Bảng 3.7 : Các băng tần số hoạt động của Phiên bản 16 NR trong FR2
3.2 LỚP VẬT LÝ
3.2.2 Kênh và tín hiệu đường lên
Các kênh và tín hiệu đường lên (UL) được các UE truyền đến một hoặc nhiều tế bào dịch vụ. Các kênh vật lý UL sau đây đã được định nghĩa trong Phiên bản 15 và Phiên bản 16 để mang thơng tin có nguồn gốc từ các lớp cao hơn:
Kênh truy cập ngẫu nhiên vật lý (PRACH);
Kênh chia sẻ đường lên vật lý (PUSCH);
Kênh điều khiển đường lên vật lý (PUCCH).
Các chức năng của phần trên giống như trong LTE. Nghĩa là, PRACH được sử dụng để bắt đầu quy trình truy cập ban đầu hoặc để khơi phục đồng bộ thời gian với gNB và cũng để bắt đầu quy trình khơi phục lỗi chùm tia. PUSCH mang dữ liệu UL (các khối vận chuyển) và/hoặc thông tin điều khiển đường lên (UCI), trong khi PUCCH truyền tải UCI. Nhiều kênh và tín hiệu UL có thể được truyền đồng thời trong trường hợp kết nối kép, chịu các hạn chế về cơng suất UE.
Các tín hiệu tham chiếu UL (RSs) sau đây khả dụng:
Các tín hiệu tham chiếu giải điều chế (DM-RS);
Các tín hiệu tham chiếu theo dõi pha (PT-RS);
Tín hiệu tham chiếu âm thanh (SRS).
Vai trị của RSs là tạo điều kiện thuận lợi cho việc ước lượng kênh UL cùng với việc phát hiện và giải mã các kênh vật lý UL bằng gNB. DM-RS được bao gồm với truyền dẫn PUCCH và PUSCH để hỗ trợ giải điều chế của chúng, trong khi SRS được sử dụng để phát âm thanh kênh (tức là, gNB có thể suy ra
trạng thái kênh DL sau khi sử dụng SRS để ước lượng kênh UL). Trong khi DM-RS và SRS có các bản sao trong LTE, một bổ sung mới trong NR là PT-RS. Các hệ thống OFDM nói chung phải xử lý các độ lệch giữa các bộ dao động tần số gNB và UE do các thành phần phần cứng không lý tưởng. Việc bù tần số và dẫn đến mất tính trực giao của sóng mang dẫn đến một hiệu ứng được gọi là hiệu ứng tạp âm pha trên các sóng mang con OFDM.
Các hệ thống NR hoạt động ở các tần số sóng milimet đặc biệt dễ bị ảnh hưởng bởi cường độ (mật độ phổ công suất) của thang đo tạp âm pha với tần số dao động. Do đó, PT-RS được giới thiệu để theo dõi và bù tạp âm pha tại máy thu (trong trường hợp này là gNB). Một UE có thể được cấu hình chỉ để truyền PT-RS trong các khối tài nguyên được sử dụng cho PUSCH.
