5GNR网络关键技术：移动性管理、功耗优化与用户设备能力解析

# 5G NR网络关键技术：移动性管理、功耗优化与用户设备能力解析 ## 1. 波束级移动性 在5G新空口（NR）网络中，波束级移动性是一项重要的技术。与传统的移动性管理不同，波束级移动性无需显式的RRC（无线资源控制）信令来触发切换。具体来说，gNB（下一代基站）会通过RRC信令为UE（用户设备）提供测量配置，其中包含同步信号块（SSB）/信道状态信息参考信号（CSI - RS）资源及资源集的配置、报告内容，以及用于触发信道和干扰测量与报告的触发状态。 波束级移动性主要在较低层通过物理层和MAC（媒体接入控制）层的控制信令来执行，RRC层无需时刻知晓当前使用的是哪个波束。基于SSB的波束级移动性依赖于与初始下行带宽部分（DL BWP）相关联的SSB，并且只能针对初始DL BWP以及包含与初始DL BWP相关联的SSB的DL BWP进行配置。对于其他DL BWP，波束级移动性只能基于CSI - RS测量来实现。 ## 2. 用户设备能力 ### 2.1 数据速率能力 NR中的UE能力不依赖于UE类别。与LTE不同，NR的UE类别与固定的峰值数据速率相关联，主要用于市场目的，不会向网络发送这些类别信息。网络会根据UE支持的频段组合以及基带能力（如调制方案和多输入多输出（MIMO）层数）来确定UE支持的上行和下行数据速率。 为了限制信令开销，gNB可以要求UE提供特定频段的NR能力。当UE响应时，如果某些请求的频段组合对应的UE能力相同，UE可以跳过这些子集的报告。 NR为给定频段或频段组合中的聚合载波数量定义了近似（峰值）数据速率，计算公式如下： \[D_{NR}=10^{-6}\sum_{j = 1}^{J}\frac{v_{layer}^{(j)}Q_{m}^{(j)}f^{(j)}R_{max}}{12N_{PRB}^{(j)}(\mu)T_{s}(\mu)}(1 - \alpha^{(j)})\]（Mbps） 其中各参数含义如下： |参数|含义| | ---- | ---- | | \(J\) | 频段或频段组合中聚合的分量载波数量 | | \(R_{max}=\frac{948}{1024}\) | 固定值 | | \(v_{layer}^{(j)}\) | 下行由高层参数“maxNumberMIMO - LayersPDSCH”给出的最大支持层数，上行由高层参数“maxNumberMIMO - LayersCB - PUSCH”和“maxNumberMIMO - LayersNonCB - PUSCH”给出 | | \(Q_{m}^{(j)}\) | 下行由高层参数“supportedModulationOrderDL”给出的最大支持调制阶数，上行由高层参数“supportedModulationOrderUL”给出 | | \(f^{(j)}\) | 由高层参数“scalingFactor”给出的缩放因子，取值为1、0.8、0.75和0.4 | | \(\mu\) | 编号（一种正交频分复用（OFDM）参数） | | \(T_{s}(\mu)\) | 编号为\(\mu\)时子帧内的平均OFDM符号持续时间，对于正常循环前缀，\(T_{s}(\mu)=0.014\times2^{-\mu}\) | | \(N_{PRB}^{(j)}(\mu)\) | 编号为\(\mu\)时，带宽\(BW^{(j)}\)中的最大资源块分配，其中\(BW^{(j)}\)是UE在给定频段或频段组合中支持的最大带宽 | | \(\alpha^{(j)}\) | 估计的开销，取值如下：<br> - 下行频段范围（FR）1：0.14 <br> - 下行FR2：0.18 <br> - 上行FR1：0.08 <br> - 上行FR2：0.10 | 需要注意的是，对于使用补充上行链路（SUL）的小区，只计算上行或补充上行载波中数据速率较高的那个。 近似最大数据速率可以通过计算每个支持的频段或频段组合的近似数据速率，并取其中的最大值来得到。对于LTE在双连接情况下，给定频段或频段组合中聚合载波数量的近似数据速率计算公式为： \[D_{MR - DC}=10^{-3}\sum_{j = 1}^{J}TBS_{j}\]（Mbps） 其中，\(J\)是多无线双连接（MR - DC）频段组合中聚合的LTE分量载波数量，\(TBS_{j}\)是基于UE支持的第\(j\)个载波的最大MIMO层数、调制阶数以及第\(j\)个载波带宽内的物理资源块（PRB）数量，在1ms传输时间间隔（TTI）内接收到的DL - SCH传输块的总最大比特数。