5G BWP

5G的关键概念:BWP(Bandwidth Part),这是5G区别于4G的最关键概念之一,可谓无线资源的"切片",可使5G灵活支持各种场景的各类终端。

一、5G频谱带宽比4G大多少?

话说5G和4G的一大区别,就是载波频谱带宽大。

到底有多大呢?我们可以做个比较,下面先从4G说起。

3GPP R8协议规定4G的载波带宽最大是20MHz;在R10引入了载波聚合,最大支持5个载波,把4G的最大工作带宽扩展到了100MHz。

按理说这个带宽已经很大了,轻轻松松就可以支持1Gbps的峰值下载速率,然而3GPP还是不满足,在其LTE Advanced Pro版本里面,又把最大载波聚合数量提升到了32,这下4G一共需要支持640MHz的带宽!

基站,作为体积庞大,性能强悍的系统设备,支持这么大的带宽倒是问题不大,可要跟基站通信的手机小兄弟就要哭了:可怜我体重二两出头,发射功率只有0.2瓦,还要控制发热保障续航,哪能支持这么多载波这么大带宽啊嘤嘤嘤!

所以,截止现在,即使是高端的4G手机,也就支持到5载波聚合,最大100MHz带宽。随着5G的到来,4G已成为明日黄花,人老珠黄,奔冷宫而去,自然没人愿意再给4G投资升级了,最大支持32载波也只能停留在纸面上。

到了5G时代,载波带宽有了更大的扩展。

Sub6G频谱每载波最大需要支持100MHz,毫米波甚至每载波达到了400MHz!这听起来似乎还是没有达到4G的640MHz大嘛。可是别忘了,这只是单载波,协议还规定5G可以支持最多16个载波聚合!

掐指一算,5G竟然最大需要支持1.6GHz到6.4GHz的超大频谱带宽!这样一来,别说手机受不了了,连基站要支持起来也费劲啊。

二、为什么需要BWP?

虽然频谱带宽越大,能支持的峰值速率也就越高,可是,人不能因为走得太远,就忘记了当初为什么要出发。我们来看看5G的初心是什么。

我们再来看看下面这张经典的5G应用场景图。也就是说,5G要满足三角形顶点所描述的三个场景:eMBB,mMTC,uRLLC。

1、eMBB:增强型移动宽带------网速要快一些,快一些,再快一些!

2、mMTC:大规模机器类型通信------不但人通信,5G时代机器也要相互通信,万物互联,需要智慧城市,智慧家庭等各种各样的物联网应用!

3、uRLLC:超可靠和低延迟通信------工业自动化,自动驾驶等场景是未来的趋势!

超大频谱带宽,只使用于eMBB场景,而mMTC和uRLLC这样的物联网垂直行业场景,往往并不需要太高的速率,也就不需要太大的带宽。

也就是说,从5G开始,手机已不再是最主要的终端类型,更多的是智能水表,电表,智能空调,无人机,自动驾驶汽车,工业机器人等等,它们需要的可能并不是高下载速率,而是低成本,大连接,低时延,高可靠性等等,不一而足。

在这种情况下,强制让所有的终端(注意,手机只是5G的诸多类型的终端之一)都支持大带宽,搞一刀切这样的粗放管理是非常不经济的。

就算是手机,常见的高频应用,如电话、即时通信(微信)、在线游戏和小视频流的业务速率都不高,用一个5MHz或更小的载波就满足业务承载。

由于终端的发射功率普遍不高(也不可能高),如果在很大的频谱上发射信号的话,就把有限的功率分散到了很大的带宽上,导致能量过于分散(功率谱密度低),严重影响上行覆盖,这点在物联网终端上体现地非常明显。

并且,物联网终端由于数量非常大,速率低,且对成本非常敏感,比如NB-IoT终端就希望成本低于5美金,而5G万物互联的目标是每平方公里达到百万个连接,这就需要对终端的成本进行更近一步的降低,没有必要支持大带宽。

基于上面这些考虑,5G引入了BWP的概念。BWP的全称是Bandwidth Part,直观的理解就是"部分带宽"。这样一来,终端不需要支持整个5G载波带宽,拿出其中一小段来就可以使用5G服务了!

三、BWP有什么作用?

BWP相当于把5G的频谱在一定的时间内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小区内部又划分出了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。

上图直观地表达了一个BWP分配的例子。其中蓝色的矩形表示BWP1,带宽大,但持续的时间短;绿色的矩形表示BWP2,其带宽小,但持续的时间长;橙色的矩形表示BWP3。

第一个时刻,手机正在下载游戏安装包文件,需要较高的速率,因此系统给手机配置了一个大带宽的BWP(BWP1);

第二时刻,手机在进行在线游戏,需要的流量较小,因此系统给手机配置了一个小带宽的BWP(BWP2),满足其游戏的上下行速率需求即可;

第三时刻,系统发现BWP1所在带宽内遭遇了很强的突发性外部干扰,信号质量急剧恶化,无法满足手机的上网需求了,于是紧急给UE配置了一段新的带宽(BWP3)。

一个终端最大可以支持4个BWP,但同时只能有一个处于激活状态。这样一来就实现了频谱资源的按需使用,不必像4G一样,手机必须在整个载波带宽上工作,更加灵活,也更加省电。

BWP本质上属于5G在空口资源的切片,上面例子中是一个终端内部的BWP的切换,实际上,由于不同BWP的参数集可以不同,它们可以用于完全不同的场景,如下图所示。

看起来铁板一块的5G载波,实际在内部可以进行灵活的BWP分配来实现切片,灵活支持eMBB,mMTC和uRLLC这三种最为典型的5G业务。

BWP,作为5G最关键的核心技术之一,在当前手机eMBB的躁动沉寂之后,必将在后续的垂直行业应用中大放异彩。

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