Castle on a Cloud

在 上一篇文章 中, 我們介紹了 CCC 這個 Service Model 的設計目的, 接下來, 我們將介紹一些細節, 並針對一些特殊功能進行介紹, 首先, 我們先看一下 Cell level 和 Node level 的功能定義: 來自:  WG3-E2SM-CCC-R003 在上述的欄位中, 我們可以看到 CCC 主要對應於 CU/DU 功能, 並不包含 RU 的部分 (E2 介面其實不直接和 RU 通訊) 針對 Node level 和 Cell level 的差異, 我們以 DU 為例, 看一下 Table 8.8.2.1 和 8.8.1.2, 來自:  WG3-E2SM-CCC-R003 在表中, 我們可以看到 CU 主要是可以控制換手資訊, 可以控制的欄位多半在 Node level, 對 CU 直接進行控制, 相對的, DU 的控制主要是無線通訊的信令, 則集中在 Cell level 進行, 除此之外, 在表格的欄位中, 我們可以看到一個特殊欄位: is writable, 如果此欄位為 FALSE, 則代表此設定和其他設定有相依性, 不能由 RIC 修改, 但是, 我們也可以看到出現支援 Control Service, 但 writable 為 FALSE 的狀況, 對此, CCC SM 的解釋為, 此類欄位只能作為 Control 的參照 (reference),  不能作為修改的目標. 在本文的最後, 我們來看一下 CCC SM 和節能控制的關係, 定義在 O-CESManagementFunction 中 (Table 8.8.2.5), 來自:  WG3-E2SM-CCC-R003 其中, CES 代表 Cell Energy Saving,  在此功能項之下有三個欄位: cesSwitch, energySavingState, 與 energySavingControl, 前兩者對應於功能的開啟與關閉, 是唯讀的欄位 (Report), 最後一個欄位則是 CCC SM 可以控制的項位,  並要在 energySavingState = "isEnergySaving" 的條件下, 可以透過設定 "toBeEnergySaving" 和 "toBeNotEnergySaving&quo

在開始介紹 CCC (Cell Configuration and Control) 這個 Service Model 之前, 我們先來回顧一下 Service Model 的定義, 在 O-RAN 標準中, Service Model 對應於 E2 介面, 定義了 E2 Node (接取網路) 到 Near-RT RIC (控制器) 之前的資料格式. 不同的 Service Model 對應於不同的應用情境, 舉例來說, KPI Monitir (kpimon) 對應於接取網路的資訊收集, RAN Control (rc) 則對應於接取網路的控制. 因此, 當我們看到一個新的 Service Model 時, 應當想到的第一個問題是: 這對應於甚麼應用情境? 在 O-RAN 文件 (WG3-E2SM-CCC-R003) 中, 對此 Service Model 描述如下: “Cell Configuration and Control” which performs the following functionalities: - E2 REPORT services used to expose node level and cell level configuration information - E2 CONTROL services used to initiate control and/or configuration of node level and cell level parameters  和舊有的 RAN Control Service Model 相比, CCC 更著重在 Cell/ Node level 的控制, Cell level 的控制, 對應到基地台的功能, 例如: BWP (Bandwidth Parts) Node level 的控制, 則對應到基地台中的不同元件, 例如: CU, DU, 接著, 下一個關鍵的字詞是 configuration 的定義, 在同一份文件中, 定義如下: RAN Configuration Structures are groupings of RAN configuration attributes, which can either be based on the NRM defin

