5G NR V2X物理层结构和流程
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2023-09-25 21:45:42
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NR V2X网络中,至少定义了PSCCH和PSSCH。PSCCH至少携带解码PSSCH所需的信息。

Physical sidelink control channel (PSCCH)

考虑到NR V2X的可靠性要求,基于SCI在时域和频域重复的PSCCH设计在可靠性和时延方面具有优势。为了提高NR-PSCCH传输的可靠性,在FDM-SA和数据复用结构的情况下,可以分配更多的prb。为了实现紧急轨迹对准的低延迟(例如3毫秒),TDM SA和数据多路复用结构是有益的,因为PSSCH可以比在具有PSCCH的FDM中更快解码。在这种情况下,可以为PSCCH传输分配多个符号。除了简单的重复之外,还可以考虑引入类似于NR-PDCCH设计的聚合级别。

在TS 36.212中,为V2X调度信息指定了SCI format 1。由于LTE V2X中仅指定了物理层广播,因此SCI format 1中包含了用于初始传输和重传的资源分配。在这里,重传基于盲重传或重复,而不触发反馈。

为了支持单播、群播和广播传输及其在NR V2X中可能的同时使用,应基于反馈的重传。接收器需要知道反馈定时资源。可以应用同步反馈,以便根据帧结构配置预定义反馈定时。另一种选择是异步反馈,其中时间在SCI中指示。异步反馈更灵活,以适应不同的传输延迟服务要求。如果需要多个HARQ进程,则SCI中还需要包括HARQ进程编号和新的数据指示器。

其他考虑包括努力降低NR UE的盲解码复杂度,例如,可以研究不同SCI格式的支持,以管理UE内服务多路复用的SCI解码复杂度。还应研究SCI格式的其他改进,包括支持UE间和UE内服务多路复用的预指示或抢占,以及用于链路自适应的按需CSI报告。

Physical sidelink feedback channel (PSFCH)

在LTE-V2X中,PSCCH和PSSCH仅定义为分别承载sidelink调度分配和数据,其中一个SA与一个数据相关联,并且在任何sidelink信道上都没有反馈。对于NR sidelink HARQ-ACK机制,接收UE在数据接收后可能没有要发送回发送UE的数据,因此可能没有可用于反馈搭载的PSSCH资源。如果存在反向PSSCH传输,由于应用程序(和上层)通信量的不可预测性,无法确保其到达的时间范围能够满足许多V2X用例中的延迟约束。

因此,定义了一个专用信道来承载反馈,其设计和配置适合于尽快传输,尤其是A/N。PSFCH的资源必须与PSSCH/PSCCH分离,以减少半双工问题,因为A/N丢失对系统和链路效率有严重影响。PSFCH还可用于其他有价值的目的,例如发送包括车辆相关信息(例如多普勒和延迟扩展)的CSI信息,以改善链路性能。

Physical sidelink discovery channel (PSDCH)

NR V2X将支持需要发现过程的单播和群播通信。可以选择在附近发现其他UE以建立sidelink:

  • Option 1:通过收听其他UE广播的安全消息来发现其他UE。此选项使安全消息的作用过载。该选项的主要缺点是,传输安全消息的UE可能对建立单播/群播通信的sidelink不感兴趣。例如,在拥挤区域的V2X场景中,可能有大量UE广播安全消息,但它们对建立单播/广播的侧链不感兴趣。然后,接收到安全消息的UE需要发送大量连接请求,以找出其附近的哪些UE有兴趣建立sidelink,这将导致不必要的连接请求流量过大。另一种选择是在安全消息上携带此类信息,这将限制/复杂重要安全消息的设计和发现过程。
  • Option 2:通过收听在专用于发现信号的信道上广播的消息来发现其他UE。此选项避免了上述缺点,并允许灵活的发现设计。发现消息的内容(例如id、关于sidelink连接的信息、关于随后的信令的信息等)以及为单播/广播建立sidelink的信令/握手需要进一步研究。

Waveform

候选波形有CP-OFDM、DFT-s-OFDM。

在NR Rel-15中,虽然上行支持OFDM和DFT-S-OFDM,但DFT-S-OFDM的使用主要针对链路预算有限的场景,例如小区边缘UE和具有相当大路损的UE。因此,NR仅支持使用DFT-S-OFDM的单层传输。与上行相比,SL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。另一方面,CP-OFDM支持控制和数据的多层传输。

DFT-S-OFDM比CP-OFDM具有更低的峰均功率比,尤其是对于低调制阶数。这在某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,这并不是一个重要问题。此外,DFT-S-OFDM对链路性能有重大影响。图1显示了根据TR 37.885的链路级假设,对于编码率为0.5的16-QAM和编码率为0.6的64-QAM,DFT-s-OFDM与CP-OFDM的性能比较。可以看出,16-QAM的最大衰减约为1 dB,64-QAM的最大衰减约为2 dB。考虑到增加范围对V2X来说并不是一个真正的问题,因此没有必要产生这样的链接惩罚。因此,CP-OFDM足以作为所有NR sidelink信道的唯一波形。




Cyclic prefix 长度

对于NR Uu,定义了正常和扩展循环前缀,其中ECP可应用于60 kHz SCS。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错误。传播延迟导致的同步误差可能很大。例如,60 kHz NCP的长度为1.17μs,对应于351 m的距离,这不足以满足某些应用的通信范围(例如NR V2X要求有时需要500/800/1000m的通信范围)。注意,CP必须适应信道延迟扩展,因此实际上的通信范围将小于351m。UE可能依赖不同的numerology,例如,15 kHz的SCS具有4.7μs的正常CP,以支持更大的通信范围,然而,扩展CP应至少支持60 kHz,对于UE以非常高的速度和非常低的延迟要求移动,并且不是目标的用例,以支持更长的sidelink通信范围。

