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什么是5G灵活双工

灵活双工的目的是允许在单个框架下对运营商的频谱进行最灵活的时频资源使用。灵活双工应固有地支持成对和非成对频谱,并对全双工前向兼容。

对于非成对频谱的灵活双工(即动态TDD),大多数时频资源可根据瞬时上下行业务变化灵活地分配给上下行。对于成对频谱的灵活双工,它是指在成对频谱的每个部分中可以发生下行和上行传输的用法。对于成对频谱的灵活双工,注意成对频谱的每个部分中的上下行时间资源划分可以是半静态的或动态的。

灵活双工旨在允许在单一框架下最灵活地使用运营商频谱的时频资源。时频资源可以灵活地分配到所有传输方向(下行链路、上行链路、side link和回程链路),以适应各种用例、部署场景、业务负载和不对称性。运营商在决定如何使用其频谱资源时,还应遵守区域监管要求。请注意,灵活双工还提供了NR中FDD和TDD的融合。通过灵活的资源分配,交叉链路干扰是需要解决的关键问题之一。

对于非成对频谱上的灵活双工(即动态TDD),大多数时间资源的传输方向可以根据瞬时流量变化进行调整,这有利于提高用户感知的分组吞吐量和用户体验。LTE Rel-12中引入了一个类似的特性,即eIMTA。但是,由于向后兼容性的限制,LTE eIMTA的设计在性能方面没有得到充分优化。此外,由于在LTE-eIMTA中没有指定干扰消除机制,因此LTE-eIMTA的上下行灵活子帧分配仅限于隔离小区或小区集群。鉴于NR没有向后兼容性约束,NR有可能充分利用灵活资源分配的好处。除了对非成对频谱进行灵活的资源分配外,上下行之间的半静态时间资源划分也是必要的。

成对频谱上的灵活双工允许在成对频谱的任一部分中进行上下行传输,这可以在下行业务占主导地位的场景中实现更好的频谱利用率。可以设想几种操作:

1. 成对频谱的一部分主要用于下行传输,而成对频谱的另一部分同时用于上下行传输。成对频谱的后频谱部分上的上下行的时间资源分配可以是动态的或半统计的。

2. 在成对频谱的下行主要部分,发送上行探测参考信号以利用信道互易性,从而更好地支持大规模MIMO。

根据运营商的选择,可单独或联合部署成对频谱的灵活双工的两个用例。

通过灵活的时频分配,可以在同一小区或同一TRP中以集成方式在NR中支持不同类型的链路,例如接入/回程/侧链。可以为接入、回程和侧链动态分配时间间隔。也可以在相同的时间间隔内支持多个链路,例如通过频域复用或空域复用。

从物理层的角度来看,为了实现NR中双工的单帧工作,即灵活双工,支持统一的帧结构是有益的。与分别为FDD和TDD定义帧结构的LTE不同,NR可以具有单个帧结构,从而可以实现灵活双工的设计目标。统一框架结构设计可考虑以下几点:

1. 定义了一些子帧类型,例如仅DL子帧、仅UL子帧、混合DL/UL子帧。这些子帧类型是统一帧结构的构建块。

2. 定义了一定时间长度的无线帧,它由若干子帧组成。

3. 无线帧中每个子帧的子帧类型由网络通过L1信令或RRC信令来配置。注意,对于DL使用,一些时间频率可能是固定的,例如,对于DL同步信号,用于RRM测量的RS,以及MIB传输。

通过上述统一的帧结构,运营商可以灵活地分配每个子帧的传输方向。注意,统一帧结构与DL和UL传输的载波频率无关。网络决定DL和UL载波频率。对于UE,DL的载波频率通过DL同步信号检测获得,并且UL的载波频率可以通过系统信息导出。如果DL和UL载波频率相同并且DL传输和UL接收在时间上在节点上重叠,则统一帧结构对于全双工是前向兼容的。

对于成对和非成对频谱上的灵活双工,在相邻小区同一时频资源上使用不同传输方向的情况下,存在交叉链路干扰,例如TRP到TRP和UE到UE干扰。交叉链路干扰的示例如图1所示。上行链路-下行链路分配说明可以在一个未配对的频谱上,也可以在配对频谱的一部分上。