近似最大数据速率同样通过计算每个支持的频段或频段组合的近似数据速率，并取最大值得到。对于MR - DC，近似最大数据速率是NR和LTE的近似最大数据速率之和。 ### 2.2 第二层缓冲区大小 总第二层缓冲区大小是另一个UE能力属性，定义为UE能够在所有无线承载的无线链路控制（RLC）传输窗口、RLC接收和重排序窗口以及分组数据汇聚协议（PDCP）重排序窗口中存储的字节数之和。 在MR - DC和NR - DC场景下，总第二层缓冲区大小是基于以下两个公式计算值的最大值： \[MaxULDataRate_{MN}\times RLCRTT_{MN}+MaxULDataRate_{SN}\times RLCRTT_{SN}+MaxDLDataRate_{SN}\times RLCRTT_{SN}+MaxDLDataRate_{MN}\times RLCRTT_{SN}+X2/Xn_{delay}+Queuing_{inSN}\] \[MaxULDataRate_{MN}\times RLCRTT_{MN}+MaxULDataRate_{SN}\times RLCRTT_{SN}+MaxDLDataRate_{MN}\times RLCRTT_{MN}+MaxDLDataRate_{SN}\times RLCRTT_{MN}+X2/Xn_{delay}+Queuing_{inMN}\] 在其他场景下，总第二层缓冲区大小计算公式为： \[MaxDLDataRate\times RLCRTT + MaxULDataRate\times RLCRTT\] 需要注意的是，上述公式未考虑数据预处理所需的额外第二层缓冲区。总第二层缓冲区大小是为每个频段组合和支持的MR - DC或NR频段组合中的适用特征集组合计算得到的所有值中的最大第二层缓冲区大小。NR小区组的RLC往返时间（RTT）对应于频段组合和适用特征集组合中支持的最小子载波间隔（SCS）编号。NR规范规定： - 如果辅小区组（SCG）是NR，\(X2/Xn_{delay}+Queuing_{inSN}=0\)；如果SCG是LTE，\(X2/Xn_{delay}+Queuing_{inSN}=55\)ms。 - 如果主小区组（MCG）是NR，\(X2/Xn_{delay}+Queuing_{inMN}=25\)ms；如果MCG是LTE，\(X2/Xn_{delay}+Queuing_{inMN}=55\)ms。 - LTE小区组的RLC RTT为75ms，NR小区组的RLC RTT根据子载波间隔在20 - 50ms之间变化。 ### 2.3 完整性保护数据无线承载（DRB）的最大支持数据速率 完整性保护DRB的最大支持数据速率是在非接入层（NAS）指示的UE能力，最小值为64kbps，最大值为UE支持的最高数据速率。如果完整性检查失败（例如，由于错误或缺失的消息认证码 - I（MAC - I）），接收的PDCP实体将丢弃相应的协议数据单元（PDU）。 ## 3. 不连续接收和节能方案 ### 3.1 DRX机制概述 当UE处于RRC_CONNECTED状态时，会监控物理下行控制信道（PDCCH）。这一活动由为UE配置的不连续接收（DRX）和带宽自适应方案控制。当配置了带宽自适应时，UE只需在活动BWP上监控PDCCH，而无需在整个小区的下行频率上进行监控。BWP不活动定时器（独立于DRX不活动定时器）用于将活动BWP切换回默认BWP。该定时器在成功解码PDCCH时会重新启动，当定时器到期时，会切换到默认BWP。 当配置了DRX时，UE无需持续监控PDCCH。DRX机制由以下参数表征： - **开启持续时间（On - duration）**：UE期望接收PDCCH的时间间隔。如果UE成功解码PDCCH，它将保持唤醒状态并启动不活动定时器。 - **不活动定时器（Inactivity timer）**：从最后一次成功解码PDCCH开始，UE等待成功解码PDCCH的时间间隔。如果解码失败，UE可以进入睡眠状态。UE仅在首次传输成功解码PDCCH时重新启动不活动定时器（不包括重传）。 - **重传定时器（Retransmission - timer）**：直到可以预期重传的时间间隔。 - **周期（Cycle）**：定义开启持续时间之后可能的不活动周期的周期性重复。 - **活动时间（Active - time）**：UE监控PDCCH的总持续时间，包括DRX周期的开启持续时间、不活动定时器运行时UE进行连续接收的时间，以及UE等待重传机会时进行连续接