38.331对于每个服务小区，网络配置至少一个初始BWP，包括下行带宽部分和一个（如果服务小区配置有上行链路）或两个（如果使用补充上行链路 —— SUL）上行带宽部分。此外，网络可以配置额外的上行和下行BWP。

       BWP的配置分为上行链路和下行链路参数，以及通用和专用参数。公共参数（在BWP-UplinkCommon和BWP-DownlinkCommon中）是cell specific，网络确保与其他UE对应的参数进行必要的对齐。PCell的初始BWP的公共参数也通过系统信息提供。对于所有其他服务小区，网络通过专用的信令提供公共参数。

步骤	阶段	DL BWP	UL BWP	过程
0	PSS和SSS解码			DL同步
1	MIB解码			UE解码MIB并获取COESET #0配置信息
2	RMSI解码	CORESET #0		从解码的RMSI中获取初始DL BWP以及初始UL BWP的设置
3	Msg1 -->gNB		初始UL BWP	向gNB发生随机接入请求
4	gNB–>Msg2	CORESET #0		RAR
5	Msg–>gNB		初始 UL BWP	RRC connection request
6	gNB–>Msg4	CORESET #0		RRC connection setup，配置终端专用BWP（默认/1st Active/其他）BWP，如果没有配置，仍然使用初始BWP
7	Msg5–>gNB	1st Active BWP	1st Active BWP	RRC connection setup completed，如果Msg4中没有附加配置，初始BWP是1st Active BWP

四、BWP的激活/去激活和切换

       一个激活的数据会话中的流量模式可能会频繁变化，因为数据速率可能会根据服务类型或用户行为（例如访问互联网和接听电话）增加或减少。在不同BWP之间快速切换以管理不同数据速率下的不同功耗变得非常重要。

根据38.321-5.15 BWP操作，BWP选择（或者BWP切换）可以通过以下几种不同的方式完成：

• 专用的RRC信令：由于RRC消息的处理需要额外的时间，延迟可达10 msec，因此更适合于半静态情况。由于更长的切换延迟和信令开销，基于RRC的方法可用于在呼叫的任何阶段配置BWP集，或用于在同一数据会话中资源分配不会快速变化的慢适应类型服务（如语音）；
• 通过PDCCH的DCI下发：它基于PDCCH通道，可以通过DCI 0_1（UL Grant）和DCI 1_1 （DL Scheduling）的BWP indicator 激活特定的BWP。这种方法更适合动态BWP切换，因为使用这种方法延迟低至2毫秒。然而，这种方法需要额外考虑错误处理，因为UE可能无法解码包含BWP激活/去激活命令的DCI；
• 通过BWP-inactivityTimer（位于ServingCellConfig.bwp 中的InactivityTimer）：如果在定时器超时前，没有显式地为终端调度BWP，则会自动切换到默认的BWP；
• 通过MAC CE：这是在随机接入过程中使用；

       虽然基于DCI的机制比基于MAC CE的机制更及时，但需要额外考虑错误情况的处理，即当UE无法解码包含BWP激活/去激活命令的DCI时。为了解决这种DCI丢失的情况，引入了一个bwp-inactivitytimer定时器，来激活/去激活DL BWP（或在非对称频谱下DL/UL BWP对）。使用这种机制，如果UE在一定时间内没有被调度，即定时器过期，UE将其激活的DL BWP（或DL/UL BWP对）切换为默认的BWP。

       在初始接入期间，UE会有一个初始激活BWP，新的BWP会在RRC连接建立期间或之后明确配置。初始激活的BWP是默认的BWP，除非另外配置。

       根据3GPP R15，对于一个UE，最多有一个活动DL BWP和最多一个活动UL BWP。当UE的激活BWP被切换时，支持跨不同BWP的HARQ重传。

五、BWP总结

• UE的下行链路和上行链路最多可配置4个BWP，但在给定时间点，下行链路和上行链路只能各激活一个BWP；
• BWP概念使终端能够在窄带宽下运行，当用户需要更多数据（突发流量）时，它可以通知gNB启用更宽的带宽；
• 当gNB配置BWP时，它包括以下参数：BWP参数集(u)、BWP带宽大小频率位置(NR-ARFCN)、CORESET(控制资源集)；
• 对于下行链路，UE不会接收位于激活BWP外的PDSCH、PDCCH、CSI-RS或TRS；
• 每个DL BWP包括至少一个具有特定UE搜索空间（USS）的CORESET，而主载波至少一个configured DL BWP中包含一个公共搜索空间（CSS）的CORESET；
• 对于上行链路，UE不会在激活的BWP之外发送PUSCH或PUCCH；
• 通常情况下UE只能在激活BWP的频率范围内接收和发送。然而，也有例外。UE可以在测量间隙在其激活的BWP之外执行无线电资源管理（RRM）测量或发送探测参考信号（SRS）。

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