华为的低频辅助高频

由于大气吸收、稀疏散射、小相干时间和高频无线的容易堵塞，毫米波信道的特点是衰减快、覆盖范围有限、链路断断续续且不可靠。这些特性导致独立HF（high frequency）系统中小分组或控制信令的低传输效率和复杂的波束管理。NR系统提出了严格的KPI，例如0ms系统内移动性中断、多连接、与LTE或NR HF和NR LF（low frequency ）之间的紧密互通等，这是独立HF系统难以满足的。

在图1中，使用的路径模型显示了城市宏站部署的视线（LOS）概率。可以发现，服务水平概率随着UE与基站之间的距离而降低。例如，当距离为50m时，服务水平概率为0.5，而当距离为100m时，该概率降至0.22。

由于高频的无线电特性，衍射非常低。因此，当UE处于非直瞄场景时，信号强度显著恶化。根据服务水平模型，比较了图2中服务水平和非直瞄场景下28GHz的路径损耗。可以看出，当距离为100m时，非直瞄系统的路径损耗比视距高15dB，并且非直瞄和视距之间的路径损耗差异随着距离的增加而变得更大。

由于NR的接收器灵敏度尚未指定，使用LTE的度量作为链路预算分析的参考，其中上行链路和下行链路的最小所需SNR分别约为-1dB和2dB。然后，高频的上下行链路预算计算如下：

参考图2，非直视上行链路覆盖范围约为80m，而非直视下行链路覆盖范围约300m。因此，高频上行链路覆盖范围远小于下行链路覆盖范围。注意，在这个简单的分析中，没有考虑天线波束赋形增益的适当设计和新的功率调节。例如，根据FCC 16-89A1第281-284节，28GHz峰值EIRP限制（包括天线增益）对于UE为43dBm，根据第277节，对于100MHz的TRP为75dBm。这可能会严重影响实际的覆盖数量和链路预算。

更多的模拟和分析表明，独立的HF性能很难与宏站或LF小区相比，特别是在移动性方面。由于路径损耗高、对非直视条件的敏感性以及快速变化的直视/非直视阻塞条件，间歇性链路很常见。这意味着无线链路故障可能是HF中移动性的“正常”原因，这违反了0ms系统内服务中断的要求。每个UE具有多个TRP的覆盖（例如，UDN方法）可能有助于解决这一问题，但它也引入了复杂性以及高信令和功耗开销。

为了对抗大的路径损耗，使用波束赋形来实现方向增益。有几种波束赋形技术，包括数字波束赋形、模拟波束赋形和混合波束赋形。数字波束赋形为波束赋形提供了很大的灵活性。然而，数字波束赋形需要多个射频链，这大大增加了成本。为了降低成本，可以使用模拟波束赋形。模拟波束赋形节省了成本，因为只需要单个无线链。模拟波束赋形的主要问题是波束是针对整个带宽生成的。同时，为了对抗大的路径损耗，波束被调谐到非常窄的范围。结果，只有极少数UE可用于窄波束中的发射或接收。混合波束赋形可以在某种程度上通过降低成本和提高资源效率来实现平衡，因为每个波束可以对应于不同的流，并且每个波束只能使用带宽的一部分。然而，即使对波束赋形和信令信道进行了仔细的设计，由于每个HF小区的小覆盖和间断的HF链路，频繁的切换使得难以维持长期可靠的控制信道。

独立HF系统中波束赋形的复杂性不仅限于频繁切换或阻塞期间活动连接的快速波束管理。它几乎影响物理层信道形成期间与波束赋形相关的每个方面，例如网络和设备发现、同步、扫描、RACH、RS设计等，这进一步影响层2设计的许多方面，例如用于带宽聚合或分集的多TRP协调、控制信息广播或单播以及用于小数据传输和接收的开销控制。如下所述，LF在许多方面的帮助将帮助非常方便地降低复杂性。

低频率低于6GHz的系统具有明显的优势，这是对HF系统挑战的补充。传输是全方位的，链路更可靠，覆盖范围更大。与上文的HF相比，由于覆盖范围内的UE更多，这些效应使得公共控制信息更有效地在LF中发信号。

对于低频，其衍射比高频强得多。因此，在非直视场景下，低频发射/接收更为可行。因此，在低频率下，在UE和gNB之间维持更可靠的链路。

随着频率的降低，低频的路径损耗通常比高频的路径损耗小。结果，波束赋形对于低频操作可能不是必需的。在LTE中，频率资源由小区中的所有活动UE共享，而不是由窄波束中的小比例的活动UE共享。在没有波束赋形的复杂性的情况下，eNB可以在一个时隙中容易地调度多个UE，使得低频率的小分组的传输效率高于高频率。因此，低频系统非常适合于广播系统信息，而高频系统由于波束赋形的特性而具有固有的困难。此外，这还意味着发现信号和寻呼对于LF系统比HF系统更容易设计，这导致同步、RACH、寻呼、控制握手等更有效的过程。

