5G BWP关键技术及应用研究

黄陈横（广东省电信规划设计院有限公司，广东 广州 510630）

1 概述

相比国外5G 毫米波组网起步，国内尽管已在sub-6G 下部署5G，相比4G 的sub-3G 频段，短期内也较难实现5G 网络全覆盖、业务全承载，因此运营商已竞相开启sub-3G 下重耕4G 频谱的步伐，探索低频大带宽FDD NR 组网，充分发挥低频组网的覆盖和空口时延优势，承载除eMBB 业务之外的uRLLC、mMTC 等物联网业务。

本文基于以下2点进行考虑。

a）未来几年内4G/5G 的协同共存，使得短期内sub-3G 频点上无论可用带宽资源，还是用户终端产业链的成熟度，均无法满足全频带部署5G，初期小带宽的FDD NR 组网不可避免（如2×10 MHz、2×20 MHz等）。

b）随着5G 垂直行业的拓展，大量中低配置的物联网终端陆续出现，使得带宽配置能力、电池续航能力、成本敏感程度大小不一的终端将长久共存。笔者认为，运营商在进行网络规划时，需结合频谱使用状况、业务规划和产业链发展因素开展5G 低频重耕，不断引入5G 新特性，满足支持广泛的连接，本文侧重进行BWP技术的应用探讨。

在NR 中引入BWP 重要目的之一是支持UE 带宽适配以降低设备功耗［1-2］，当调度大数据量时，UE 可以使用大带宽，而在其他时间内可使用窄带宽。此外，通过配置不同BWP 来支持具有不同带宽能力的设备接入，此时基站仍可统一配置较大的小区系统带宽。总而言之，BWP 提供了一种可以灵活地分配空口资源的机制，从而将UE 的信号限制在该UE 可以支持的部分系统信道带宽内。

BWP 是NR 中的基本概念，了解BWP 技术对于全面认识NR 至关重要。本文通过学习3GPP NR 相关技术规范，提供BWP 技术的完整概述，研究BWP 的应用及部署策略。本文安排如下：第2 章介绍BWP 的基本概念，第3章描述如何配置BWP，第4章阐述配置BWP切换机制，第5 章中重点讨论UE 支持BWP 的能力并给出NR 部署BWP 的应用场景建议和配置实例，第6章对全文进行总结。

2 BWP基本概念

2.1 BWP定义

NR 通过2μ×15 kHz（frequency=0，1，…，4）的子载波间隔（SCS）定义了可伸缩的正交频分复用（OFDM）参数集［3］，RB 由频域中的12 个连续子载波组成。

如图1 所示，BWP 从某个特定的RB 开始，并由一组给定载波上具有给定编号（SCS和循环前缀）的连续RB 组成。对于UE 所在的服务小区，网络至少配置1个UL/DL BWP（即初始UL/DL BWP）。当前R16 可以为UE配置多达4个UL/DL BWP，但同一时间只能激活1 个UL/DL BWP。此外NR 还支持所谓的补充上行链路SUL，可类似地配置UL BWP。对于FDD，需分别配置DL BWP 和UL BWP。对于TDD，DL BWP 自动链接到相同的UL BWP。需要注意的是，成对的DL BWP和UL BWP 必须共享相同的中心频率，但是它们可以具有不同的带宽。

图1 5G NR频谱管理配置

通常，UE 仅在激活的DL BWP 内接收PDSCH，PDCCH 或CSI-RS。但是，UE 可能需要在激活的DL BWP外做GAP测量。类似地，UE仅在激活的UL BWP内发送PUSCH 或PUCCH，对于本服务小区，UE 不在激活的UL BWP外发送SRS。

2.2 BWP类型

激活非活动的BWP 和停用活动的BWP 称为BWP切换。对于成对频谱，可以分别切换DL BWP 和UL BWP。本小节描述在给定时间可能处于活动状态的BWP 的类型，详细的BWP 切换机制将在第4章中进行描述。

