郭欣欣

摘要：由于5G的帶寬較大，如果UE實時進(jìn)行全帶寬的檢測和維護(hù)，對終端的能耗將帶來極大挑戰(zhàn)。在很多情況下，5G終端無需使用大帶寬，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工作，完整實現(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。通過研究，BWP具有更靈活的帶寬支持，可以降低UE功耗、實現(xiàn)UE配置快速更改等功能。隨著5G產(chǎn)業(yè)鏈的不斷成熟，在實際網(wǎng)絡(luò)中如何使用BWP對重耕低頻5G發(fā)揮FDD NR優(yōu)勢至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：5G；BWP；切換；UE功耗

中圖分類號：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UE需要的帶寬往往有限。如果讓UE實時進(jìn)行全帶寬的檢測和維護(hù)，將對終端的能耗帶來極大挑戰(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，UE使用大帶寬，而在其他時間內(nèi)可使用窄帶寬。本文將通過研究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BWP支持能力及應(yīng)用場景。

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?？梢岳斫鉃樵谝欢ǖ臅r間內(nèi)將5G的頻譜劃分成了很多的小塊，每個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從某個特定的PRB開始。對于UE所在的服務(wù)小區(qū)，網(wǎng)絡(luò)至少配置1個UL/DL BWP（即初始UL/DL BWP）。對于FDD，需分別配置DL BWP和UL BWP。對于TDD，DL BWP自動鏈接到相同的UL BWP。成對的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BWP，在某個時刻內(nèi)只有一個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BWP，同樣在某個時刻內(nèi)只有一個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BWP且同時只能激活一個BWP。UE不在BWP之外發(fā)送PUSCH或PUCCH。對于激活的小區(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程，如SIB1的接收，隨機(jī)接入過程當(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。

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UE最多可以通過RRC信令配置4個專用BWP。當(dāng)UE在RRC連接態(tài)時，某一時刻只能激活1個專用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長時間沒有業(yè)務(wù)需求時，從大帶寬的激活BWP切換到一個默認(rèn)的帶寬較小的BWP上，用于降低功耗。UE在RRC連接態(tài)時，當(dāng)其BWP inactivity timer超時后，即可進(jìn)入默認(rèn)BWP。默認(rèn)BWP是通過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 UL/DL BWP，但只能同時激活1個 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)度信息及存在的時頻資源位置。UE根據(jù)這個時頻資源位置，去盲檢SIB1的DCI信息，通過此信息獲取初始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，時域上占據(jù)每個子幀的前1～3個符號，由資源的多少動態(tài)調(diào)度。在5G中，由于5G帶寬增大，使得NR里面對于下行控制信息DCI的調(diào)度發(fā)生了改變，不再用專門的信道來指示PDCCH占用了幾個OFDM符號，而轉(zhuǎn)用一個稱為CORESET的信道來指示PDCCH占用的時頻資源，在每個BWP中設(shè)置coreset（其實coreset就是PDCCH，在LTE中并沒有coreset的這個概念），在時域中也不是固定的，隨著當(dāng)前情況動態(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對應(yīng)于起始虛擬資源塊和連續(xù)分配資源塊的長度。RIV值計算公式如下：

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NsizeBWP-RBstart。

2 BWP的切換

服務(wù)小區(qū)激活非活動的BWP并且停用活動的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bwp-InactivityTimer（BWP不活動定時器）與RRC信令或在啟動隨機(jī)訪問程序時由MAC實體本身執(zhí)行。例如，當(dāng)手機(jī)需要使用較高的速率時，則需系統(tǒng)配置一個大帶寬的BWP（BWP1）；而當(dāng)手機(jī)進(jìn)行在線游戲時，需要的流量較小，為降低UE功耗并節(jié)省無線資源，系統(tǒng)為其分配一個較小帶寬的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，或者信號質(zhì)量急劇惡化時，無法滿足手機(jī)上網(wǎng)需求，系統(tǒng)則會給UE配置一段新的帶寬（BWP3）。

根據(jù)終端對流量的需求，系統(tǒng)可以進(jìn)行靈活的BWP分配來實現(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RRC（reconfiguration-重配置）消息指示終端進(jìn)行BWP切換。UE在初始接入過程中的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，通過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）實現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中的BWP切換。

2.3 基于計時器的BWP切換

基于計時器的BWP切換用于UE在長時間不進(jìn)行業(yè)務(wù)收發(fā)，則UE通過網(wǎng)絡(luò)配置的BWP不活動定時器（bwp-InactivityTimer）切換到默認(rèn)BWP，如沒有配置默認(rèn)下行BWP時，則切換到初始下行BWP，當(dāng)前只有下行BWP允許進(jìn)行基于計時器的BWP切換。

3 BWP的應(yīng)用場景

3.1 靈活帶寬配置

LTE可通過載波聚合實現(xiàn)帶寬靈活性，但其需要UE在系統(tǒng)頻點的整個頻帶上發(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?？紤]以下幾個原因，使得NR對更高帶寬靈活性的需求不斷增長［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可通過多個BWP配置不同的參數(shù)集（頻率位置、帶寬、SCS和循環(huán)前綴等）實現(xiàn)廣泛的服務(wù)和應(yīng)用程序，以滿足不同場景下的業(yè)務(wù)需求。

（3）在同一個NR網(wǎng)絡(luò)中通過配置多個不同帶寬的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計時器的切換功能，通過BWP不活動定時器（bwp-InactivityTimer）切換到默認(rèn)BWP，使設(shè)備通過較小的帶寬與功率運行，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)通過給UE在不同時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

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以及基于計時器的BWP切換。通過引入BWP的概念，可以實現(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，通過靈活的BWP分配來實現(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，在實際網(wǎng)絡(luò)中如何使用BWP對重耕低頻5G發(fā)揮FDD NR優(yōu)勢至關(guān)重要。

參考文獻(xiàn)

［1］石德夫.面向5G移動通信的兩端口網(wǎng)絡(luò)信道估計研究［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.

［3］黃陳橫.5G BWP關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究［J］.郵電設(shè)計技術(shù)，2021（12）：44-49.

（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