NR-U 與其他非授權(quán)頻譜共存的下行信道填充方法*

馮若富，強(qiáng) 靜

（上海諾基亞貝爾股份有限公司江蘇分公司，江蘇 南京 210037）

0 引言

為了應(yīng)對快速增長的無線數(shù)據(jù)流量需求，同時(shí)對現(xiàn)有的授權(quán)頻段進(jìn)行補(bǔ)充，關(guān)于非授權(quán)頻譜技術(shù)的研究已獲得了越來越多的關(guān)注。文獻(xiàn)[1]研究了基于5G 的非授權(quán)頻段，包括Sub6 和Above6 頻段，比如2.4 GHz、5 GHz、37 GHz 和60 GHz。文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[3]報(bào)告了6 GHz 和60 GHz 的非授權(quán)頻段在5G 接入技術(shù)工作項(xiàng)目中的情況。歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會（European Telecommunications Standards Institute，ETSI）在文獻(xiàn)[4]和文獻(xiàn)[5]中定義了5 GHz 頻段（5.15～5.35 GHz 和5.47～5.725 GHz）和60 GHz 頻段（57～66 GHz）的5G 非授權(quán)頻譜技術(shù)規(guī)范。由于每個(gè)頻段的規(guī)范要求不同[6]，例如譜密度（Power Spectral Density，PSD）的限制或占用信道帶寬（Occupied Channel Bandwidth，OCB）的需求不同，可能需要針對特定頻段進(jìn)行優(yōu)化，以更好地支持非授權(quán)頻譜多種技術(shù)共存，比如5G 非授權(quán)頻譜和其他5G 非授權(quán)頻譜，如LTE LAA[7-8]、Wi-Fi[9]等。此外，不同地域也有一些針對性的規(guī)范要求，如國際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union，ITU）劃定的3 個(gè)區(qū)中，3 區(qū)中國和2 區(qū)美國雖然暫時(shí)沒有強(qiáng)制性定義OCB，但是1 區(qū)的ETSI 對OCB 做出了明確規(guī)定，分別對于5 GHz頻段[4]和60 GHz 頻段[5]定義了相應(yīng)的無線電頻譜接入?yún)f(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)。然而，第三代合作伙伴計(jì)劃（3rd Generation Partnership Project，3GPP）規(guī)范[10]定義的下行物理層信道對于物理資源塊（Physical Resource Block，PRB）的分配方法對5G 非授權(quán)頻段進(jìn)行下行信道頻域資源分配時(shí)，會因?yàn)椴荒芴畛湔紳M整個(gè)帶寬出現(xiàn)大量剩余的空白PRB，而遇到不滿足OCB 要求的問題。為了解決這方面的問題，本文基于現(xiàn)有的下行資源分配類型，介紹了如何在滿足最優(yōu)能耗的條件下填充剩余空白的PRB，以符合OCB 要求。

1 OCB 規(guī)范要求問題

1.1 ETSI 關(guān)于OCB 的規(guī)范介紹

標(biāo)稱信道帶寬（Nominal Channel Bandwidth，NCB）是單個(gè)通道內(nèi)分配的最寬頻帶，包括保護(hù)頻帶[11]。OCB 是包含信號功率99%的帶寬。同授權(quán)頻譜一樣，5G 非授權(quán)頻譜技術(shù)同樣支持對載波無線資源進(jìn)行切片管理，將整個(gè)載波帶寬分成若干個(gè)帶寬部分（Bandwidth Part，BWP）[12]，對于每個(gè)無線資源分片BWPi，對應(yīng)有份PRB 資源。

ETSI 分別在5 GHz 和60 GHz 非授權(quán)頻段上關(guān)于非授權(quán)頻譜OCB 的主要規(guī)定如下：

（1）5 GHz 非授權(quán)頻段OCB 要求99%的發(fā)射功率應(yīng)在NCB 的80%至100%之間[4]，分配給下行信道的資源塊總占用帶寬可以用資源塊的最低編號和最高編號算出來。當(dāng)包含最低編號和最高編號的資源塊部分占用帶寬小于80%時(shí)，則需要使用偽數(shù)據(jù)進(jìn)行填充，以保證實(shí)際分配的資源塊和偽數(shù)據(jù)占用信道帶寬超過80%，以滿足OCB 要求。對于非授權(quán)60 GHz 頻段[5]，信道占用帶寬應(yīng)不小于NCB 的70%。同樣地，可利用偽數(shù)據(jù)填充來滿足OCB 要求。

