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雷达卡
一、BWP及其产生背景
5G网络需要支持高达400MHz的单载波带宽，但并非所有设备都能或需要支持如此大的带宽。BWP技术将系统总带宽划分为一个或多个连续的部分“带宽部分”，每个BWP是在特定参数集下的一组连续公共资源块。终端可以在较小的BWP上完成所有收发操作，从而解决终端能力和系统带宽不匹配的问题，并实现终端节能和灵活的频域资源调度。
BWP：Bandwidth Part，非对称载波带宽、UE带宽自适应、部分带宽
5G小区面临的问题
然而到了5G, 情况发生了变化，小区带宽最大支持400M带宽。如果沿用LTE的设备和基站对称带宽的做法，将对终端提出极高的要求。另一方面，终端也是逐步演进的，初期支持较小带宽，例如100M带宽，当基站提供400M带宽小区时，初期的终端面临如何接入400M带宽小区的问题。因此出现了非对称载波带宽，又称为UE带宽自适应或部分带宽BWP技术。5G的频段分为两部分：FR1（f < 6GHz，低频）和FR2（f > 6GHz，高频、毫米波）。
FR1的带宽可以是5MHz，10MHz，15MHz，20MHz，25MHz，30MHz，40MHz，50MHz，60MHz，80MHz和100MHz。FR2的带宽可以是50MHz，100MHz，200MHz和400MHz等。
5G的带宽最小为5MHz，最大可达400MHz。如果要求所有终端UE都支持最大的400MHz，无疑会对UE的性能提出较高的要求，不利于降低成本。同时，一个UE不可能同时占用整个400M带宽，如果UE采用400M带宽对应的采样率，无疑是资源浪费。此外，大带宽意味着高采样率和高功耗。在这样的背景下，提出了非对称载波带宽、UE带宽自适应及部分带宽BWP技术。
BWP技术完美地解决了手机带宽与小区带宽不一致的问题。
5G BWP带宽-下行
备注：BWP对下行调度提出了更高的要求。
5G BWP带宽-上行
备注：BWP对上行调度提出了更高的要求。
BWP就是将一个大的小区Cell，划分为多个独立自主的逻辑“子小区”，每个逻辑子小区自主运行。多个逻辑小区之间可以分时共享、复用相同的物理频域资源，也可以不共享相同的物理频域资源。这就需要调度器能够支持跨BWP进行不同用户和公共信道的调度。BWP是基于物理信道之上的虚拟带宽。类似于Linux内核物理地址空间与Linux应用程序多进程的虚拟地址空间。
二、BWP的理论基础
LTE的时频资源分配与载波带宽
- 在4G LTE系统中，每个载波的带宽5/10/15/20M，终端UE与基站的小区载波带宽相同，这称为对称载波带宽。
- 所有子载波的宽度为15KHz。
- 时频资源：频域上的一个15K子载波与时域上的符号构成一个RE。
- 时频资源块：LTE是按照时频资源块给手机分配RE资源的，频域12个子载波与时间一个符号周期构成一个RB。
从上图可以看出，同一个时刻可能包含多个不同用户的数据，不同的用户使用不同的子载波承载数据。
OFDM调制
针对每个子载波的一个符号进行的，即系统信息和用户数据都是调制在独立的子载波上。
下行
- 基站发送：基站物理层将系统信息和所有用户信息调制到整个小区带宽的各个时频资源上，通过PHY快速傅里叶变换生成包含所有频率分量的合成基带时域信号，再经过中频调制、高频调制（混频），将基带信号调制到高频载波上进行发送。
- 电磁波传播：调制后的高频电磁波在空间传播，其带宽是整个小区的带宽。
- UE接收：小区中的每个手机通过频率搜索获得小区的中心频点，通过MIB获取小区带宽，通过信令获取自己所在的时频资源。每个手机接收到包含所有频率分量的调制信号，解调出所有的时频资源数据，最终终端获取分配给自己的时频资源RE上的数据。