在上一篇文章中, 我們介紹介紹了一些 SRS 的基本特性, 接下來, 我們要在兩方稍微延伸下 SRS 的介紹, 在一開始, 我們先比較一下 SRS 在 4G 和 5G 的差異,  接著, 我們將看一下 SRS 訊號如何在 5G NR 中輔助定位進行. 首先, 當我們討論 4G 和 5G 的差異時, 最直接想到的就是波束成型 (beamforming) 技術的引入,  雖說, 波束成型的增益主要反映在基地台端 (較大天線陣列), 但對於 UE 端, 也可以在波束管理的階段, 透過 DMRS 提供上行通道估測, 針對沒有被分配到通訊資源的 UE (或是對應於未分配資源的頻帶), UE 可以透過 SRS 訊號, 讓基地台進行上行的通道估測. 考慮到 UE 通常天線數較少, 在 SRS 中直接以 antenna port 作為設置單位, 根據規範, 一共有以下選擇: 1T2R, 1T4R, 2T4R, T=R (1T1R, 2T2R, 4T4R)  根據不同的天線配置, SRS 也會有相對應的設定, 值得注意的是, 這裡的 Tx/Rx 指的是由 UE 角度出發,  以 1T2R 為例, 代表 UE 的兩根天線一次使用一根進行傳送,  基地台透過分接收這兩根天線的訊號, 進行通道估計, 如下圖所示: 來自:  https://www.sharetechnote.com/html/5G/5G_SRS.html 更多的範例以及詳細的設定可以參考這一篇文章: https://www.sharetechnote.com/html/5G/5G_SRS.html 第二部分, 讓我們關心一下 SRS 在定位中的應用, 相較於 DMRS 參考訊號, SRS 的一個重要好處就是可以同時有多個基地台接收, 同時, 考慮到 SRS 的配置是由基地台給定, 並可在基地台間分享資訊, 因此, 偕同量測的基地台不只可以取得上行的訊號強度, 也可以取得 SRS 訊號到各基地台的時間差, 以 TDoA (Time Difference of Arrival) 定位, 若考慮到 1T2R, 1T4R 的 SRS 架構, 基地台端還可以估計 AoA (Angle of Arrival), 這些資訊都可以作為 UE 定位的輸入資訊, 以 UL-TDoA 為例, 流程如下: 來自: 3GPP TS 38.305 S

在 5G NR 的上行通道估測中, 我們有兩種參考訊號 (Reference Signal): DeModulation Reference Signal (DMRS) Sounding Reference Signal (SRS) 這兩種訊號都是由使用者裝置 (UE) 發出, 並由基地台進行量測, 其中, DMRS 被包含在上行的資料傳輸中 (PUCCH/PUSCH),  SRS 則提供使用者在上行資料傳輸之外, 進行通道估測的方法, 不屬於 PUCCH/PUSCH, 並可以提供多個基地台同時對同一個 UE 量測的方法, 如下圖左所示. Cha, Hyun-Su, et al. 5G NR Positioning Enhancements in 3GPP Release-18. arXiv preprint arXiv:2401.17594, 2024. SRS 的參考訊號在 4G LTE 時便已被定義, 但並不常被終端裝置所支援, 在 5G NR 中, 由於 beamforming 以及定位的需求, SRS 被重新提起並受到重視, 在目前的 5G NR SRS 定義中, 有下列三種傳輸方式: Full-band transmissions: 4G SRS 的傳輸方式, 基本上是分時多工進行傳輸 Frequency-hopping transmissions: 透過跳頻方式傳輸, 使基地台取得不同頻率的通道估計 Multi-user transmissions: 提供多個 UE 同時發送 SRS 並被量測的機制 SRS 訊號可以是週期性傳輸, 或是非週期性傳輸, 通常起始於基地台對 UE 裝置 RRC 層的設置, 起始 UE 發出 SRS 訊號. 我們先不考慮 SRS 跳頻量測與使用者多工的不同設置,  針對單一 UE, SRS 訊號表示如下:  來自:  https://telcomaglobal.com/p/5g-nr-srs-sounding-reference-signals 透過上圖, 我們可以看到單一 UE 的 SRS 訊號, 如何在一個 time slot 中被給定, 包含了在時間與頻率上的位置 (offset), 長度 (RB 個數) 與使用者的多工, 詳細的訊號產生方式可以參考 Matlab 的範例程式: https://ww2.mathwork