（2）考慮到某些特殊場景，ETSI 允許在信道占用時(shí)間內(nèi)短暫發(fā)射的最小帶寬BWmin=2 MHz[4]。然而，這個(gè)看似有點(diǎn)寬松的規(guī)定引入了另一個(gè)潛在的問題：其他5 GHz 非授權(quán)頻段可能在本站BWP 段誤發(fā)射最小為2 MHz 的頻譜，從而引起本站和其他發(fā)射站之間的沖突干擾。因此，為避免發(fā)生這個(gè)問題，留有空白的PRB 帶寬應(yīng)小于最小帶寬BWmin。非授權(quán)60 GHz頻段目前沒有定義短暫允許最小發(fā)射帶寬。

為了確保5G 非授權(quán)技術(shù)能夠滿足OCB 的規(guī)范要求，在設(shè)計(jì)物理層信道時(shí)，必須充分考慮PRB 的使用情況，結(jié)合考慮可將整個(gè)載波帶寬分成若干個(gè)BWP，該問題轉(zhuǎn)變成在BWP 帶寬范圍內(nèi)去滿足OCB 要求。

1.2 3GPP 關(guān)于下行頻域資源分配的協(xié)議規(guī)范

3GPP 協(xié)議[10]定義了兩種下行頻域資源分配類型：Type 0 和Type 1。分配類型Type 0 將多個(gè)連續(xù)的資源塊RB 捆綁到一個(gè)資源塊組（Resource Block Group，RBG）中，并利用這些RBG 來分配，僅適用于物理下行共享信道（Physical Downlink Shared Channel，PDSCH）。該方法將整個(gè)無線資源分片在頻域上劃分為若干個(gè)RBG，在這些RBG 上進(jìn)行頻域分配。在頻域上如果PDSCH 不能充滿整個(gè)BWP，則存在未使用的PRB 數(shù)目的取值范圍是

按照文獻(xiàn)[10]可計(jì)算出未使用的資源塊總數(shù)為：

則總的未使用的資源塊組數(shù)為：

式中：P值由文獻(xiàn)[10]中的Table 5.1.2.2.1-1 查表得到，表示無線資源分片BWPi對應(yīng)的公共頻率資源的起始PRB 編號。為避免其他5 GHz 非授權(quán)頻段在本站BWP 段發(fā)射最小為2 MHz 的頻譜，填充偽數(shù)據(jù)的兩個(gè)相鄰RBG 之間的距離應(yīng)小于最小帶寬BWmin。基于這個(gè)前提，可以計(jì)算出隔行填充的間隔Nfill。

對于下行物理信道，Type 0 僅用于PDSCH[13]。而對于同步信道和廣播信道，就必須用到分配類型Type 1。

分配類型Type 1 對無線資源分片BWPi以資源塊RB 為單位進(jìn)行分配，使用資源指標(biāo)值（Resource Indicator Value，RIV）來指示RB 的起始位置和RB的數(shù)目。這是一種基于連續(xù)PRB 資源塊的方法，頻域資源分配基于PRB 級別，顆粒度比Type 0 更細(xì)。同時(shí)，Type 1 也適合數(shù)據(jù)控制信道或共享信道在BWP 頻域上進(jìn)行資源分配。

無論采用Type 0 還是Type 1 進(jìn)行資源分配，由于其分配的連續(xù)性，可能出現(xiàn)因?yàn)椴荒艹錆M整個(gè)BWP，留有過多的空余PRB，而不能滿足非授權(quán)頻譜OCB 的問題。此時(shí)，簡單滿足OCB 要求，使用偽數(shù)據(jù)填充所有未使用的PRB 即可。但此方法不會給終端UE 帶來任何好處，并且會產(chǎn)生過多的能量浪費(fèi)。因此，綜合考慮5G 非授權(quán)頻譜的特性，本文改進(jìn)了未使用的PRB 的簡單填充方法，采用隔行填充方式，在滿足ETSI 的信道占用帶寬要求的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步降低電能消耗。

2 具體實(shí)現(xiàn)及結(jié)果分析

2.1 解決信道占用帶寬需求的方案

表1 的例子列出了當(dāng)5G 非授權(quán)5 GHz 頻段選取典型的BWPi=20 MHz 時(shí)的各項(xiàng)計(jì)算值。為簡化計(jì)算，設(shè)BWPi的起始位置為PRB0。要滿足信道占用帶寬≥80%的標(biāo)稱信道帶寬規(guī)定，則需要填充的PRB 跨越的寬度為51 PRB×80%=40.8 PRB，即填充的有效數(shù)據(jù)和偽數(shù)據(jù)占用41 個(gè)PRB 的寬度，本例中為PRB0 到PRB40 這段范圍。這意味著填充偽數(shù)據(jù)的最后一個(gè)RBG 只要包含PRB40 就能滿足OCB ≥80%的規(guī)定。