3.2.2.1 Kênh dữ liệu và điều khiển
Việc truyền dẫn PUSCH có thể được lập lịch động thông qua thông tin điều khiển đường xuống (DCI) được gửi trên PDCCH hoặc được xác định trước thông qua một sự cho phép đã được cấu hình (CG). Khi một UE nhận được một sự cho phép đường lên động ở định dạng DCI 0_0 (từ mã UL đơn) hoặc định dạng DCI 0_1 (hai từ mã UL) và nó nhận được cả việc gán tài nguyên miền tần số và gán miền thời gian của truyền dẫn PUSCH tương ứng. Không giống như LTE, các tài nguyên PUSCH NR được ánh xạ theo phương pháp đầu tiên là tần số, sau đó là thời gian, cho phép máy thu bắt đầu giải mã trên cơ sở mỗi symbol thay vì chờ để nhận toàn bộ khe đầu tiên. Các tài nguyên trên miền tần số nằm trong băng thơng của BWP UL đang hoạt động và có thể bao gồm nhảy tần nếu được chỉ ra trong DCI. Hai sơ đồ phân bổ tài nguyên đường lên loại 0 và loại 1 thì được hỗ trợ. Loại phân bổ mà xác định UE thực hiện việc gán tài nguyên trên miền tần số trong DCI như thế nào và được chỉ ra trong DCI hoặc được cấu hình bởi RRC. Trong loại 0, một ánh xạ bit biểu thị các nhóm khối tài nguyên (RBG) được phân bổ cho UE lập lịch thì được truyền tải với một bit cho mỗi nhóm khối tài nguyên UL (RBG), sao cho tất cả các RBG đều có thể xử lý được cho một UE. Một RBG chứa từ 2 đến 16 khối tài nguyên ảo liên tiếp (VRB) và được xác
định bởi các lớp cao hơn. Một VRB có thể trùng hoặc khơng trùng với PRB có cùng số, tùy thuộc vào cách phân bổ tài nguyên được biễu diễn. Trong loại 1, giá trị chỉ số tài nguyên (RIV) truyền tải một khối tài nguyên ảo và độ dài theo các khối tài nguyên được phân bổ liền kề. Do đó, NR loại 0 tương ứng với phân bổ UL LTE loại 0, trong khi NR loại 1 tương ứng với phân bổ UL LTE loại 2.
Đối với PUSCH được lên lịch động, tài nguyên trên miền thời gian là các khe, SLIV chỉ báo bắt đầu và độ dài trong khe đó hoặc trực tiếp là symbol bắt đầu S và độ dài phân bổ L trong các symbol liên tiếp bắt đầu từ S, trong đó một sự bù khe K2 từ khe mang thông tin điều khiển đường xuống lập lịch (DCI) được sử dụng để trỏ đến khe PUSCH. Bốn bit trong phép gán miền thời gian trong DCI được sử dụng để trỏ đến một chỉ số hàng của bảng mặc định hoặc được cấu hình để truyền tải thơng tin bù khe K2, SLIV hoặc (S, L) và loại ánh xạ PUSCH (loại A hoặc loại B). Mỗi bảng mặc định và bảng cấu hình RRC có 16 hàng, bảng cấu hình RRC được truyền tải qua PUSCH-TimeDomainResource
AllocationList. Nếu SLIV lấy từ bảng được cấu hình, UE sẽ tính symbol bắt đầu
S và độ dài L như định nghĩa, nếu không UE sẽ lấy S và L trực tiếp từ bảng mặc định. Loại ánh xạ PUSCH xác định sự bắt đầu các phần tử tài nguyên theo miền thời gian của PUSCH, cũng như vị trí của DM-RS, ví dụ theo định nghĩa S = 0 cho ánh xạ loại A (PUSCH dựa trên khe) trong khi S = 2, 4, 8 được phép cho ánh xạ loại B (PUSCH không dựa trên khe).
Truyền dẫn PUSCH CG là tuần hoàn và có thể được cấu hình loại 1 hoặc loại 2. Trong loại 1, tài nguyên thời gian-tần số cùng với tất cả các tham số khác được cấu hình bởi các lớp cao hơn (ConfiguredGrantConfig). Trong loại 2, một phần của các tham số (CS-RNTI, tính tuần hồn và số lượng quy trình HARQ) được cấu hình bởi các lớp cao hơn trong khi các tham số cịn lại có thể được cập nhật tự động qua DCI gửi đến CS-RNTI. Khi một sự cho phép đường lên được cấu hình đang hoạt động, nếu UE khơng thể tìm thấy C-RNTI/CS-RNTI của nó trên PDCCH(s) thì có thể thực hiện truyền dẫn đường lên theo sự cho phép đường lên được cấu hình. Mặt khác, nếu UE tìm thấy C-RNTI/CS-RNTI của nó
trên PDCCH(s) thì phân bổ PDCCH sẽ ghi đè lên sự cho phép đường lên được cấu hình.
