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5G NR V2X物理层结构

2022-11-20 08:17 作者:余网优化  | 我要投稿

RAN1#94bis在sidelink物理层结构方面取得了重大进展,并在numerology、资源池和PSSCH/PSCCH复用方面做出了重要决策。但还有一些未决策,如:

  • 使用哪种波形(CP-OFDM或DFT-SOFDM)

  • 哪个CP长度要支持哪个SCS

  • 支持PSCCH/PSSCH复用的选项有哪些

  • 是否为sidelink定义BWP,BWP和RP之间的关系是什么

  • SCI和SFCI包括什么,以及如何传达mode 1的SCI和SFCI

  • RS设计

Numerology

NR  sidelink在Uu口支持给定频率范围内的SCS,即FR1中的{15,30,60 kHz}和FR2中的{60,120 kHz},并为每个SCS定义正常CP长度。此外,还支持60kHz的扩展CP,如表1所示。


具有更长的CP长度使得UE能够处理更大的延迟扩展并容忍更大的同步误差。然而,这是有代价的:扩展CP(20%)的开销比普通CP(6.6%)大得多。因此,应支持正常CP长度,以确保低开销通信。

对于sidelink,由于传播延迟导致的到达时间(TOA:Time of Arrival)差异可能很大。表2显示了在理想条件下,根据CP长度(与表1类似,但具有距离),可容忍的最大TOA。作为参考,UE之间的通信范围高达1000m(扩展传感器用例),扩展CP可支持60kHz。

Waveform

DFT-s-OFDM具有比CP-OFDM更低的峰均比,尤其是对于低调制阶数。这在一些实现中可能有助于省电,但对于连接到12V/48V电池的车载UE来说不是一个重要问题。此外,DFT-s-OFDM对链路性能有显著影响。图1(a)显示了根据TR 37.885的链路级假设,在FR1中不同速度下,对于16-QAM和64-QAM,DFT-s-OFDM与CP-OFDM的性能比较。如图所示,对于低速和高速使用情况,16 QAM时的性能下降约为0.5 dB,64 QAM时约为1-1.5 dB。考虑到NR V2X的高吞吐量要求,最好优先考虑范围内的链路性能。从图1(b)可以看出FR2中相同配置的结果,其中CP-OFDM在高阶调制下的性能优于DFT-s-OFDM,最高可达1.5 dB。

上行相比,SideLink中的通信通常不受链路预算限制,因为发射器和接收器通常彼此接近。NR V2X将需要支持多流(即MIMO),以实现更高的数据速率通信。另一方面,NR V2X支持覆盖内(ICin coverage)和覆盖外(OOCout of coverage)通信。在sidelink上支持两个波形是复杂的:在尝试解调之前,UE需要知道信号是CP-OFDM还是DFT-s-OFDM波形,并且在OOC的情况下,波形切换没有网络协调。此外,需要大量配置(对于IC和OOC,以及mode 1和mode 2部署)和sidelink物理层设计(例如DMRS模式)来支持两种波形。因此,必须使用单一波形。

帧结构和时隙结构

NR Uu口支持eMBB和URLLC用例。为了适应这些差异很大的要求,帧结构和时隙结构需要足够灵活。NR V2X帧和时隙结构必须能够适应sidelink和Uu口共享同一载波以及专用sidelink载波的情况,其中NR时隙中的OFDM符号可以分为共享载波中的“D”、“Flexible”、“U”和“Sidelink”。除了只有sidelink的时隙之外,时隙内的Uu 口sidelink复用在资源利用效率、快速调度和低延迟即时反馈方面以及自适应重传方面都是有益的。时隙和符号的NR Uu口配置可用于sidelink,其中“U”和“Flexible”(表示为”X”)符号被覆盖为“sidelink”(表示为'S')符号。

PSCCH PSSCH 复用

 PSCCH 和PSSCH 复用至少有3中选项,分别是 Option 1A, 1B, and 3 is supported.