帧结构

NR Uu口支持具有不同技术需求和场景的eMBB和URLLC用例。为了适应这些差异很大的要求,框架结构被设计为灵活的。NR Uu口时隙可以配置为仅下行时隙、仅上行时隙或灵活时隙。NR Uu口时隙配置可以通过小区特定信令、UE特定RRC信令或具有SFI-RNTI的组公共DCI来完成。

子帧配置的灵活性对于支持NR V2X中所需的用例集至关重要。此外,帧结构必须能够适应sidelink和Uu口共享同一载波的情况。符号级的Uu和SL复用允许快速调度sidelink(时隙开始时下行符号中的DCI)并立即反馈给gNB,因此能够在目标时延边界内进行多次自适应重传,例如端到端3ms。因此,现有的NR时隙结构作为V2X设计的起点。NR V2X需要支持SL-only和统一Uu&SL时隙,如图2和图3所示(SL中包括AGC符号、gap符号等)。



时隙和符号的NR Uu口配置可以重用,时隙/符号在每个小区基础上配置为“flexible”,并在每个UE基础上覆盖,或使用SFI-RNTI将公共DCI分组。

由于NR sidelink在物理层支持可靠的单播和群播传输,因此以有效的方式发送和接收HARQ ACK/NACK至关重要。

BWP

在NR Release-15中引入了BWP的概念,其中UE可以支持由网络配置的多达四个BWP,并且对于UE只有一个下行BWP和一个上行BWP可以是激活的。此外,预计UE不会在激活BWP之外发送或接收。NR BWP设计使具有不同射频能力的UE能够在一个载波中共存,并帮助UE节能,例如,UE可以通过BWP切换动态调整其工作射频带宽。

以下是 BWP的好处:

(1) 支持具有不同SL RF能力的UE

在LTE-V2X中,定义了最大20 MHz载波带宽/射频带宽。在R15 LTE-V2X中,支持sidelink的载波聚合。对于带内连续CA,一个宽带RF可用于支持多个载波。因此,LTE车辆的射频能力可能支持不同的带宽,例如20 MHz、40 MHz、60 MHz等。对于R16 NR-V2X,对于共享许可载波中的sidelink传输,一个具有20 MHz/40 MHz能力的射频链可能用于重用现有LTE射频模块并平滑演进。对于共享许可载波,在R15中,低于6 GHz的最大载波带宽为100 MHz,并且可能在将来增加。因此,应在NR V2X中指定SL BWP,以限制载波中的发射/接收RF 带宽。



(2) 支持Uu和SL传输在共享许可载波中共存

对于共享载波情况,其中SL资源位于上行载波中,SL传输(接收)将限制在活动BWP内。此外,由于Uu口和sidelink传输在信道特性、多普勒频谱等方面不同,因此系统必须足够灵活,以便Uu和SL BWP可以不同。考虑到Uu和SL的延迟要求,NR还可以支持Uu和sidelink信号的联合传输,例如,UE可以同时发送Uu的PUCCH和SL-PSCCH/PSSCH,并且可能具有不同的numerology。

对于SL传输,在LTE V2X中讨论了上行和SL Tx之间的独立Tx链和共享Tx链。在NR V2X中,如图5所示,共享许可载波和专用NR载波中SL射频能力的以下三种情况。

  • Case 1:UL-Tx和SL-Tx在共享的许可运营商中共享一个Tx-RF链
  • Case 2:UL-Tx和SL-Tx在专用许可运营商中使用单独的Tx-RF链
  • Case 3:UL-Tx和SL-Tx在不同的载波中使用单独的Tx-RF链。

对于case 1,为了同时传输UL和SL,应在共享射频链的带宽内配置UL BWP和SL BWP,一种简单的方法是在UL BWP内配置SL BWP;对于UL和SL的TDM传输,可以灵活配置UL BWP和SL BWP的位置,但应考虑UL BWP和SL BWP之间的切换延迟。对于case2和case3,可以独立配置UL BWP和SL BWP。

对于SL接收,在LTE中,作为最低要求,UE除了一个用于Uu接收外,还需要一个用于基于PC5的V2X的Rx链。NR UE可以将该接收能力作为基线,然后NR SL UE可以在DL BWP和SL BWP中同时接收。

此外,NR V2X SID力求为许可共享载波和专用载波提供通用的侧链设计,因此也应在专用SL载波中定义SL BWP。



(3) 支持灵活的sidelink numerology

NR Uu口支持具有不同子载波间隔的可配置numerology。BWP的一个优点是,它支持不同numerology的多路复用。由于NR V2X有一组非常不同的业务类型,因此UE可以同时支持多个服务。此外,一些UE可能以低速移动,其中15 kHz子载波间隔工作良好,而其他高速UE将受益于更大的子载波间隔。此外,V2X服务范围广泛,从几米到1000米以上。例如,60 kHz正常CP只能实现351m的最大范围,而15kHz正常CP numerology可以实现1km以上的范围。



(4) 支持SL UE节能

对于NR V2X,可以考虑频域机制,例如动态SL BWP切换以调整SL RF带宽,以降低UE功耗,这对于行人UE设计尤其相关。

RS design

与LTE V2X中的DMRS设计不同,NR V2X应考虑波形、SCS、PSCCH和PSSCH复用等。

很明显,SL将需要DMRS,设计将需要考虑适用于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 Uu CSI-RS设计为起点。还需要考虑其他sidelink RS,例如SRS、PT-RS,以及可能的AGC训练信号。

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