Khơng giống như PUCCH LTE nằm ở rìa của băng thơng sóng mang và có thời gian và độ dài cố định, PUCCH NR thì linh hoạt trong phân bổ thời gian và tần số. Các định dạng PUCCH 0 và 2 có độ dài tối đa hai symbol và được gọi là PUCCH ngắn, trong khi các định dạng PUCCH khác có độ dài từ 4 đến 14 symbol và được gọi là PUCCH dài. Nhảy tần trong một khe có thể được cấu hình cho các định dạng PUCCH 1, 3 và 4. Ghép kênh nhiều người dùng trên cùng tài nguyên thời gian và tần số chỉ được hỗ trợ cho định dạng PUCCH 0, 1 và 4 bằng các dịch chuyển theo chu kỳ khác nhau hoặc mã bảo vệ trực giao (OCC) như áp dụng. Danh sách các định dạng PUCCH Phiên bản 15 được thể hiện trong bảng 3.2.
Bảng 3.2: Các định dạng PUCCH NR.
Định dạng Độ dài trong các Số lượng các bit
Số lượng RBs
PUCCH symbol OFDM tải
0 1 - 2 ≤ 2 1
1 4–14 ≤ 2 1
2 1 - 2 > 2 ≥ 1
3 4–14 > 2 ≥ 1
4 4–14 > 2 1
Một UE có thể được cấu hình tối đa bốn bộ tài ngun PUCCH, trong đó mỗi bộ tài nguyên bao gồm tối đa 32 tài nguyên PUCCH, mỗi tài nguyên PUCCH có một chỉ số tài nguyên tương ứng là định dạng PUCCH, symbol đầu tiên, độ dài, sự bù PRB, thông tin nhảy tần và bộ chỉ số dịch chuyển theo chu kỳ. Bộ tài nguyên PUCCH được cung cấp bởi tham số lớp cao hơn bộ tài nguyên PUCCH và được liên kết với chỉ số bộ tài nguyên PUCCH. Do đó, UE truyền UCI phải xác định bộ tài nguyên đầu tiên (nếu nhiều bộ được cấu hình), tiếp theo là tài nguyên PUCCH. Chỉ số bộ tài nguyên được xác định dựa trên số lượng bit UCI là NUCI được truyền, nghĩa là bộ tài nguyên 1 nếu NUCI ≤ 2, bộ tài
Tiếp theo, việc xác định tài nguyên PUCCH dựa trên trường chỉ số tài nguyên PUCCH ở định dạng DCI 1_0 hoặc DCI 1_1 gần nhất mà UE phát hiện được và UE sẽ truyền thông tin HARQ-ACK tương ứng trong PUCCH. Cuối cùng, khe thời gian để truyền PUCCH dựa trên việc UCI có chứa HARQ-ACK/NACK hay là một bản CSI định kỳ/bán định kỳ. Đối với phản hồi HARQ-ACK/NACK, UE phát hiện định dạng DCI 1_0 hoặc định dạng DCI 1_1 lập lịch cho việc tiếp nhận PDSCH kết thúc ở khe thứ n, UE cung cấp thông tin HARQ-ACK tương ứng trong việc truyền PUCCH trong khe n + k, trong đó k là số khe và được biểu thị bằng chỉ số thời gian từ PDSCH đến HARQ ở định dạng DCI, nếu có hoặc được cung cấp bởi tham số lớp cao hơn dl-DataToUL-ACK. Đối với bản CSI định kỳ hoặc bán định kỳ, khe PUCCH được cấu hình bởi các lớp cao hơn.
