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扩大5G覆盖范围

为了提升5G的覆盖率,协议已确定FR1和FR2的瓶颈信道,并讨论了PUSCH、PUCCH等信道的增强,且针对PUSCH增强提出了具体的建议,但没有就PUCCH和其他信道改进的建议达成共识。

FR1的瓶颈识别

为了提升覆盖率,FR1是优先考虑的频率,这里选取了两种典型的场景进行分析,分别是2.6GHz城市场景和700MHz农村场景。下面列出了这些场景中MPL的覆盖性能,可以在TR 38.830中查看。

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图1:城区 2.6GHz TDD 覆盖性能

NR部署的第一阶段集中在城市场景中。而最有价值的流量发生在室内。然而,由于穿透损失,O2I(室外覆盖室内)方案是最具挑战性的。可以观察到PUSCH是最受限的信道。考虑到400m ISD(站间距)是城市场景部署的典型ISD,只有PUSCH是受限的。在这种情况下,应补偿约5.13dB。对于4GHz的城市场景,覆盖差距可能在8.12dB左右。

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图2:农村场景 700MHz FDD NLOS O2I 覆盖性能

在农村地区,由于频带较低,考虑到3km ISD,大多数信道都能满足要求。由于上行链路的数据速率要求仅为100kbps,远低于城市场景的要求,因此eMBB的PUSCH在农村场景中并不是瓶颈。具有22位的PUCCH format3是受限的,并且差距约为0.95dB。PRACH formatB4也受限,但数据样本太有限,无法做出决定。考虑到4km ISD,可能会限制更多的信道,如用于eMBB和VoIP的PUSCH、Msg 3等。22位的PUCCH format3的覆盖差距约为5.78dB。

以下信道被认为是从绝对度量(即服务相关度量和场景相关度量)和相对度量(即通道之间的相对差异)派生的潜在瓶颈信道:

  • 第一优先级

1. 用于eMBB的PUSCH(用于带DDDSU、DDDSUDDSUU和DDD SUU的FDD和TDD)

2. 用于VoIP的PUSCH(用于带DDDSU、DDDSUDDSUU的FDD和TDD)

  • 第二优先级

1. PRACH format B4

2. PUSCH 是的Msg3

3. PUCCH format 1

4. PUCCH format 3 with 11bit

5. PUCCH format 3 with 22bit

6. Broadcast PDCCH

根据上述场景的观察,具有1Mbps要求的PUSCH是最受限的信道。尽管在农村场景中,22位的PUCCH format 3被视为受限信道,这是因为PUSCH的要求太低。所以,需要增强的重点应放在eMBB的PUSCH上。PRACH format B4已被确定为瓶颈,但其他PRACH格式(如format 0)可用于FR1以扩展覆盖范围。从图1可以看出,msg3的PUSCH比eMBB的PUSCH具有几乎13dB的覆盖增益。msg3的PUSCH也具有重传能力。最后,广播PDCCH的结论是基于24dBm/MHz的较低发射功率,比正常gNB低7dB。

考虑到eMBB的PUSCH的覆盖差距巨大,如5.13dB和8.12dB,并且增强的解决方案和可实现的性能增益有限,对其他信道(如PUCCH、Msg 3的PUSCH等)进行增强的必要性可能不强。

PUSCH增强

针对PUSCH增强提出了三个建议:

  • 建议1:PUSCH重复type A的增强有利于TDD的PUSCH覆盖增强。建议在Rel-17中进行PUSCH重复type A的增强,包括以下两个选项

1. 选项1:增加最大重复次数,例如最多32次。

2. 选项2:根据可用的上行时隙计算的重复次数。

  • 建议2:多时隙PUSCH上的TB处理有利于PUSCH覆盖增强。在Rel-17中进行多时隙PUSCH支持TB处理,包括基于多个时隙确定并在多个整数时隙上传输的TBS。

