NR-U 与其他非授权频谱共存的下行信道填充方法*

冯若富，强 静

（上海诺基亚贝尔股份有限公司江苏分公司，江苏 南京 210037）

0 引言

为了应对快速增长的无线数据流量需求，同时对现有的授权频段进行补充，关于非授权频谱技术的研究已获得了越来越多的关注。文献[1]研究了基于5G 的非授权频段，包括Sub6 和Above6 频段，比如2.4 GHz、5 GHz、37 GHz 和60 GHz。文献[2]和文献[3]报告了6 GHz 和60 GHz 的非授权频段在5G 接入技术工作项目中的情况。欧洲电信标准化协会（European Telecommunications Standards Institute，ETSI）在文献[4]和文献[5]中定义了5 GHz 频段（5.15～5.35 GHz 和5.47～5.725 GHz）和60 GHz 频段（57～66 GHz）的5G 非授权频谱技术规范。由于每个频段的规范要求不同[6]，例如谱密度（Power Spectral Density，PSD）的限制或占用信道带宽（Occupied Channel Bandwidth，OCB）的需求不同，可能需要针对特定频段进行优化，以更好地支持非授权频谱多种技术共存，比如5G 非授权频谱和其他5G 非授权频谱，如LTE LAA[7-8]、Wi-Fi[9]等。此外，不同地域也有一些针对性的规范要求，如国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）划定的3 个区中，3 区中国和2 区美国虽然暂时没有强制性定义OCB，但是1 区的ETSI 对OCB 做出了明确规定，分别对于5 GHz频段[4]和60 GHz 频段[5]定义了相应的无线电频谱接入协调标准。然而，第三代合作伙伴计划（3rd Generation Partnership Project，3GPP）规范[10]定义的下行物理层信道对于物理资源块（Physical Resource Block，PRB）的分配方法对5G 非授权频段进行下行信道频域资源分配时，会因为不能填充占满整个带宽出现大量剩余的空白PRB，而遇到不满足OCB 要求的问题。为了解决这方面的问题，本文基于现有的下行资源分配类型，介绍了如何在满足最优能耗的条件下填充剩余空白的PRB，以符合OCB 要求。

1 OCB 规范要求问题

1.1 ETSI 关于OCB 的规范介绍

标称信道带宽（Nominal Channel Bandwidth，NCB）是单个通道内分配的最宽频带，包括保护频带[11]。OCB 是包含信号功率99%的带宽。同授权频谱一样，5G 非授权频谱技术同样支持对载波无线资源进行切片管理，将整个载波带宽分成若干个带宽部分（Bandwidth Part，BWP）[12]，对于每个无线资源分片BWPi，对应有份PRB 资源。

ETSI 分别在5 GHz 和60 GHz 非授权频段上关于非授权频谱OCB 的主要规定如下：

（1）5 GHz 非授权频段OCB 要求99%的发射功率应在NCB 的80%至100%之间[4]，分配给下行信道的资源块总占用带宽可以用资源块的最低编号和最高编号算出来。当包含最低编号和最高编号的资源块部分占用带宽小于80%时，则需要使用伪数据进行填充，以保证实际分配的资源块和伪数据占用信道带宽超过80%，以满足OCB 要求。对于非授权60 GHz 频段[5]，信道占用带宽应不小于NCB 的70%。同样地，可利用伪数据填充来满足OCB 要求。

（2）考虑到某些特殊场景，ETSI 允许在信道占用时间内短暂发射的最小带宽BWmin=2 MHz[4]。然而，这个看似有点宽松的规定引入了另一个潜在的问题：其他5 GHz 非授权频段可能在本站BWP 段误发射最小为2 MHz 的频谱，从而引起本站和其他发射站之间的冲突干扰。因此，为避免发生这个问题，留有空白的PRB 带宽应小于最小带宽BWmin。非授权60 GHz频段目前没有定义短暂允许最小发射带宽。

为了确保5G 非授权技术能够满足OCB 的规范要求，在设计物理层信道时，必须充分考虑PRB 的使用情况，结合考虑可将整个载波带宽分成若干个BWP，该问题转变成在BWP 带宽范围内去满足OCB 要求。

1.2 3GPP 关于下行频域资源分配的协议规范

3GPP 协议[10]定义了两种下行频域资源分配类型：Type 0 和Type 1。分配类型Type 0 将多个连续的资源块RB 捆绑到一个资源块组（Resource Block Group，RBG）中，并利用这些RBG 来分配，仅适用于物理下行共享信道（Physical Downlink Shared Channel，PDSCH）。该方法将整个无线资源分片在频域上划分为若干个RBG，在这些RBG 上进行频域分配。在频域上如果PDSCH 不能充满整个BWP，则存在未使用的PRB 数目的取值范围是

按照文献[10]可计算出未使用的资源块总数为：

则总的未使用的资源块组数为：

式中：P值由文献[10]中的Table 5.1.2.2.1-1 查表得到，表示无线资源分片BWPi对应的公共频率资源的起始PRB 编号。为避免其他5 GHz 非授权频段在本站BWP 段发射最小为2 MHz 的频谱，填充伪数据的两个相邻RBG 之间的距离应小于最小带宽BWmin。基于这个前提，可以计算出隔行填充的间隔Nfill。

