SUL(supplementary Uplink)

Posted 2022-10-05 modem协议笔记

5G 载波属于高频段，相同距离下， 频率越高则衰减得越厉害，因而会存在5G 小区覆盖受限的问题。NR中最值得关注的就是UE 的上行覆盖问题。于是，就提出了 SUL 技术，通过在一个 NR 小区配置一个低频段的SUL载波来扩展实网中的上行覆盖范围。即SUL/NUL +DL。

如果 UE 不支持 SUL 或者不支持 NR 小区配置的 SUL 频段时，那 UE 只能在 NUL 载波上发起接入。

下面是R16 版本spec中相关内容的介绍。

38.300

 

SUL 与CA 上行不一样，CA 时 配置的UL cc可以同时传输，但SUL 中，只能在NUL 或者SUL 传输，不能在NUL和SUL 上同时传输。

 

1 SUL 是指在一个cell 上配置两个UL （SUL/NUL）和一个DL；由此可知SUL 的框架下， 是2个UL 对应一个DL 。 这样的配置下对应的是一个小区。

2 网络端要避免同一时刻，在SUL/NUL 上出现PUSCH/PUCCH overlap的情况。

3 PUCCH 只能配置在SUL/NUL 两者之一 上（这里没有说PUSCH ，即PUSCH 应该可以在NUL/SUL 上同时配置，但是同时间的UL 传输只能在两者之一进行）

4 SUL/NUL 都可以进行initial RA,具体选择规则后面介绍。

38.101-1  

规定了几个SUL band 分别是n80/n81/n82/n83/n84/n86/n89/n95

下表是协议中规定的SUL band combination 情况  高频是NUL ，低频是SUL，其实SUL band 只能是上面规定的那几个band。

 

有几点值得注意

1 当UE 被配置有NUL/SUL 时，SUL和NUL 的切换时间要实现无缝切换  

2 支持SUL band combination 的UE 也要支持同时Rx/Tx 能力。

3 对应SUL band combination，SUL 不支持UL MIMO。 

 

如下表n78支持带内非连续CA 时，可以同时配置n86作为SUL。

 

38.306 related capability

 

 

msgA-SUL-r16：用于说明SUL是否支持two-step RACH。

 

simultaneousRxTxSUL:  用于说明SUL NR band combination 是否支持同时接收和传输，前面38101-1中的描述，对于支持SUL band combination 的UE，这个是强制要支持的

 

dynamicSwitchSUL: 用于说明UE 是否支持基于DCI 的PUSCH carrier的选择机制。 

 

simultaneousTxSUL-NonSUL: 用于指定SRS 是否支持同时在SUL/NUL 上传输，支持的情况下，则一个UL 配置PUSCH/PUCCH/SRS，另一个只配置SRS。

即 SUL/NUL 上同时进行SRS 测量，并将结果上报给网络，以便于网络端根据SRS 结果，实时的改变SUL/NUL 的传输情况。

 

上图是38.300 附录中的例子  即NUL/SUL 和DL 是属于同一个小区的范畴，SUL 是低频，根据38.101-1中的规定进行配置。主要作用就是当UE 处于小区边缘时，可以通过SUL低频段 进一步提升上行覆盖。

 当UE配置SUL 时，网络要保证SUL 的UL grant 不能和其他UL 的 UL grant 有overlap，比如此时有配置UL CA，PCell 切到SUL传输，那SUL 和SCell UL不能有ul grant的冲突。

38.331 中RRC 参数的配置结构

当一个 NR 小区配置了 SUL 后，其接入所需参数，包括 SUL 的频段、PointA、SCS 子载波间隔，带宽等，会通过 SIB1 下发给UE。

 

 

 

rsrp-ThresholdSSB-SUL: an RSRP threshold for the selection between the NUL carrier and the SUL carrier;

38.300 9.2.6

 

配置有SUL RA 的小区，网络可以明确告知UE 使用SUL 还是UL。否则只有当DL 测量信号低于SIB1 中的threshold 时，UE 才能选择使用SUL。