  • 建议3:联合信道估计有利于增强PUSCH覆盖。在Rel-17中支持PUSCH的联合信道估计或DM-RS捆绑,包括:

1. 连续PUSCH传输中的联合信道估计

2. 时隙间捆绑跳频

第一个建议是增强PUSCH重复type A,扩展最大重复次数并重新定义如何计算重复次数。但是在TDD系统中,上行资源是有限的。数据速率计算已经考虑了PUSCH数据速率的所有上行时隙。没有可用的上行资源可用于PUSCH eMBB的进一步重复。PUSCH重复type A的增强对PUSCH eMBB的影响不大。

第2条和第3条建议的重点是多时隙PUSCH上的TB处理和联合信道估计。多时隙PUSCH上的TB处理可以通过更长的编码获得更多的性能增益。联合信道估计可以提高信道估计的性能,进一步提高数据传输速率。与PUSCH重复相比,多时隙PUSCH上的TB处理和联合信道估计都不需要额外的上行时域资源。

基于上述结论,上行没有额外的资源来增加重复数,而不会丢失数据速率。同时,在多个时隙上实现TB处理的性能增益和联合信道估计也受到限制。eMBB的PUSCH覆盖间隙可能无法完全补偿。

由于推荐了联合信道估计,因此,应考虑DMRS的优化,以减少开销,为数据传输提供更多资源。另一方面,UE可能并不总是位于小区边缘或低RSRP区域,灵活配置DMRS可以方便地使用覆盖增强方案。

TDD系统需要特殊的时隙来实现上下行转换。并且还应考虑并利用上行符号来增强PUSCH等信道的性能。

PUCCH增强

对PUCCH增强提出了四个功能:

  • DMRS-less PUCCH

  • 类似PUSCH type B重复的PUCCH重复

  • (显式或隐式)动态PUCCH重复因子指示

  • 跨PUCCH重复的DMRS捆绑

DMRS-less PUCCH

提出了一种基于序列的PUCCH算法来提高PUCCH的覆盖率。使用非相干接收机的基于序列的PUCCH与使用相干接收机的传统PUCCH解调相比,可以提供更低的接收机灵敏度。对基于序列的DTX to ACK检测方法提出了评论。当考虑DTX to ACK的检测概率时,DMRS-less PUCCH的性能会降低。提出了在不影响规范的情况下,对PUCCH format3采用非相干接收机的竞争方案。考虑到上述两个问题,进行了如下模拟,并考虑了4个符号和14个符号的情况。

  • 具有相干检测的PUCCH格式3(硬判决和最小距离)

  • 带相干检测(ML)的PUCCH格式3

  • 具有非相干检测的PUCCH格式3(基于相同ZC序列的循环移位的两个加扰序列)

  • 基于N序列组合的DMRS-less,N=2;

  • 基于改进的N序列组合的DMRS-less,N=2;

  • 基于长序列的DMRS-less。

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在图4中,可以观察到具有非相干接收机的PUCCH格式3可以具有与DMRS-less的PUCCH类似的性能。在图5中,性能比较考虑了Rel-15/16支持的4个DMRS配置。与4 DMRS符号PUCCH相比,DMRS-less符号PUCCH的性能增益小于0.6dB。

从评估结果来看,DMRS-less PUCCH的性能增益是有限的。DMRS-less PUCCH的性能改进和使用场景需要更多的讨论。

其他3个增强

PUCCH的其他3个增强功能也有其局限性。类PUSCH type B 的 PUCCH重复的增强主要有利于时延的减少。从覆盖增强的角度来看,应该使用长格式PUCCH或类似PUSCH type A的PUCCH重复。

动态提示PUCCH重复提供了一种灵活的重复指示机制,在需要增加或减少重复的情况下。

DMRS捆绑在PUCCH重复中可以提高信道估计的质量。但是,需要在PUCCH重复中的相位一致性。该特性可能与PUCCH的跳频发生碰撞,从而破坏PUCCH传输的相位相干。

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