3.2.2.2 Kênh và thủ tục truy cập ngẫu nhiên
Để truyền PRACH trong suốt quá trình truy cập ban đầu, UE nhận được cấu hình của các tham số truyền dẫn (định dạng mở đầu PRACH, tài nguyên thời gian và tài nguyên tần số để truyền dẫn PRACH) từ thông tin hệ thống được quảng bá bởi tế bào (SIB1 hoặc RMSI). Chuỗi mở đầu PRACH NR có thể có độ dài 839 hoặc 139 và dựa trên chuỗi Zadoff-Chu, tương tự như LTE. Trong Phiên bản 15 thì 9 định dạng PRACH (A1, A2, A3, B1, B2, B3, B4, C0, C2) với chuỗi mở đầu khác nhau và khoảng thời gian trước chu kỳ là có sẵn cho các chuỗi có độ dài là 139 và bốn định dạng PRACH (0, 1, 2, 3) là có sẵn cho các chuỗi có độ dài là 839. Mạng có thể cấu hình các tham số PRACH phù hợp dựa trên trường hợp triển khai.
Truy cập ngẫu nhiên ban đầu chỉ có thể được truyền trong các tài nguyên thời gian (SFN, số khung con, symbol bắt đầu) được cung cấp bởi tham số lớp cao hơn prach-ConfigurationIndex (256 khả năng) và trong tài nguyên tần số được cung cấp bởi tham số lớp cao hơn msg1-FrequencyStart là phần bù của việc truyền PRACH được đánh số thấp nhất trong miền tần số tương ứng với PRB 0 và có thể trỏ đến bất kỳ PRB bắt đầu nào trong băng thông hệ thống. Đa số các trường hợp PRACH (1, 2, 4 hoặc 8) có thể được ghép kênh trong miền
tần số trong cùng một khe PRACH, không giống như LTE và được đánh số theo thứ tự tăng dần.
Vậy làm thế nào để UE chọn tài nguyên miền thời gian để truyền PRACH từ các trường hợp hợp lệ được chỉ ra bởi prach-ConfigurationIndex? Một UE được cung cấp N khối SS/PBCH được kết hợp với một khả năng PRACH (N ∈
{1/8, 1/4, 1/2, 1, 2, 4, 8, 16}, trong đó N = 1/8 cung cấp một khối SS/PBCH được liên kết với tám khả năng PRACH) và một số R của phần mở đầu dựa trên sự tranh chấp trên mỗi khối SS/PBCH cho mỗi trường hợp PRACH hợp lệ bằng tín hiệu lớp cao hơn. Sau khi đo đạc nhiều khối SS/PBCH, UE truyền PRACH vào PRACH tương ứng với khối SS/PBCH chất lượng cao nhất. Điều này cho phép gNB suy ra hướng chùm tối ưu cho các lần truyền dẫn DL tiếp theo để hồn tất quy trình truy cập ban đầu.
Hình 3.4. Quy trình truy cập ngẫu nhiên bốn bước cơ bản trong Phiên bản 15 và quy trình hai bước trong Phiên bản 16.
Quy trình truy cập ngẫu nhiên dựa trên sự tranh chấp để truy cập ban đầu bao gồm trao đổi thông điệp giữa UE và tế bào mà nó muốn kết nối. Trong quy trình NR Phiên bản 15 cơ bản, bốn thơng điệp được trao đổi theo bốn bước như trong Hình 3.4:
1. Phần mở đầu Msg1 được UE gửi đến gNB trên PRACH. Điều này thông báo cho gNB rằng UE đang cố truy cập vào tế bào.
2. Phản hồi truy cập ngẫu nhiên Msg2 (RAR) được gửi bởi gNB đến UE (s). RAR được lập lịch trên PDCCH được gửi đến một định danh tạm thời của mạng vô tuyến truy cập ngẫu nhiên (RNTI) và được truyền trên PDSCH. RAR mang một sự cho phép UL và thông tin trước về thời gian cho UE.
3. Msg3 mang theo một YÊU CẦU KẾT NỐI RRC được UE gửi trên sự cho phép UL được chỉ ra trong RAR.
4. Msg4 mang thông tin giải quyết tranh chấp được gửi bởi gNB trên PDSCH. Cần có sự giải quyết tranh chấp để xử lý trường hợp góc trong đó hai UE gửi cùng một lời mở đầu trong cùng một khe và có một sự khơng chắc chắn trong danh tính của UE mà gNB gửi tới RAR.