Option 1A

在时隙中PSCCH和PSSCH时域复用有利于低延迟服务。这可以减少解码时间,因为一旦接收到所有PSCCH符号就可以处理控制信息。由于业务负载的显著变化,数据信道的资源分配应足够灵活。然而,控制信息通常有一组固定的值。为了使PSCCH和PSSCH使用的频率资源相同,需要控制信息的可伸缩码率,尽管不清楚为什么需要它们。除了可缩放的码率之外,接收UE不知道PSCCH的频率资源,因此必须对所有可能的位置执行盲编码。

Option 1B

关于延迟,option 1B与option 1A相同。由于PSCCH的资源维度可以独立于PSSCH维度而已知,因此option 1B在盲解码上的复杂度较低。由于PSCCH和相关联的PSSCH在时间上不重叠(通常分配给PSSCH的资源大于分配给PSCCH的资源),因此资源利用效率低。当数据有效载荷的大小显著大于控制信息的大小时,情况会更糟。

另一方面,由于分配给PSCCH和PSSCH的频率资源之间的差异而导致的未占用资源不能分配给其他UE。这是由于AGC(Automatic Gain Control)约束。时隙中的第一个OFDM符号通常用于AGC处理,因此时隙中控制符号和数据符号的功率密度应相同。如果来自不同UE的控制信息在PSCCH符号上的此类未占用资源中复用,则由于UE的PSCCH和PSSCH的频率资源之间的差异,它将影响AGC性能。

Option 2

这种结构用于LTE V2X。它允许UE在整个时隙(例如3dB)内通过PSSCH提高PSCCH的传输功率,从而有助于提高控制信道可靠性。这对于需要高覆盖率和更高可靠性的用例是有益的,同时没有TDM结构中的低延迟要求。

Option 3

option 3在所有提议的TDM选项中实现了最高的利用效率,因为UE可以在每个符号上使用所有频率资源。与其他选项相比,option 3的一个可能缺点是PSCCH覆盖范围,因为PSCCH和PSSCH在时域中共享几个符号。然而,为了确保PSCCH的可靠性,可以通过PSSCH对PSCCH进行功率提升。

支持PSCCH和PSSCH的低延迟TDM复用是必要的,并且在option 3中得到了帮助。此外,option 3为具有不同需求的用例提供了在TDM和FDM复用结构之间切换的灵活性,如图3所示,将PSCCH的OFDM符号配置为与PSSCH相同,即option 2。在极端情况下,可以将其配置为option 1A或1B。

SCI SFCI

Sidelink control information (SCI) 是在PSCCH中传输,至少包括一个SCI format,主要是用来解码PSSCHSidelink feedback control information (SFCI) 至少包括一个SFCI format,这是PSSCH 的HARQ-ACK。

在NR V2X中,与LTE V2X相比的一个主要变化是支持单播和群播,以及它们可能同时使用。因此,应考虑基于反馈的重传,并应在SCI format中包含额外的新信息。SCI format的内容在广播传输和单播/群播传输之间有所不同,其中HARQ process ID、HARQ反馈定时、source ID、destination ID、NR和NDI仅适用于单播和群播传输。

在NR Sidelink mode 1中,gNB调度用于Sidelink 传输的初始传输和重传资源。为了进行更精确的资源分配,可以向gNB报告HARQ反馈和CSI报告。在源UE接收到反馈信息后,它将把反馈信息转发给gNB,如图4所示。

参考信号RS

DRMS应考虑适用于NR V2X的波形范围、SCS、信道类型等。除了L1广播之外,NR sidelink还支持物理层的单播和群播,其中可以正确估计用于单播的成对UE和用于群播的组UE之间的sidelink信道,以提供更好的频谱效率。因此,应支持NR sidelink信道状态信息参考信号(SL CSI-RS),以NR的Uu口 CSI-RS设计为起点。考虑到车辆信道的动态,需要TRS和PT-RS,以便支持FR2。除了CSI-RS之外,不提出SRS,前提是它们的功能可以合并到SL CSI-RS设计中,并且不需要显式AGC训练信号,因为可以使用与LTE-V相同的原理。

单播和群播模式要求发送和接收的UE知道彼此的存在。这要求UE在建立sidelink通信之前相互发现。LTE sidelink发现设计中的一些元素可以重用,并作为NR sidelink发现的起点。

出于发现的目的,有两种主要的选择。

  • Option 1:通过监听基本安全消息(BSMs: basic safety messages)或PSSCH/PSCCH(LTE或NR)上的其他传输来发现其他UE。此选项不需要物理sidelink发现信道(PSDCH)。

  • Option 2:通过监听指定用于发现目的广播消息来发现其他UE。此选项可以在没有PSDCH的情况下启用,并在PSSCH上发送发现消息。然而,使用PSDCH是有益的,因为它减少了传输限制。

由于BSM消息没有给出关于UE感兴趣的服务的指示,上述选项1可能会产生不必要的流量和额外的大开销。然而,选项2避免了上述缺点,并允许在消息内容、发现周期等方面进行灵活的发现设计。可以将发现消息的内容(如ID、sidelink连接信息、后续信令信息等)设计为最小化开销。


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