5G部分带宽（BWP）的研究与应用

郭欣欣

摘要：由于5G的带宽较大，如果UE实时进行全带宽的检测和维护，对终端的能耗将带来极大挑战。在很多情况下，5G终端无需使用大带宽，因此5G NR引入Bandwidth Part（BWP）概念，它允许某些UE使用大带宽的一些子集来工作，完整实现5G应有的功能特性，以起到降低设备功耗的作用。文章介绍了BWP的基本概念、BWP配置方法、BWP切换机制以及UE支持BWP情况。通过研究，BWP具有更灵活的带宽支持，可以降低UE功耗、实现UE配置快速更改等功能。随着5G产业链的不断成熟，在实际网络中如何使用BWP对重耕低频5G发挥FDD NR优势至关重要。

关键词：5G；BWP；切换；UE功耗

中图分类号：TN929.5  文献标志码：A

0 引言

BWP（Bandwidth Part）是5G新引入的概念，这是5G区别于4G的关键概念之一。通常，在NR网络中，单个UE需要的带宽往往有限。如果让UE实时进行全带宽的检测和维护，将对终端的能耗带来极大挑战。因此，在NR中引入BWP这一概念，主要目的是支持UE带宽适配，以降低设备功耗。当调度大量数据时，UE使用大带宽，而在其他时间内可使用窄带宽。本文将通过研究3GPP规范中BWP的基本概念，BWP的配置和BWP切换机制等，讨论UE终端对BWP支持能力及应用场景。

1 BWP基本概念

1.1 BWP定义

BWP定义为在一组特定的载波上，给定μi值（确定子载波间隔SCS）的一段连续Common Resource Block组成的子集。可以理解为在一定的时间内将5G的频谱划分成了很多的小块，每个BWP可以使用不同的参数集，其带宽、子载波间隔以及其他控制参数都可以不同。相当于在5G小区内部又划分出若干个配置不同的子小区，以适应不同类型的终端及业务类型［1］。

1.2 BWP的配置条件

BWP从某个特定的PRB开始。对于UE所在的服务小区，网络至少配置1个UL/DL BWP（即初始UL/DL BWP）。对于FDD，需分别配置DL BWP和UL BWP。对于TDD，DL BWP自动链接到相同的UL BWP。成对的DL BWP和UL BWP必须共享相同的中心频率，但是带宽可以不同。

1.3 BWP的配置规则

UE可以在下行链路中最多配置4个BWP，在某个时刻内只有一个BWP是处于激活的，激活的BWP表示小区工作带宽之内UE正在使用的BWP。在激活的BWP之外UE不接收PDSCH，PDCCH 或CSI-RS（除非用于RRM）。

UE可以在上行链路中最多配置4个BWP，同样在某个时刻内只有一个BWP是处于激活的。如果UE配置了上行增强（SUL），则UE可以另外配置4个BWP且同时只能激活一个BWP。UE不在BWP之外发送PUSCH或PUCCH。对于激活的小区，UE不在激活的BWP之外发送SRS。

1.4 BWP的4种类型

1.4.1 初始BWP（Initial BWP）

初始BWP（通过系统消息获取，在SIB1中配置），一般默认配置为CORESET0。初始BWP主要用于初始接入过程，如SIB1的接收，随机接入过程当中RAR、Msg4的接收以及preamble和Msg4的发送等。在初始接入阶段用于帮助IDLE或inactive态UE建立RRC连接之前的初始访问。

1.4.2 专用BWP（Dedicated BWP）

专用BWP，UE在RRC连接态配置。协议规定，1个UE最多可以通过RRC信令配置4个专用BWP。当UE在RRC连接态时，某一时刻只能激活1个专用BWP。

1.4.3 激活BWP（Active BWP）

激活BWP，是用于初始接入完成以后为UE配置的BWP。一般情况激活BWP的带宽比初始BWP要大。激活BWP被定义为UE专属的BWP。

1.4.4 默认BWP（Default BWP）

默认BWP，是用于UE长时间没有业务需求时，从大带宽的激活BWP切换到一个默认的带宽较小的BWP上，用于降低功耗。UE在RRC连接态时，当其BWP inactivity timer超时后，即可进入默认BWP。默认BWP是通过RRC信令进行指示，如未设置，则UE使用初始BWP作为默认BWP。当前R16版本终端可以配置最多4个 UL/DL BWP，但只能同时激活1个 UL/DL BWP［2］。

图1为初始BWP的获取流程，在UE搜索到gNodeB的SSB后，为了检索SIB1信息，需要在PBCH中提取MIB信息里的pdcch-ConfigSIB1，此消息指示了SIB1的调度信息及存在的时频资源位置。UE根据这个时频资源位置，去盲检SIB1的DCI信息，通过此信息获取初始BWP的配置情况。

PDCCH是下行控制信道，承载着PUSCH和PDSCH的控制信息DCI。在LTE中，PDCCH频域上占据全部带宽，时域上占据每个子帧的前1～3个符号，由资源的多少动态调度。在5G中，由于5G带宽增大，使得NR里面对于下行控制信息DCI的调度发生了改变，不再用专门的信道来指示PDCCH占用了几个OFDM符号，而转用一个称为CORESET的信道来指示PDCCH占用的時频资源，在每个BWP中设置coreset（其实coreset就是PDCCH，在LTE中并没有coreset的这个概念），在时域中也不是固定的，随着当前情况动态设置coreset的起始位置。