对于下行物理信道，Type 0 仅用于PDSCH[13]。而对于同步信道和广播信道，就必须用到分配类型Type 1。

分配类型Type 1 对无线资源分片BWPi以资源块RB 为单位进行分配，使用资源指标值（Resource Indicator Value，RIV）来指示RB 的起始位置和RB的数目。这是一种基于连续PRB 资源块的方法，频域资源分配基于PRB 级别，颗粒度比Type 0 更细。同时，Type 1 也适合数据控制信道或共享信道在BWP 频域上进行资源分配。

无论采用Type 0 还是Type 1 进行资源分配，由于其分配的连续性，可能出现因为不能充满整个BWP，留有过多的空余PRB，而不能满足非授权频谱OCB 的问题。此时，简单满足OCB 要求，使用伪数据填充所有未使用的PRB 即可。但此方法不会给终端UE 带来任何好处，并且会产生过多的能量浪费。因此，综合考虑5G 非授权频谱的特性，本文改进了未使用的PRB 的简单填充方法，采用隔行填充方式，在满足ETSI 的信道占用带宽要求的基础上，进一步降低电能消耗。

2 具体实现及结果分析

2.1 解决信道占用带宽需求的方案

表1 的例子列出了当5G 非授权5 GHz 频段选取典型的BWPi=20 MHz 时的各项计算值。为简化计算，设BWPi的起始位置为PRB0。要满足信道占用带宽≥80%的标称信道带宽规定，则需要填充的PRB 跨越的宽度为51 PRB×80%=40.8 PRB，即填充的有效数据和伪数据占用41 个PRB 的宽度，本例中为PRB0 到PRB40 这段范围。这意味着填充伪数据的最后一个RBG 只要包含PRB40 就能满足OCB ≥80%的规定。

表1 解决方案实例（BWPi=20 MHz）

从表1 可以看出，有效数据按照3GPP 协议Type 0分配，1 个RBG 资源块组包含P=4 个PRB，如表2中RBG 00～03 填充块所示。取伪数据填充RBG 大小Pfill=P，根据式（4）得RBG 填充间隔Nfill为1，即每隔1 个RBG 进行RBG 伪数据填充（表2 横线填充块），能够满足5G 非授权频谱的发射规范要求，此时相较于“使用伪数据填充所有未使用的PRB（表2 下斜线填充块）”能够节省一半的能量。如果减少伪数据填充RBG 中所包含的PRB 数量，能够降低伪数据填充资源块组的颗粒度，则可达到进一步节省能量的目的。改变填充间隔式（4）所对应的Pfill值，得到表2。

表2 不同Pfill 值对应的填充方案

从表2 可以看出，在填充伪数据时，当Pfill=4，每隔1 个PRB 填充1 次，每次填充4 个PRB；当Pfill=2，每隔2 个PRB 填充一次，每次填充2 个PRB（上斜线填充块）；当Pfill=1 时，每隔5 个PRB 填充1 次，每次填充1 个PRB（竖线填充块）。相比于表2 第2 列使用伪数据完全填充所有未使用PRB，能分别节能约50%，66.7%和83.3%，见表3。因此，在填充伪数据时，减小Pfill的值有助于进一步节约能源，选择Pfill=1 是此方案的最优解，见表2 最后一列。此时，最后一个需要填充的伪数据包含了PRB40，满足OCB ≥80%的要求。

表3 节能效果对比

对于非授权60 GHz 频段，信道占用带宽应不小于NCB 的70%[5]，目前没有定义允许的最小发射带宽，可以使用同样的隔行填充伪数据的方法，在满足信道占用带宽规定的基础上对未使用的PRB 进行填写，同时达到节能的目的。

对于频域资源分配类型Type 1，其本身的颗粒度就是PRB 级别，可以直接应用此节中描述的方法对空白的PRB 进行伪数据填充来满足OCB 的要求。

2.2 其他解决信道占用带宽需求的方案

除了上文描述的利用伪数据来填充未使用的PRB 的方法，对频域资源进行分配时，还可以使用下面两种方法：

（1）将未使用的PRB 直接使用已填充的有效PRB 数据进行多次复制填充，达到信道占用带宽OCB 的要求。

（2）将上行信道中频域资源隔行分配方法引入到下行信道中，使得携带有用信号的PRB 能够跨越整个带宽，以满足信道占用带宽OCB 的要求。

上述两种方法虽然能满足OCB 的要求，但是由于没有3GPP 官方协议支持，且会极大地增加基站和终端编解码协议的复杂度，不能给终端UE 带来任何增益，且因为存在复制的冗余数据，并不能带来节能效果。因此，上述两种方法依然不是推荐的问题解决办法。

3 结语

通过分析5G 非授权频谱技术中占有带宽OCB的规范要求，结合当前下行物理信道频域资源分配原则，提出了基于物理资源块颗粒度的隔行填充方法。该方法在满足ETSI 的OCB 规范要求的同时，避免了其他5 GHz 的误发射导致的冲突和干扰，同时也满足了降低能耗的要求，达到了节能的目的，有助于5G 非授权频谱技术的进一步发展。一旦将来3 区中国和2 区美国等定义了强制性的OCB规范，该方法也能够方便快速地应用并满足相应的要求，更好地支持非授权频谱上多种技术的共存。