3GPP R19 5G-A Low-Power Wake-Up Signal Design
写在前面：R19 LP-WUS适用于RRC_IDLE/INACTIVE以及Connected mode，另外3GPP LP-WUR的缩写是LR，代表的是接收处理LP-WUS的接收模块，而下文中的MR是main radio的缩写，作用就是用于进行除LP-WUS之外其他NR信号和信道的Tx/RX。
3GPP LP-WUS/LP-WUR具体内容比较多，下文是简单说明，最后一句，难免有误，谨慎阅读。
在5G-Advanced Release 19中，3GPP引入了低功耗唤醒信号（LP-WUS） 和低功耗同步信号（LP-SS），这一创新标志着蜂窝网络在能效优化方面取得了重大突破。传统5G物联网设备在RRC_IDLE/INACTIVE状态下仍需消耗数十毫瓦功率，主要原因在于设备需要定期执行测量（支持移动性）和检查寻呼消息（保持可连接性）。这种空闲状态下的功耗使得5G物联网设备难以实现单次充电的长续航。
电池寿命直接关系到不连续接收（DRX）周期。较长的DRX周期可提升电池寿命，但会增加网络连接延迟。许多网络服务对设备可达延迟有严格要求，例如烟雾传感器触发洒水器的场景中，数十秒的延迟是不可接受的。LP-WUS技术通过在维持低延迟要求的同时，显著降低空闲状态功耗，成功解决了这一矛盾。
核心技术原理：双信号协同工作机制
系统架构创新
LP-WUS系统的核心创新在于引入了独立的低功耗唤醒接收机（LP-WUR），该接收机能够独立于5G主射频（MR）工作。当LP-WUR处于活动状态并搜索潜在LP-WUS信号时，5G MR可以保持关闭状态，从而实现超深度睡眠。与传统5G寻呼机制相比，这种架构可实现高达80%的功耗节省。
子组分组机制
每个用户设备（UE）被分配到一个子组（SG），可通过物理层LP-WUS信号进行指示。存在两种分组方法：核心网分配的子组划分和基于UE_ID的子组划分。前者由AMF通过NAS信令提供子组索引，后者则基于UE_ID、寻呼配置和每个寻呼时机（PO）的子组数量确定SG索引。
设备需要监控与其自身SG相关的LP-WUS，以及PO内所有SG相关的LP-WUS。这种设计既保证了灵活性，又确保了能效优化。
时序关联关系
LP-WUS在LP-WUS时机（LO）期间传输，可与{1,2,4}个PO相关联。关联的PO子索引由公式(1)计算得出，其中涉及16位UE身份、每个DRX周期的寻呼帧数、每个寻呼帧（PF）的PO数量等参数。LO的时间位置由SIB1中提供的相对于参考PF的时间偏移决定。
每个LO可包含每波束{1,2,3,4}个LP-WUS监控时机（MO）。重要的是，PO与LO相关联，而不是与单个MO关联。通过配置多个MO，网络可以唤醒与LO关联的多个SG，显著增强了寻呼灵活性。
物理层设计：基于OOK调制的创新实现
调制方案选择
LP-WUS采用开关键控（OOK） 调制，这是振幅键控（ASK）的一种特殊形式，仅包含ON和OFF两种振幅状态。这种调制方式允许通过低功耗能量检测器（ED）实现信号检测，无需复杂的相干接收机。
当应用于OFDM等多载波系统时，该技术被称为多载波（MC）OOK，因为在频域中，OOK符号通常跨越多个子载波。Release 19 LP-WUS和LP-SS支持每OFDM符号{1,2,4}个OOK符号，这些符号在时域生成后通过DFT变换到频域，最终映射到现有5G OFDM资源网格中。
信号生成流程
LP-WUS信号生成包含三个关键步骤：信道编码、速率匹配和线路编码。信道编码采用[4, Section 5.3.3]中定义的小块长度编码方案，以满足误警率（FAR）和漏检率（MDR）要求。
线路编码采用经典的曼彻斯特编码，其主要优势在于允许实现简单而稳健的解码器。解码器只需比较两个编码比特对应的度量（如接收能量），而不需要在衰落信道中难以获取的阈值。
序列设计优化
ON序列的设计遵循三个标准：良好的频谱特性（如低PAPR）、低标准化工作量（即重用现有序列）和良好的相关特性。技术规范重用[5, TS 38.211]中定义的循环扩展Zadoff-Chu序列。
序列数量配置在{2,4,8,16}之间，取决于M值。较长的序列（较小的M值）比较短的序列支持更多具有良好相关特性的序列。这种设计在灵活性和接收机需要执行的相关数量之间取得了平衡。
低功耗同步信号（LP-SS）设计
同步需求与配置
为实现高效的无线资源管理（RRM），设备需要执行小区（重）选择、移动性程序和波束管理等测量。传统上，这些测量（如SS-RSRP、SS-RSRQ等）由MR从同步信号块（SSB）中获取。
为保持MR超深度睡眠，网络配置周期性LP-SS，供LR用于：(i)执行所需的RRM测量和(ii)获取（粗）时频同步以接收LP-WUS和后续寻呼消息。LP-SS是可配置周期为320ms或160ms的周期性信号，这些值在资源开销和同步精度之间进行权衡。
测量指标体系
LP-SS定义了三种关键测量指标：LP-RSSI（接收信号强度指示器）、LP-RSRP（参考信号接收功率）和LP-RSRQ（参考信号接收质量）。LP-RSSI是LP-SS传输总接收功率的线性平均值；LP-RSRP是OOK ON符号中LP-SS接收功率的线性平均值；LP-RSRQ是LP-RSRP与LP-RSSI的比值，提供了干扰/噪声影响的度量。
由于LP-RSRP和LP-RSRQ在同一信号上测量，LP-RSRQ不可能大于1。该比值越低，表示接收信号中存在的噪声和干扰越多。
接收机设计：两种检测方案对比
能量检测器（ED）
能量检测器是较简单的实现方案，能耗低于相干检测器，因为它不需要I/Q分支来跟踪振幅和相位。ED只能解码OOK调制的LP-WUS，通过计算每个OOK符号的能量，然后利用线路编码特性估计信道编码比特。
相干检测器（CD）
相干检测器能够与多个ON序列（如果已配置）进行相关操作，可能更快地解码有效载荷。CD将接收信号与所有可能的ON序列进行相关，并选择具有最高相关值的序列。随后可以轻松地从速率匹配比特中获取码点估计。
相干检测器虽然性能更优，但需要更高的处理能力和能耗，因此在实际应用中需要根据具体需求进行选择。
5G-Advanced Release 19中的LP-WUS功能代表了蜂窝网络能效优化的重要进步。通过独立的低功耗唤醒接收机和精心设计的物理层信号，成功解决了物联网设备在空闲状态下的功耗瓶颈问题。
能效是6G的关键目标之一，基于LP-WUS的设备节能机制作为未来6G系统的有力候选方案，既可以被低功耗能量检测器接收，也可以被传统相干接收机处理。这一技术为未来更广泛的物联网应用场景奠定了坚实基础，特别是在工业自动化、智能城市、远程医疗等对设备续航有严格要求的领域。
随着标准的进一步发展和商业化部署的推进，LP-WUS技术有望成为未来移动通信系统中能效优化的核心技术之一，为构建更加绿色、可持续的数字化社会提供关键支撑。
原文地址：https://blog.csdn.net/asd199086/article/details/154475956
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