初始DL/UL BWP：初始DL 和UL BWP 用于帮助IDLE/inactive 态UE 建立RRC 连接之前的初始访问。初始BWP 的索引为零，称为BWP＃0。在初始接入期间，UE 发起接收由主同步信号（PSS）、辅同步信号（SSS）和物理广播信道（PBCH）组成的SSB执行小区搜索。为接入系统，UE 还需进一步读取系统信息块1（SIB1），其携带包括初始DL/UL BWP 配置的重要信息。SIB1 在PDSCH 上传输，PDSCH 使用索引为零（CORESET＃0）的控制资源集由PDCCH 上的下行链路控制信息（DCI）调度［4］。

UE 在读取SIB1 之前，其初始DL BWP 与CORE⁃SET＃0 使用相同的频率范围和参数集。在读取SIB1之后，UE遵循SIB1中的初始DL/UL BWP配置，执行随机接入过程以请求建立RRC连接。

第1 个活动DL/ UL BWP：可以将首个活动DL 和UL BWP 配置为用于特殊小区（SpCell）或辅助小区（SCell）。首个活动DL 和UL BWP 是针对SpCell 或激活SCell 的RRC 连接或重新连接的活动DL 和UL BWP。

默认BWP：对于服务小区，网络可以为UE 配置BWP 不活动计时器。当UE 超出计时器设置的时长后，没有在当前活动的BWP上进行调度发送和接收即可进入到此默认BWP，以便节省功率。如未设置默认BWP，则UE使用初始DL BWP作为默认DL BWP。

图2 显示了UE 从空闲到连接态的BWP 适配过程。UE 首先执行同步获取PBCH。假设在MIB 中配置的CORESET＃0 具有24 个RB，则UE 可以假定初始DL BWP 的宽度为24 个RB，紧接着继续获取SIB1，SIB1 在此示例中为初始DL BUL 和UL BWP 都配置了24 个RB。随后，UE 使用较小的初始DL 和UL BWP 执行随机接入过程。在随机接入之后，UE报告其能够支持多个BWP。利用专用的RRC 信令，网络为UE 配置较大的DL/UL BWP＃1（270 RB）、较小的DL/UL BWP＃2（52 RB）和BWP 不活动计时器。网络将大DL/UL BWP＃1 设置为第1 个活动DL/UL BWP，将小DL BWP＃2 设置为默认DL BWP。在RRC 配置时，第1 活动的DL 和UL BWP（即DL/UL BWP＃1）被激活并且用于调度大流量数据。随后，UE 无数据请求且BWP 不活动计时器超时，UE 将其活动的DL BWP 切换到默认的DL BWP（即DL BWP＃2）。注意，对于FDD 系统而言，活动的UL BWP 可以不切换到UL BWP＃2，DL 和UL BWP需分别进行切换配置。

图2 UE从空闲到连接态的BWP适配过程

3 BWP配置

3.1 非零索引的专用BWP配置

零索引是为初始DL/UL BWP 保留的，具有非零索引的DL/UL BWP 即专用BWP，其作为初始DL/UL BWP的补充配置。

DL/UL BWP 配置参数分为公共参数和专有参数。BWP 公共参数是特定于小区的，该小区下的所有终端参数均对齐一致，BWP专有参数则特定于某个UE。

专用DL BWP 公共参数包括基本的小区特定参数（频域位置、带宽、SCS 和该BWP 的循环前缀）以及用于PDCCH 和PDSCH 的其他小区公共参数。专用DL BWP 的专有参数包括该DL BWP 的专用于某UE 的PDCCH、PDSCH、半静态调度及RRM 配置。类似地，专用UL BWP 的公共参数包括基本BWP 参数，与UL BWP 的随机接入，PUCCH 和PUSCH 相关的小区特定参数。专用UL BWP 的专有参数包括该UL BWP 与PUCCH、PUSCH、SRS 已配置的授权和波束故障恢复配置有关的UE特定参数。

