5G BWP 논문 리뷰 (BWP Switching)

 이 논문은 5G의 Bandwidth Part (BWP)를 Dynamic하게 Adaptation하는 방법에 대해 다루고 있다. BWP는 5G에서 처음 도입된 개념으로 UE로 하여금, 전체 Carrier Bandwidth (CBW)를 Monitoring하고 있을 필요없이, CBW의 일부를 BWP로 지정하여 그 영역에서만 데이터를 주고 받는 개념을 말한다. 비교적 적은 Frequency bandwidth만 보고 있으면 되기 때문에 UE의 Power 소모는 줄어들지만, BWP를 자주 Switching해야 하는 경우에는, Latency 측면에서 Disadvantage가 있다. 이 논문 [1]에서는 BWP Switching에서 고려해야할 요소들을 다루고 있다.

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제목: Impact of Bandwidth Part (BWP) Switchingon 5G NR System Performance

 

저널명 : 2019 IEEE 2nd 5G World Forum (5GWF)

 

출판년도 : OCTOBER, 2019

 

저자 : Fuad Abinader, Andrea Marcano, et al.

이 논문은 Transaction이나 Letter처럼 Journal의 형태가 아닌 Conference 형태의 논문이지만, BWP가 개인적으로 흥미있는 주제이며, 저자들도 Nokia Bell Lab 현업에서 일하고 있는 분들이라 읽어보게 되었다.

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Abstarct & Introduction

 5G의 BWP 도입으로 인해, UE는 전체 Channel BW를 보면서, 모든 신호를 Receive하기 위해 노력할 필요가 없고,  BWP로 들어오는 신호만 받으면 된다. 이로 인해 배터리 성능이 안 좋은 UE들도 Power를 Saving할 수 있게 되었다. 몹시 중요한 Issue임에도 불구하고, BWP의 동작방식에 대해 다루는 논문은 많지 않다. 이 논문에서는 BWP의 전체적인 개념부터 소개하고, 동작방식, Switching에 필요한 여러 Factor들에 대해서 정리하면서, 해당 Factor들이 Power saving Effect와 Latency 등에 미치는 영향들을 Simulation하였다.

 BWP는 3GPP TS 38.300 [2] 와 TS 38.211 [3]에 정의되어 있으며, UE가 CBW에서 데이터를 주고 받는 Frequency Band라고 생각하면 된다. 24 PRB부터 275 PRB까지의 크기를 가질 수 있으며, DL/UL BWP를 각각 4개 가질 수 있으며, 1개의 BWP에서는 1개의 Numerology를 적용받는다. 또한, 한번에 1개의 DL/UL BWP가 Activate될 수 있다. 이 부분이 BWP Swithcing을 해야하는 이유 중 하나다. 5G NR에서는 여러 Numerology가 정의되어 있고, 사용할 수 있는 대역이 넓기 때문에, 1개의 BWP와 1개의 Numerology를 계속 사용하는 것이 아니라 유동적으로 바꿀 필요가 있다. 이를 위해, BWP Switching이 필요하다. 

 BWP의 위치와 크기에 대해서는 gNB가 Resource Indicator Value (RIV)라는 값으로 BWP의 시작점, size/length를 지정해준다. Release 15에는 BWP의 종류 4가지가 소개되어 있다.

1) Initial Access단계에서 System Information의 Broadcast를 통해 처음에 Setting되는 Initial BWP 

2) RRC (Re)configuration이나 MAC Activation을 통해 Activate되는 First Active BWP

3) BWP Inactivity Timer가 Expire되면 자동으로 Setting되는 Default BWP

4) Regular하게 Configure되는 Dedicated BWP

 

BWP Switching

 BWP Switching은 DCI, RRC Signaling, BWP inactivity timer, MAC Entity의 Random Access를 통해 진행할 수 있다. 이 중에 RRC/MAC을 통한 Switching은 이미 Configured된 BWP로 옮기는 것도 가능하고, BWP를 새롭게 설정하는 것도 가능하다. DCI를 통한 Switching은 빠른 대신에, pre-defined BWP 중에 고르는 것이 가능하다. RRC Signaling을 통한 BWP Switching은 10 ms이상의 RRC processing delay가 들어가기 때문에, DCI를 통한 Switching보다 더 큰 delay를 가진다.

 이 논문에서 깊게 다루는 BWP inactivity Timer를 사용하는 Switching 방법도 있다. DCI를 통해 Switching하라는 message를 받으면 Timer가 움직이기 시작한다. 그리고 2-150ms의 default값을 갖는 Inactive-Timer가 expired되면, BWP Switch Timer가 시작하고, BWP Switch Timer가 만료되면 Default BWP로 Switching된다. BWP Switching delay동안 UE는 UL signal을 보내거나 DL signal을 받지 않는다. 이 논문에서는 DCI와 Timer를 이용한 BWP Switch delay를 Sub-Carrier Spacing (SCS)와 UE  Type에 따라 Slot 단위로 정리해놓았다.

SCS [kHz]	NR Slot Length [ms]	BWP Switch Delay [# of slots]
		Type 1 UE	Type 2 UE
15	1	[1]	[3]
30	0.5	[2]	[5]
60	0.25	[3]	[9]
120	0.125	[6]	[17]

Table DCI and Timer-based BWP Switch delay [1]

 이후에 이어지는 Evaluation에서는 Urban Macro Cell에서 Dedicated BWP와 Default BWP 사이의 Switching을 진행하였다. 이 과정에서, Inactive Timer와 Switching delay 등을 조절해나가며, Throughput과 Power Saving과 Scheduling Delay 등을 비교하였다.

 BWP는 Power Issue가 많이 생기는 UE에서 더 주의깊게 봐야하는 주제다. URLLC를 주요 주제로 하는 Release 16을 마무리하고 넘어가는 Release 17에서는 mMTC를 주요 주제로 다루는데, mMTC의 UE 들은 대부분이 Power Issue가 큰 센서들이 많다. 따라서, 이 논문의 BWP의 Power Saving과 Switching Delay에 대한 내용이 이를 이해하는데 도움이 될 것이라고 생각한다.

Reference

[1] Fuad Abinader, Andrea Marcano, et al. "Impact of Bandwidth Part (BWP) Switchingon 5G NR System Performance", in 2019 IEEE 2nd 5G World Forum (5GWF), October, 2019.

[2] 3GPP, “NR; NR and NG-RAN Overall Description; Stage 2,” Technical Specification (TS) 38.300, 3rd Generation Partnership Project (3GPP), Jan. 2019.

[3] 3GPP, “NR; Physical channels and modulation,” Technical Specification (TS) 38.211, 3rd Generation Partnership Project (3GPP), Mar. 2019.