选择UL/SUL的操作 要先于2-step/4-step RA的选择 。

UL/SUL的2-step  和4-step RSRP 门限是可以分开配置的。

一旦RA 过程开始，则RA的所有UL 传输 都要在选择的carrier上。

如何确定用SUL 还是NUL 进行RA？

38.321

 

UE会根据测量SSB的RSRP 与 rsrp-ThresholdSSBSUL 相比较如果 SSB 的 RSRP 小于 rsrp-ThresholdSSB-SUL，说明 UE 处于小区的边缘，那么 UE 选择在 SUL 载波发起接入，而如果 SSB 的 RSRP 大于 rsrp-ThresholdSSB-SUL，说明 UE 处于小区的中近点，则 UE 选择在 NUL 载波发起接入。 

RA-RNTI 

 

RA 时的RA-RNTI 计算时需要考虑到NUL/SUL 的区别，SUL/NUL 的RA-RNTI 是不一样的。

 

1 NUL和SUL之间的切换可以通过 DCI 中的UL/SUL indicator 指示，或者RA 时根据和rsrp-ThresholdSSBSUL的比较决定 ， 网络也可以通过RRC reconfig 对SUL 进行release or add。

2 如果在进行RACH 过程中，收到SUL switch 的UL grant，则MAC 应该忽略UL grant。

3 SUL 和服务小区是同一个TAG，即在配置SUL 时，不需要进行额外的RACH 过程。

38.212 DCI size alignment

 DCI 0_0 

 

 

1 DCI format 中的UL/SUL indicator，用于指示DCI 是给NUL还是SUL调度所用

2 pucch 只能配置在NUL/SUL 之一上，不能同时配置

3 有时候可能UL/SUL indicator 指定的 UL 没有配置 pucch-config ，这时候用于调度有配置pucch-config 的UL。

4 如果DCI 0_0 没有带UL/SUL indicator，则就用于有配置pucch-config 的UL。

5 pucch-config 和UL/SUL indicator 都没有配置（比如初始接入场景，SIB1中只配置了cell级别的pucch-configCommon）， 则DCI 用于之前进行PRACH 的UL。

Tips：pucch-config 是BWP级别的配置，一般在RRC setup 或RRCReconfiguration 中配置；SIB1 中配置的pucch-configCommon是cell级别的配置 。

 SRS request

SRS request 是高级DCI 0_1/0_2/1_1/1_2/2_3 才会有field ，DCI 0_1中当在ServingCellConfig中有配置supplementaryUplink时，需要3bit ，其中first bit用于指示 是给SUL还是给UL的，第二，三bit用于SRS的具体指示。

其他DCI 情况类似 但也有所不同，具体规则需要查看38.212。

PDCCH order

Frequency domain resource assignment 全置1 的DCI 1_0时 就是触发RACH 的PDCCH order；这时候也需要UL/SUL indicator  指示是NUL 还是SUL 进行RACH。

实际应用场景

当处在 NR NUL 覆盖区域内的时候，UE 在 NUL 载波上进行上行数据传输，而当 UE 移动至小区远点，则动态切换至 SUL（网络侧可以通过下发 RRC 重配消息来指示）来进行数据发送，可以将原有NUL 的覆盖范围进行扩展，有效解决UL覆盖问题。 

按照之前所述 在配置了 SUL 的小区中，UE 同一时刻只能在一个载波上进行上行数据传输，不能同时在两条上行链路上发送上行，那这种机制是否是最有效率的？显然不是，R16 引入了uplink switching  让 UE 通过时分复用的方式，复用 NUL和SUL，如图在小区近中点SUL NUL 通过时分的方式进行上行轮发，这样在近中点可以进一步提升上行速率。

绿色部分是实际UL发送时刻。

 

SUL uplink switch 相关内容在38.214 6.1.6.3 中介绍

 

UE 需要针对不同的band combination 上报BandCombination-UplinkTxSwitch能力，这里就是说uplink switching 对应的是某些特定的频段组合的，以 SUL 为例，可能 UE 支持 N41+N80 的 uplink switching，但是不支持 N77+N80 的 uplink switching

Txswitching 也需要额外的gap处理，在switch gap期间不能在NUL 或者SUL 上进行数据传输。微信同步更新欢迎关注同名“modem协议笔记”。