3.2 零索引的初始BWP配置

配置索引为零的BWP（即初始BWP）有2 种配置选项。

选项1：仅使用特定于小区的参数配置BWP＃0；

选项2：使用小区特定参数和UE 特定参数配置BWP＃0。

选项1 无专用参数，因此功能有限。在这种情况下，DL/UL BWP＃0 主要起临时配置作用，如在初始接入过程可被UE 使用。为了建立可靠的连接，网络还应该为UE配置一个附加的全功能DL/UL BWP，该DL/UL BWP 配备有特定于小区的参数和特定于UE 的参数。

选项2 配置的DL/UL BWP＃0 是功能齐全的BWP，同时具有小区特定参数和UE 特定参数。UE 可以读取不同的信令消息来获得特定于小区和UE 的参数。如在初始访问期间，UE 可以通过读取SIB1 来获得DL/UL BWP＃0 的小区特定参数。在初始接入之后，UE 可以通过RRC 配置进一步获得UE 特定的参数。选项2 常用于不需要配置多个DL/UL BWP 的小区，此时仅通过使用选项2配置DL/UL BWP＃0，UE 即可与基站建立可靠的连接。

NR 支持多达4 个基于RRC 配置的DL/UL BWP（即可发起RRC 连接）。初始BWP 若采用选项1，则可以连续地配置4 个基于RRC 配置的DL/UL BWP＃1、BWP＃2、BWP＃3和BWP＃4。若采用选项2配置DL/UL BWP＃0，则可以连续地配置另外的3 个基于RRC配置DL/UL BWP＃1、BWP＃2和BWP＃3。

4 BWP配置切换

4.1 基于RRC重配的BWP切换

当在服务小区上为UE 配置1 个以上UE 特定的DL/UL BWP 时，第1 活动的DL/UL BWP（如果已配置）指示DL/UL BWP 将在针对某个小区的RRC 连接或重新连接时激活SpCell。如果未配置第1 个活动的BWP，则在RRC 连接或重新连接配置时无需BWP 切换。第1个活动的DL/UL BWP一般在SCell添加，MCG中更改PCell 或者在PSCell 中添加或更改SCCell 时需要配置。

对于BWP 配置选项1，由于无法配置专有参数，DCI 格式1_0/0_0 需与初始DL/UL BWP 一起使用，该配置不支持基于DCI 的BWP 切换，使得初始DL/UL BWP切换到另一个DL/UL BWP需要RRC连接重配。

基于RRC 重配的BWP 切换，会产生一定的业务延迟，该延迟等于RRC 连接重配本身的处理延迟与UE 进行BWP 切换的延迟之和。RRC 过程的处理延迟一般要求在5～80 ms，其在不同的连接控制过程有所不同。UE执行基于RRC重配的BWP切换的延迟则一般为几毫秒。

4.2 基于DCI的BWP切换

通过将初始DL/UL BWP 外加1 个或多个其他DL/UL BWP 配置给UE，网络可以通过使用DCI 格式1_1/0_1 的BWP 指示符调度UE 进行活动DL/UL BWP 的BWP 切换，如表1 所示。DCI 格式1_1 和DCI 格式0_1分别是用于PDSCH 调度和PUSCH 调度的非回退DCI格式，其支持全套NR 功能。另一方面，分别用于PDSCH 调度和PUSCH 调度的回退DCI 格式1_0 和0_0不包含BWP指示符字段，因此不支持基于DCI的BWP切换。

表1 BWP切换的DCI字段

DCI 格式1_1/ 0_1 的BWP 字段位宽为0～2，具体值由基于RRC 配置的DL/UL BWP 数量确定，初始DL/UL BWP 除外。表1 给出了基于DCI 的BWP 切换的BWP指示器字段的解释。

基于DCI 的BWP 切换会要求一定的传输/接收延迟。表2给出了基于DCI和基于计时器的BWP切换延迟要求。对于基于DCI 的BWP 切换，由T_BWPswitch⁃Delay 表示的切换延迟定义为UE 接收到切换请求的DL时隙与UE能够接收PDSCH的第1个时隙或在新的BWP 上发送PUSCH（用于UL 有源BWP 切换）之间的时隙偏移。如表2 所示，有2 种级别的BWP 切换延迟要求。在时间间隔TBWPswitchDelay 内，UE 不能发送UL 信号或接收DL 信号。BWP 切换延迟取决于SCS，如果在不同SCS值的BWP之间发生BWP切换，则切换延迟由较小的SCS确定。