表1 解決方案實(shí)例（BWPi=20 MHz）

從表1 可以看出，有效數(shù)據(jù)按照3GPP 協(xié)議Type 0分配，1 個(gè)RBG 資源塊組包含P=4 個(gè)PRB，如表2中RBG 00～03 填充塊所示。取偽數(shù)據(jù)填充RBG 大小Pfill=P，根據(jù)式（4）得RBG 填充間隔Nfill為1，即每隔1 個(gè)RBG 進(jìn)行RBG 偽數(shù)據(jù)填充（表2 橫線填充塊），能夠滿足5G 非授權(quán)頻譜的發(fā)射規(guī)范要求，此時(shí)相較于“使用偽數(shù)據(jù)填充所有未使用的PRB（表2 下斜線填充塊）”能夠節(jié)省一半的能量。如果減少偽數(shù)據(jù)填充RBG 中所包含的PRB 數(shù)量，能夠降低偽數(shù)據(jù)填充資源塊組的顆粒度，則可達(dá)到進(jìn)一步節(jié)省能量的目的。改變填充間隔式（4）所對應(yīng)的Pfill值，得到表2。

表2 不同Pfill 值對應(yīng)的填充方案

從表2 可以看出，在填充偽數(shù)據(jù)時(shí)，當(dāng)Pfill=4，每隔1 個(gè)PRB 填充1 次，每次填充4 個(gè)PRB；當(dāng)Pfill=2，每隔2 個(gè)PRB 填充一次，每次填充2 個(gè)PRB（上斜線填充塊）；當(dāng)Pfill=1 時(shí)，每隔5 個(gè)PRB 填充1 次，每次填充1 個(gè)PRB（豎線填充塊）。相比于表2 第2 列使用偽數(shù)據(jù)完全填充所有未使用PRB，能分別節(jié)能約50%，66.7%和83.3%，見表3。因此，在填充偽數(shù)據(jù)時(shí)，減小Pfill的值有助于進(jìn)一步節(jié)約能源，選擇Pfill=1 是此方案的最優(yōu)解，見表2 最后一列。此時(shí)，最后一個(gè)需要填充的偽數(shù)據(jù)包含了PRB40，滿足OCB ≥80%的要求。

表3 節(jié)能效果對比

對于非授權(quán)60 GHz 頻段，信道占用帶寬應(yīng)不小于NCB 的70%[5]，目前沒有定義允許的最小發(fā)射帶寬，可以使用同樣的隔行填充偽數(shù)據(jù)的方法，在滿足信道占用帶寬規(guī)定的基礎(chǔ)上對未使用的PRB 進(jìn)行填寫，同時(shí)達(dá)到節(jié)能的目的。

對于頻域資源分配類型Type 1，其本身的顆粒度就是PRB 級別，可以直接應(yīng)用此節(jié)中描述的方法對空白的PRB 進(jìn)行偽數(shù)據(jù)填充來滿足OCB 的要求。

2.2 其他解決信道占用帶寬需求的方案

除了上文描述的利用偽數(shù)據(jù)來填充未使用的PRB 的方法，對頻域資源進(jìn)行分配時(shí)，還可以使用下面兩種方法：

（1）將未使用的PRB 直接使用已填充的有效PRB 數(shù)據(jù)進(jìn)行多次復(fù)制填充，達(dá)到信道占用帶寬OCB 的要求。

（2）將上行信道中頻域資源隔行分配方法引入到下行信道中，使得攜帶有用信號的PRB 能夠跨越整個(gè)帶寬，以滿足信道占用帶寬OCB 的要求。

上述兩種方法雖然能滿足OCB 的要求，但是由于沒有3GPP 官方協(xié)議支持，且會極大地增加基站和終端編解碼協(xié)議的復(fù)雜度，不能給終端UE 帶來任何增益，且因?yàn)榇嬖趶?fù)制的冗余數(shù)據(jù)，并不能帶來節(jié)能效果。因此，上述兩種方法依然不是推薦的問題解決辦法。

3 結(jié)語

通過分析5G 非授權(quán)頻譜技術(shù)中占有帶寬OCB的規(guī)范要求，結(jié)合當(dāng)前下行物理信道頻域資源分配原則，提出了基于物理資源塊顆粒度的隔行填充方法。該方法在滿足ETSI 的OCB 規(guī)范要求的同時(shí)，避免了其他5 GHz 的誤發(fā)射導(dǎo)致的沖突和干擾，同時(shí)也滿足了降低能耗的要求，達(dá)到了節(jié)能的目的，有助于5G 非授權(quán)頻譜技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。一旦將來3 區(qū)中國和2 區(qū)美國等定義了強(qiáng)制性的OCB規(guī)范，該方法也能夠方便快速地應(yīng)用并滿足相應(yīng)的要求，更好地支持非授權(quán)頻譜上多種技術(shù)的共存。