LTE筆記: Lean Carrier and Reference Signals

在過去的 LTE 系統中, 主要有兩種不同的 REF signal,
也就是: PSS (Primary Synchronization Sequence) 和 SSS (Secondary Synchronization Sequence),
這兩個訊號除了進行同步之外, 也幫助 UE 搜索並辨識基地台,
相關資料, 可以參考: https://note-on-clouds.blogspot.com/2017/12/lte-sync-cellsearching.html
除了 PSS 和 SSS 之外, 還有一種在傳輸中重複出現的訊號,
用以進行下行的通道估測, 稱為: Cell-Specific Reference Signal (CRS)

CRS 訊號會按照一固定模式在 frame 中重複出現,
如下圖所示:

來自: C. Hoymann, D. Larsson, H. Koorapaty and J. Cheng, "A Lean Carrier for LTE," in IEEE Communications Magazine, vol. 51, no. 2, pp. 74-80, February 2013.

這樣的架構, 理所當然地讓基地台必須持續傳送 CRS 訊號,
雖然可以提供下行通道的良好估測, 但也使基地台無法省下傳送能源,
事實上, 對於基地台而言, 省電的議題一直以來都不是優先考慮的項目,
畢竟, 對於大基地台 (marco eNB) 的應用情境, 基地台通常是接電, 全功率服務,
同時, 考慮到覆蓋範圍, 基地台的休眠機制, 也未曾列入考量範圍.

然而, 針對 5G NR 的應用情境, 大量的小基地台加入提供異質的接取,
此時, 繁雜的 CRS 訊號不只造成基地台無法休眠, 進而產生能源的浪費,
也造成了小基地台之間嚴重的相互干擾,
因此, 在 5G NR 的 lean carrier 的機制中, 取消了 CRS 訊號的傳輸,
取而代之的, 加入了 extended synchronization signal (eSS),
如下圖所示:

來自: C. Hoymann, D. Larsson, H. Koorapaty and J. Cheng, "A Lean Carrier for LTE," in IEEE Communications Magazine, vol. 51, no. 2, pp. 74-80, February 2013.

和傳統的 CRS 訊號相比, 最明顯的改變就是 eSS 每隔 5ms 出現一次,
換句話說, 小基地台當沒有 UE 需要服務時,
可以在其他的 80% 時間中進行休眠, 節省電力消耗, 降低營運商成本,
同時, eSS 也負擔了原本在換手流程中 CRS 的角色,
藉由觀察相鄰基地台 eSS 訊號強度, UE 可以決定是否要啟動換手流程,

另外, 關於 eNB 的系統資訊 (system information),
在 LTE 中也是由 CRS 透過廣播方式告知 UE,
在 5G NR 中, 則透過 eSS 或是 UE-specific Reference Signals (URS) 來傳遞,
至於下行傳輸時的通道估計所需的 reference signal, 則交由 URS 來完成,
這一部分的安排, 就由 UE 和 eNB 之間直接進行溝通,

總結如下,
透過 lean carrier 的設計, 5G NR 提供了更加彈性的架構,
把原有 CRS 帶有的資訊與功能, 拆散至 eSS 和 URS 來實現,
這樣的設計, 一方面將 reference signal 變成動態配置,
考慮了小基地台的應用情境, 新增了節電以及干擾抑制的功能.