不同的CORESET定义着不同的ID，其中CORESET0专门用来承载SIB1的DCI调度信息。

SIB1消息中携带着初始BWP的配置。BWP的频域位置和带宽一般采用RIV（resource indication value）方式，RIV对应于起始虚拟资源块和连续分配资源块的长度。RIV值计算公式如下：

if（LRBs-1）≤［NsizeBWP/2］ then

RIV=NsizeBWP（LRBs-1）+RBstart

else

RIV=NsizeBWP（NsizeBWP-LRBs+1）+（NsizeBWP-1-RBstart）

注：NsizeBWP假设为275，LRBs≥1并且不超过NsizeBWP-RBstart。

2 BWP的切换

服务小区激活非活动的BWP并且停用活动的BWP称为BWP切换。BWP切换由PDCCH控制指示下行链路指配或上行链路授权， 通过bwp-InactivityTimer（BWP不活动定时器）与RRC信令或在启动随机访问程序时由MAC实体本身执行。例如，当手机需要使用较高的速率时，则需系统配置一个大带宽的BWP（BWP1）；而当手机进行在线游戏时，需要的流量较小，为降低UE功耗并节省无线资源，系统为其分配一个较小带宽的BWP（BWP2），满足其需求即可。而如果UE所处环境突发强干扰，或者信号质量急剧恶化时，无法满足手机上网需求，系统则会给UE配置一段新的带宽（BWP3）。

根据终端对流量的需求，系统可以进行灵活的BWP分配来实现切片，灵活支持eMBB，mMTC和uRLLC这3种最为典型的5G业务。

目前常用的BWP切换主要采用以下3种方式。

2.1 基于RRC重配的BWP切换

网络侧通过RRC（reconfiguration-重配置）消息指示终端进行BWP切换。UE在初始接入过程中的SIB与RA相关流程在initial BWP内完成，初始接入完成后进入RRC连接态，基站通过RRC（reconfiguration-重配置）消息中的firstActiveDownlinkBWP-Id以及firstActiveUplinkBWP-Id指示终端切换至非初始BWP进行业务收发。

2.2 基于DCI的BWP切換

DCI的BWP切换指在有数据调度时，通过DCIFormats 中DCI格式0_1（上行链路授权）与DCI格式1_1（下行链路分配）实现数据业务中的BWP切换。

2.3 基于计时器的BWP切换

基于计时器的BWP切换用于UE在长时间不进行业务收发，则UE通过网络配置的BWP不活动定时器（bwp-InactivityTimer）切换到默认BWP，如没有配置默认下行BWP时，则切换到初始下行BWP，当前只有下行BWP允许进行基于计时器的BWP切换。

3 BWP的应用场景

3.1 灵活带宽配置

LTE可通过载波聚合实现带宽灵活性，但其需要UE在系统频点的整个频带上发送和接收，不支持系统带宽下拆分小带宽或设置不同参数集。考虑以下几个原因，使得NR对更高带宽灵活性的需求不断增长［3］。

（1）由于NR的大带宽特性相比LTE网络支持更广泛的频谱范围与更大的载波带宽网络操作。

（2）NR可通过多个BWP配置不同的参数集（频率位置、带宽、SCS和循环前缀等）实现广泛的服务和应用程序，以满足不同场景下的业务需求。

（3）在同一个NR网络中通过配置多个不同带宽的BWP，支持不同带宽的终端设备接入功能。

3.2 设备与终端节电

NR中引入了基于BWP计时器的切换功能，通过BWP不活动定时器（bwp-InactivityTimer）切换到默认BWP，使设备通过较小的带宽与功率运行，达到设备节电的目的。

NR中也引入了基于DCI的BWP切换，使UE在大小BWP间进行切换，网络通过给UE在不同时刻分配不同带宽大小的BWP，使UE和网络可以以较为适合的带宽进行通信，达到终端节电的目的。

4 结语

本文首先介绍了BWP的定义、BWP的配置条件、BWP的获取流程及类型，并介绍了4种类型的BWP，包括初始BWP、专用BWP、激活BWP、默认BWP，然后进一步介绍了基于RRC重配、基于DCI以及基于计时器的BWP切换。通过引入BWP的概念，可以实现5G灵活的带宽配置、有效的终端与设备节电方案等好处，使UE和网络可以根据需求使用更适合的带宽进行通信，达到终端节电的目的。另外，通过灵活的BWP分配来实现切片，灵活支持eMBB，mMTC，uRLLC这3种最为典型的5G业务。随着5G产业链的不断成熟，在实际网络中如何使用BWP对重耕低频5G发挥FDD NR优势至关重要。

参考文献

［1］石德夫.面向5G移动通信的两端口网络信道估计研究［D］.武汉：华中科技大学，2020.

［2］陈鹏，刘洋，赵嵩，等.5G关键技术与系统演进［M］.北京：机械工业出版社，2019.

［3］黄陈横.5G BWP关键技术及应用研究［J］.邮电设计技术，2021（12）：44-49.

（编辑 傅金睿）

Research and application of 5G bandwidth part

Guo  Xinxin

（China Telecom Co.， Ltd.， Hebei Xiongan New Area Company， Xiongan 071000， China）

Abstract： Due to the large bandwidth of 5G， real-time detection and maintenance of full bandwidth for UE will bring great challenges to terminal energy consumption. Moreover， in many cases， 5G terminals do not need to use large bandwidths. Therefore， 5G NR introduces the concept of Bandwidth Part， which uses a new mechanism to allow some UEs to use some subsets of large bandwidths to fully realize the functional features due to 5G， so as to reduce the power consumption of devices. This paper introduces the basic concept of BWP， BWP configuration method， BWP switching mechanism， and UE support for BWP. According to the research， BWP has the advantages of more flexible bandwidth support， reducing UE power consumption， realizing rapid change of UE configuration and so on. With the continuous maturity of 5G industry chain， how to use BWP in the actual network is crucial for replowing low-frequency 5G to give play to the advantages of FDD NR.

Key words： 5G; BWP; handover; UE power consumption