因此，基站PHY完成将所有子载波信号合并成基带时域信号的任务，每个UE接收到的是包含所有频率分量的时频信号。
上行
- UE发送：每个手机在分配给自己的时频资源RE/RB上进行数据调制，在未分配的时频资源RE上不进行调制（无数据）。调制后，每个手机生成整个小区带宽的基带信号=》中频信号和=》高频调制信号。
- 电磁波叠加：调制后的高频电磁波在空间传播，其带宽是整个小区的带宽。与下行不同的是：下行只有一个基站发送多个手机接收，为广播模式；上行是多个手机发送一个基站接收，这意味着来自多个设备的调制后电磁波信号在空间会叠加在一起。
基站接收：汇聚的电磁波信号，由基站天线捕获，并经过混频解调、中频处理、OFDM解调（时域到频域的傅里叶变换）与QAM解调后，获取各个子载波RE的数据。基站在根据手机分配的RE信息，分别提取各手机的数据。
三、BWP如何运行
BWP通过一系列配置和切换机制，实现终端带宽的动态自适应。
BWP的配置类型
从功能上讲，BWP主要分为两类：
- 初始BWP：用于终端初次接入、接收系统信息及启动随机接入。
- 专用BWP：用于终端进入连接状态后的数据传输，通常带宽大于初始BWP。
在一个载波上，一个终端最多可以配置4个BWP，但同一时间只能激活一个BWP以进行收发。
BWP的切换
网络可以通过多种机制触发终端在已配置的BWP之间转换：
- DCI动态调度：通过PDCCH信道发送控制信息指示BWP切换，反应快速。
- 定时器触发：通过BWP非激活计时器，在超时后终端自动返回默认BWP，有助于节能。
- RRC信令：通过高级层信号重新配置BWP，延时相对较大。
- 随机接入流程：在特定情况下触发BWP切换。
BWP切换涉及射频和基带参数调整，需要一定的转换时间，在此期间终端无法正常收发数据。
BWP的关键参数
每个BWP都通过一组独立的参数定义：
- 子载波间隔：如15kHz, 30kHz, 60kHz等，不同BWP可以有不同的间隔。
- 循环前缀：普通或扩展循环前缀。
- 带宽与位置：在系统带宽内的起始点及占用的RB数量。
- BWP标识：用于区分各个BWP的ID。
BWP的核心价值
BWP技术的引入，为5G网络带来了多方面的核心优势：
- 兼容不同能力终端：允许射频性能较低的终端接入大带宽5G小区。
- 有效降低终端能耗：在无高速数据业务时，终端可在小带宽BWP上运行，显著减少射频和基带处理的能耗。例如，终端可以在窄带宽BWP上监听控制信道，仅在需要接收或发送大量数据时切换到宽带宽BWP。
- 提高调度灵活性与资源利用率：BWP可以作为多子载波间隔资源分配的“容器”，网络侧可以根据业务需求配置不同子载波间隔的BWP，并动态调度。BWP的频域位置可以在系统带宽内灵活调整，实现频域负载均衡。
四、总结
BWP作为5G空中接口的关键技术之一，通过将宽频谱信道划分为更小、更灵活的“带宽片段”，巧妙地平衡了5G网络对高传输速率的需求与终端成本、能耗之间的矛盾，并为多样化的5G应用场景提供了灵活的频谱资源调度手段。
你可以将5G的系统带宽想象成一个大型多层停车场（400米长），而BWP技术就像：
- 为不同车辆分配不同的停车区域：小车（低带宽能力终端）无需了解整个停车场结构，只需在指定区域（BWP）内活动。
- 动态调整停车区域：根据车辆数量和大小，动态调整分配给某类车辆的区域（BWP切换），提高整体利用率。
- 节能模式：当仅需接收基本控制信号（如等待召唤）时，车辆可以关闭部分设备，在较小区域内保持基础监听（小BWP监听控制信道），从而节省能源消耗。
京公网安备 11010802022788号