表2 基于DCI的BWP切换时延要求

4.3 基于计时器的BWP切换

服务小区可以为UE 配置BWP不活动定时器和默认DL BWP。默认DL BWP 是配置给UE 的DL BWP 之一的，并且在不活动定时器超时后变为活动的DL BWP。如果未配置默认DL BWP，则默认DL BWP 为初始DL BWP。

对于FR1，定时器的粒度是1 ms（即1 个子帧），对于FR2，定时器的粒度是0.5 ms。当计时器运行时，UE在FR1的每个子帧末尾或FR2的每个半子帧末尾递减计时器。BWP 不活动计时器的值范围是2～2 560 ms。BWP 不活动计时器的最大值与不连续接收（DRX）不活动计时器的最大值匹配，其可按需配置以防止在DRX不活动计时器运行时BWP不活动计时器超时。

UE在激活默认DL BWP以外的DL BWP时启动服务小区的BWP不活动计时器。FDD 下当UE解码针对PDSCH 或PUSCH 的DCI 时，UE 重新启动服务小区的BWP 不活动计时器。当接收到基于DCI 的BWP 切换的PDCCH 时，UE 同样会启动/重启BWP 不活动计时器。

5 BWP应用建议

5.1 终端BWP兼容性

UE通常仅支持指定参数集能力的配置，如带宽大小、发射功率大小、SCS 等。UE 将其能力发送给基站，网络基于此调度UE。本节描述与BWP 相关的UE 能力和相应的参数配置。

如第2 章所述，UE 仅在当前服务小区活动的DL BWP中接收PDCCH和PDSCH，并且在活动的UL BWP中发送PUCCH 和PUSCH。UE 必须支持1个基于RRC配置的DL/UL BWP的基本操作。

对于初始访问，UE 需要通过检测SSB 来执行小区搜索和下行同步，并且需要通过对在CORESET＃0 中发送的DCI 进行解码来获取SIB1。SSB 和CORESET＃0 的带宽可能包含也可能不包含在DL BWP 中。为了降低UE 实现的复杂性避免RF 调谐，一般建议DL BWP配置涵盖SSB和CORESET＃0（如果存在）。大带宽UE支持BWP操作是一项可选功能。

UE 可以使用具有相同参数集的2 个或4 个基于RRC 配置的DL/UL BWP，也可以使用不同参数集的基于RRC配置的DL/UL BWP来支持带宽适配，且能在不同的BWP之间进行切换。

基于RRC 重配的BWP 切换是所有UE 支持的默认功能。基于DCI 和基于计时器的BWP 切换，可实现高效的带宽适配，适用于支持多个BWP 的UE。UE 需上报它支持表2中列出的2个切换延迟要求类型。

NR 中引入BWP，目的是通过将系统的信道带宽与UE 的信道带宽解耦以支持灵活的带宽操作。理论上BWP 的带宽范围从1 RB 到275 RB，但目前R15 不支持小于资源块组（RBG）大小或预编码资源块组（PRG）的BWP大小。

5.2 BWP应用场景

5.2.1 灵活带宽配置

LTE 通过支持载波聚合组合实现带宽灵活性，但其需要UE 在系统频点的整个频带上发送和接收，不支持系统带宽下拆分小带宽或设置不同参数集。考虑以下几个原因，使得NR 对更高带宽灵活性的需求不断增长。

a）NR 应该支持比LTE 更广泛的频谱范围和更大的载波带宽的网络操作。

b）NR 应该支持广泛的服务和应用程序。它们可能对吞吐量、延迟和可靠性有不同的要求。

c）在同一NR 网络中应支持具有不同带宽功能的UE设备。

除了载波聚合之外，BWP 可满足更灵活的带宽设置，降低UE 复杂度，将UE 的接收和传输带宽相互解耦，且进一步与系统带宽解耦。

5.2.2 终端节电

NR 中引入了基于BWP 的带宽自适应，主要是通过对频率维度上的流量变化进行更细粒度的自适应来提高UE 的功率效率。通常通过为UE 配置多个BWP 并在已配置的BWP 之间动态切换UE 的活动BWP 来实现带宽自适应。为了最大化UE 节电增益，通常结合cDRX 和/或SCell 的快速激活/去激活来应用基于BWP的带宽自适应。