双连接利用宏小区辅助进行small cell操作，尽管两者都在LF，用于锚定在MeNB的稳健和广覆盖控制面信令，以及用于MeNB和SeNB之间的灵活C/U拆分。除了双连接之外，低频和高频资源也可以用于载波聚合。载波聚合在理想的回程和高频基站以及低频站共存的情况下运行。高频的控制信息可以在低频上发送，以提高可靠性。

在层2的角度，LF和HF系统通过DC框架进行交互，保持相同的C/U拆分灵活性，但具有增强的信令分集，例如具有LF作为主设备和HF作为从设备的双RRC实体。该框架实际上适用于NR内（NR-LF+NR-HF）和RAT间（LTE-LF+NR-HF）情况。LF宏辅助是DC和互通的自然扩展，将是系统间移动性、C/U拆分、并置或非并置多个传输点以及新RAT和LTE之间紧密互通的自然起点。

除了双连接之外，载波聚合还适用于低频辅助高频部署。通过使用载波聚合，高频被用作子载波，而低频被用作主载波。因此，可以通过交叉调度以低频率调度高频资源，从而提高了高频资源的可靠性和效率。此外，对于载波聚合，UE不必保持多个上行链路，这对于处于不良覆盖的UE是有利的。相反，可以复用多个载波上的所有上行链路分组，并在PUCCH上以低频发送。

对于非独立高频，如果始终有低频辅助，则低频和高频紧密耦合。LF和HF资源总是一起配置给UE。因此，一种可能的辅助形式是单个“小区”包括LF和HF对。如果UE接入LF，则可以在没有显式配置的情况下使用高频资源。

沿着多RAT UL的多频率部署的传统复杂性主要源自不同频率的多个RAT之间的TX机会和天线共享。然而，考虑到低频和高频被广泛分离，并且天线结构也有很大的不同，因此很可能在低频和高频同时进行发射和接收，从而降低了复杂性。此外，在LF辅助的HF情况下，例如通过在一个RAT（NR HF）上接收下行链路分组并在另一RAT（例如NR LF）上发送上行链路小数据分组，也可以方便地考虑分离的UL和DL，这消除了在同一频带中的多个载波之间紧密协调的复杂性，并且还降低了UE的成本，因为UE只能配备一个上行链路发射机。

与gNB相关联的TRP或一组TRP，如果通过LF宏辅助进行协调，则可以在全向（NR LF或LTE）系统和波束赋形（NR HF）系统之间提供优雅的移动性机制。特别是，由于其广泛的覆盖范围和可靠的连接性，LF在广播、寻呼、发现以及可能在用于波束管理的某些反馈信令中补偿了HF。例如，如果HF层与LF层（例如NR或LTE）重叠，则UE可以在重叠的LF层上发送UL跟踪信号，并且在这种情况下，LF层可以帮助高频TRP和UE之间的关联，以用于它们的波束赋形配置。在另一种选择中，HF UE可以使用LF层的协调和调度来在专用HF信道上发送波束赋形的UL跟踪信号，这可以帮助网络侧波束对准和跟踪移动性中的UE，并在UE侧节省用于恒定DL扫描的功率。

高频的广播信息、HF小区发现信息（例如频带、频率、PCI、用于HF小区的DL SS的定时参考、波束赋形信息（扫描模式、较宽/较窄波束、单/多波束、周期性等）可以在低频上发送，并且可以在低频下执行RRC连接建立过程，这提高了可靠性。LF上SS的检测可以作为HF单元上SS检测的定时参考。此外，由LF服务的UE可以要求HF参考信号的更动态的ON-OFF或通过LF保留HF资源，这减少了HF信号污染和测量工作，并且还节省了功率并减少了接入延迟。

LF辅助HF操作可以在RAB建立消息之后执行，并且也可以在RRC连接建立过程中执行。例如，UE在RRC连接请求消息中发送HF小区的测量结果，然后网络可以在RRC建立消息中一起建立LF链路和HF链路，以减少信令开销（例如，HF小区的测试和添加消息），或者网络可以重定向UE在HF小区中建立RRC连接，以减少LF小区的开销。

对于高频上的高速数据传输，CSI（信道状态信息）和ACK/NACK至关重要，这需要更高的可靠性和更快的响应。此外，CSI和ACK/NACK通常尺寸较小，这使得它们在模拟/混合波束赋形的高频上发送效率较低。如果给定LF和HF TRP/gNB之间的理想回程和可能分离的MAC，例如，可以在LF PUCCH上进行HF数据信道的CSI和ACK/NACK的传输，这不仅增加了可靠性，而且提高了传输效率。同时，可以通过主小区和次小区之间的理想回程来缓解潜在的较高反馈延迟。由于LF具有更高的可靠性，因此可以考虑跨载波调度。

由于UE的移动或环境的变化（例如，汽车移动），UE可能处于极大地降低信号强度的阻塞区域。在这种情况下，UE可以切换到具有波束切换的另一服务TRP集合，或者执行到另一小区/TRP的切换。然而，由于信号下降非常迅速，并且波束重新对准可能需要时间，因此UE可能无法及时沿HF发送或接收任何测量报告和切换信令。在低频率的帮助下，可以在低频率上发送与小区/波束修改相关的测量报告和信令，从而解决问题。