什么是5G灵活双工

在LTE eIMTA工作期间,还研究了交叉链路干扰的缓解。通常,可以使用标准化解决方案和依赖于实现的解决方案的组合来减轻交叉链路干扰。对于NR,与LTE-eIMTA中评估的交叉链路干扰相比,交叉链路干扰可能表现出不同的行为:

  • 与LTE相比,新的载波频率范围针对NR。与在LTE eIMTA中观察到的情况相比,在高频段中,较大的路径损耗可减少交叉链路干扰。

  • 大规模MIMO是对抗交叉链路干扰、提高系统性能的有效工具。与LTE-eIMTA中观察到的情况相比,在具有非常窄波束宽度的大规模MIMO和波束形成的情况下,交叉链路干扰的统计信息会发生变化。

交叉链路干扰缓解方案有助于扩展可应用灵活双工的可能部署场景,因此值得仔细研究和评估成对和非成对频谱的NR。可以考虑多种CIM方案,包括协调波束赋形或波束调零、对称设计、干扰对准、功率控制、干扰传感和测量、资源单元特定参考信号等。注意,这些交叉链路干扰缓解方案通常可应用于未配对和成对频谱。

对于特定的物理信道,注意到不仅对于数据信道而且对于控制信道可能存在交叉链路干扰。然而,通过子帧/时隙类型和HARQ/调度定时的适当设计,可以避免控制信道上的交叉链路干扰。例如,混合DL/UL子帧/时隙可以提供如图2所示的使控制信道跨小区对齐的可能性,这可以最小化交叉链路干扰对控制信道的影响。然而,应当注意,它并不要求所有子帧都是混合的DL/UL子帧/时隙。只要控制信道的时间资源可以在相邻小区之间协调,控制信道上就可能不存在交叉链路干扰。

什么是5G灵活双工

如果在成对和非成对频谱上使用半静态操作,则如果相邻小区使用相同的上下行子帧分配,则可能不存在交叉链路干扰。这类似于传统的TDD操作,其中上下行配置对所有小区都是通用的。

为了更好地利用成对和非成对频谱上的灵活资源,NR应支持最大化可灵活使用的资源的机制。

对于灵活双工,仍然需要固定DL资源来传输基本信号,例如MIB、同步信号或一些参考信号。通常,固定DL资源可能占用一些子帧或一些时隙或一些OFDM符号。应尽量减少占用的资源,以留出尽可能多的资源供灵活利用。固定DL资源和灵活资源的示例如图3所示。对于非独立情况,UE可以从其他载波获取系统信息,这允许进一步减少固定资源。对于独立情况,应采用适当的信道化设计,以减少占用的固定资源。

什么是5G灵活双工

为了利用每个灵活资源的传输方向的完全动态指示,信令设计需要在时隙/子帧的基础上启用动态资源分配。隐式或显式信号设计都是可能的,需要进一步研究。注意,不同链路之间资源分配的这种动态指示对于未配对和成对频谱都是通用的。

对于成对和非成对频谱,如果应用了半静态资源划分(即上下行配置是半静态指示的),则不需要用于灵活资源指示的动态信令。这种半静态资源划分可以是预定义的,或者由未配对和成对频谱的RRC信令指示。

灵活的HARQ/调度时间被认为有利于NR。已经同意明确指示数据传输和相应A/N之间的HARQ定时。此外,已经同意,UL授权和UL数据之间的调度定时也被明确指示。允许显式且灵活地指示DL授权和DL数据之间的调度定时也是有益的。HARQ/调度时间的设计应有效支持灵活双工。

特别是对于灵活双工,它应该允许与子帧/时隙子集中的DL数据相对应的HARQ-ACK传输。这是由于为UL分配的子帧/时隙比为DL分配的子帧/时隙少得多,以便适应在实际网络中观察到的DL重业务情况。

在LTE中,每个频带定义与预定双工模式(即FDD、TDD或SDL)相关联。因此,为了为运营商提供最灵活的频谱使用,期望NR频带不与任何特定双工模式相关联。换句话说,NR频带应该简单地定义它是成对频谱还是非成对频谱及其相应的频率范围。然后由运营商决定如何使用频谱,前提是遵守区域监管要求。

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