Như trong Hình 3.4, một quy trình truy cập ngẫu nhiên hai bước rút ngắn đã được giới thiệu trong Phiên bản 16 để giảm độ trễ truy cập ban đầu. Điều này cũng hữu ích cho hoạt động trong phổ tần khơng được cấp phép vì số lần truy cập kênh bị giảm đi một nửa. Một MsgA mới kết hợp với PUSCH phần mở đầu Msg1 và Msg3 được UE truyền đi trong bước đầu tiên. Sau đó MsgB từ gNB chứa thông tin giải quyết tranh chấp và tịnh tiến. Trong trường hợp MsgA khơng thể được giải mã hồn toàn bởi gNB, việc truy cập ngẫu nhiên bốn bước được thực hiện bằng cách gửi một RAR.
3.2.2.3 Các tín hiệu tham chiếu
Các vị trí miền thời gian của một hoặc hai symbol DM-RS PUSCH phụ thuộc vào loại ánh xạ PUSCH (loại-A hoặc loại-B, được mô tả trong mục 3.2.1), độ dài của truyền dẫn PUSCH và nhảy tần hoặc các vị trí DM-RS bổ sung (tối đa ba DM- RS bổ sung cho các khả năng tốc độ cao) được cấu hình bởi các lớp cao hơn. DM- RS PUSCH được tải trước theo nghĩa là symbol DM-RS đầu tiên được đặt ở đầu của truyền dẫn PUSCH để tạo điều kiện cho việc ước lượng kênh sớm.
DM-RS PUCCH thuộc các định dạng PUCCH 1, 2, 3 và 4 (định dạng PUCCH 0 là một chuỗi khơng được điều chế và do đó khơng cần giải điều chế) và vị trí trong miền thời gian của chúng phụ thuộc vào số lượng symbol PUCCH và có hay khơng nhảy tần nội khe được kích hoạt.
PT-RS PUSCH được UE truyền đi khi được cấu hình để tiếp tục truyền bởi các lớp cao hơn. Mật độ miền thời gian và miền tần số PT-RS được đặt ở giá trị mặc định hoặc được đảm bảo bởi các lớp cao hơn và là một chức năng của sơ đồ mã hóa và điều chế PUSCH (MCS) và phân bổ RB (số lượng PUSCH RB lớn
hơn dẫn đến mật độ miền tần số lớn hơn của PT-RS, trong khi MCS PUSCH cao hơn dẫn đến mật độ miền thời gian thấp hơn của PT-RS). Các symbol miền thời gian PT-RS được chọn để không trùng với các symbol DM-RS.
Các phần tử tài nguyên được sử dụng cho DM-RS và PT-RS luôn nằm trong phân bổ tài nguyên cho PUSCH và PUCCH tương ứng. PUSCH cùng tốc độ với các tín hiệu tham chiếu để tránh sự suy giảm hiệu suất giải mã, điều đó có nghĩa là ánh xạ tài ngun PUSCH tránh các vị trí RS thay vì bị chúng lược bớt.
Cuối cùng, tài nguyên SRS được cấu hình bởi các lớp cao hơn và trải dài 1, 2 hoặc 4 symbol liên tiếp trên mỗi UE. Việc truyền dẫn SRS có thể là định kỳ hoặc khơng định kỳ (được kích hoạt bởi DCI) và nhảy tần thì có thể được bỏ qua. Tương tự như LTE, nhiều UE có thể được cấu hình để truyền SRS trong cùng symbol và mỗi SRS của UE tuân theo sự dịch chuyển theo chu kỳ và cấu trúc hình lược trong miền tần số, trong đó đỉnh thể hiện các sóng mang con SRS là tất cả sóng mang con thứ hai hoặc sóng mang con thứ tư.
3.2.2.4 Phương pháp truyền dẫn
NR đạt được độ tin cậy cao và thông lượng cao ở lớp vật lý với sự hỗ trợ