在開始介紹這次的 NCR 內容前, 我們先介紹另一個相似的概念: IAB, IAB 全名為 Integrated Access and Backhaul, IAB 也是 3GPP 針對 5G NR (特別是 mmWave 段) 提出的新技術, 其技術的示意圖如下: 來自:  https://www.rcrwireless.com/20200727/5g/iab-the-cost-effective-solution-to-quickly-expand-5g-mmwave-coverage-analyst-angle IAB 技術的提出, 很明顯地是在 5G NR 初始時對 mmWave 充滿期待的時期, 考慮到 mmWave 在空氣中的衰減快, 但擁有高通訊頻寬的特性, 就有人提出了這種以 mmWave 延伸 mmWave 的概念, 簡單來說, 就是把 mmWave 當作光纖使用, 用以作為延伸小基站間的連線, 而資料傳輸的斷點設在 DU 中間 (PDCP-RLC層), 如下圖所示: 來自:  https://nccnews.com.tw/202209/ch4.html 如果說 NCR 是 Amplify-and-Forwarding (AF) 的技術延伸, IAB 就是 Decode-and-Forwarding (DF) 的技術延伸, 一方面, DF 可以避免在多個基站轉傳過程中造成的雜訊放大, 另一方面, IAB 技術的接收端為特殊設計的小基站, 有較佳的計算能力, 以及穩定的電源供應, 可以負擔 DF 的需求. 考慮到 IAB 為 DU 內分割 (intra-DU) 的框架, 所有分支節點皆可視為原有 DU 的延伸, 當結點的階層數大於一時, 則會產生對應的樹狀結構, 並避免迴圈產生, 至於干擾, 考慮到 mmWave 的指向性波束以及 IAB 位置為預先規劃,  IAB 結點之間的干擾應該不嚴重, 或是以空間多工即可避免, 比較需要注意的反而是因為天線無法同頻收法所導致的資源分配問題, 在目前 IAB 架構中, 簡單的作法即是以分時多工的方式進行. 考慮到 mmWave 在目前 5G NR 中並不算太成功, 對應的 IAB 發展仍是有限,   在目前各式的 Use Case 中, 最引人注目的應該是空中基地台的應用, 在此應用中, IAB 的根結點位於地面

在之前的文章中, 我們介紹了 RIS 的功能, 對於通訊研究而言, RIS 是一個新穎也陳舊的概念, 新穎的地方在於: 透過被動反射, 我們可以改變通道的特性, 陳舊的地方在於: 類似的訊號增強概念, 我們之前在中繼器 (Relay) 中, 已經在 3G/4G 時代轉了一大圈, 最後並沒有被實踐. 也或許是因為這樣的原因, 3GPP 對於 RIS 實現並沒有特別熱衷, 但是, 仍然組成了一個研究團隊, 以 Repeater 的角度切入, 並引入控制的概念, 這也就是我們今天要介紹的: Network-Controlled Repeater. 相關 3GPP 文件為: TR 38.867 Study on NR Network-Controlled Repeater (NCR) 我們先以一張示意圖說明 NCR 的概念: 在 NCR 的架構中, Repeater 受控於 gNB (基地台), 並有兩條路徑: Control Link: 基地台對應的控制信令, 由 NCR-MT 接收. Backhual/Access Link: 轉傳/增益的通道, 將訊號增強後傳至 UE. 在初始的討論中, Control Link 和 Backhual/Access Link 使用相同的頻帶, 同時, Control Link 透過 Uu Interface 進行控制,  因此,  NCR 對基地台的角色接近於一個特殊的 UE, 另一方面, Backhual/Access Link 可以視為在 RIS 構架下, BS-RIS, RIS-UE 這兩條直視路徑的無線通道, 在 3GPP NCR 的框架中, 轉傳單元 (NCR-Fwd) 類似於 RIS 反射板的角色, 但是不同於一般 RIS 為被動元件, NCR-Fwd 提供 Amplify-and-Forwarding (AF) 的功能, 換句話說, NCR-Fwd 會將接收到的訊號增強後, 再轉傳至 UE. 這樣的框架, 的確類似於 3GPP 之前對 Relay 的討論, 在類似於 RIS 的部分則在於對 NCR 加入的 beamforming 功能, 透過 beamforming 技術, NCR 可以減低一些 AF 遭詬病的雜訊放大問題, 同時, 也可以更有效的增強使用者接收訊號的強度. 來自:  https://www.techpl