5.2.3 终端快速自适应配置

从UE 的角度来看，其物理信号和信道均由网络下发的BWP 配置所决定。UE 可通过在多个BWP 之间切换来实现一系列空口特性如频率位置、带宽、SCS和循环前缀的快速切换以满足不同场景下的业务需求。网络还可以为具有空口环境但具有不同能力的UE 配置BWP。例如，可以将相同空口特性（例如相同带宽、位置、SCS）的2 个BWP 配置为具有不同上行链路波形的UE：一个BWP 配置有循环前缀OFDM（CPOFDM）波形，另一个BWP 配置离散傅立叶变换扩展OFDM（DFT-s-OFDM）波形。

通过在此类BWP之间应用基于DCI的BWP切换，网络可以在1～3 ms（参见表2）内“重新配置”UE，这比传统基于RRC 重配的切换快至少1 个数量级，实现快速更改UE配置。

此外网络可以向同一UE 或不同UE 提供具有不同等级服务质量（QoS）的服务，对应于配置了不同的BWP来满足不同的服务需求。

5.3 基于2.1 GHz NR演进的BWP配置建议

目前中国电信和中国联通在2.1 GHz 上的频谱使用情况如下。

a）中国电信：上行1 920～1 940 MHz，下行2 110～2 130 MHz，带宽20 MHz，用于LTE。

b）中国联通：上行1 940～1 965 MHz，下行2 130～2 155 MHz，带宽25 MHz，分别用于UMTS及LTE。

后续中国电信、中国联通将通过动态频谱共享（DSS）方式，逐步将2.1 GHz 演进至40/50 MHz 大带宽NR。考虑到2021 年前发布的终端2.1 GHz 最大仅支持2×20 MHz 带宽，后续演进至40/50 MHz 大带宽的NR 基站需通过BWP 方式支持这一类早期的小带宽终端接入，此外随着FDD 将承载低时延等物联网终端，更多小带宽、低成本、低功耗终端会陆续出现，同样需要通过BWP 方式支持更广泛的终端及业务，相应的DL/UL BWP配置建议如下。

a）DL BWP配置（见图3）：

图3 n1下行BWP配置

（a）小区SIB1中配置20RB。

（b）初始BWP配置在专有BWP的交叠区，大小为CORESET0，保证所有专有BWP 包含初始BWP（48RB）。

（c）专有BWP 配置兼容不同终端的能力，配置多个专有BWP（BWP1～BWP4）。

（d）50 MHz 带宽内最多可能包含4 种能力的终端，对于20 MHz终端仅考虑一种专用BWP配置。

b）UL BWP配置（见图4）：

图4 n1上行BWP配置

（a）初始BWP 配置在专有BWP 的交叠区，大小为20 MHz，保证所有专有BWP包含初始BWP。

（b）专有BWP 配置兼容主流终端的能力，配置多个专有BWP（BWP1～BWP4）。

（c）50 MHz 带宽内最多可能包含4 种能力的终端，对于20 MHz终端仅考虑一种专用BWP配置。

6 结束语

本文介绍了BWP 的基本概念、BWP 配置方法、BWP 切换机制以及UE 支持BWP 情况。如本文所述，BWP 具有实现更灵活的带宽支持、减少UE 功耗、实现UE配置快速更改等优点，随着5G产业链的不断成熟，在实际网络中如何使用BWP 对重耕低频5G 发挥FDD NR 优势至关重要，本文提出的配置建议可作为运营商后续部署参考。