5G NR詳解，看完秒變大神

本站 2018-02-05 16:38:41

20年前，人們遠(yuǎn)程溝通的方式是打電話， 10年前是打電話、PC上網(wǎng)視頻聊天，5年前隨著移動寬帶的飛速發(fā)展，絕大部分的應(yīng)用開始通過移動寬帶（MBB）來實現(xiàn)。手機(jī)逐漸成為人們?nèi)粘２豢煞珠_的部分，吃飯玩“吃雞”、走路“打農(nóng)藥”、出行共享單車、購物掃碼，可以隨時隨地享受移動寬帶開來的便利與娛樂體驗。也就是我們所說的，無線通信在2G時代是語音，3G時代是數(shù)據(jù)，4G時代是移動寬帶MBB。

天下功夫，唯快不破！ 5G時代的eMBB（增強(qiáng)移動寬帶）業(yè)務(wù)，可以帶你體驗20Gbps的峰值速率，AR/VR, 超高清視頻直播等；uRLLC（超高可靠超低時延通信）業(yè)務(wù)，可以帶你體驗炫酷的無人駕駛、遠(yuǎn)程駕駛；mMTC(大規(guī)模機(jī)器通信)業(yè)務(wù)，可以通過打造智能工廠、智慧城市、智慧農(nóng)業(yè)等實現(xiàn)萬物互聯(lián)。

今天，工信部IMT-2020(5G)推進(jìn)組正式發(fā)布了5G第三階段研發(fā)試驗規(guī)范，5G第三階段研發(fā)試驗已啟動。該研發(fā)試驗基于3GPP 5G標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建統(tǒng)一環(huán)境，開展系統(tǒng)驗證，指導(dǎo)5G面向商用的產(chǎn)品研發(fā)，推動產(chǎn)品成熟和產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同。該試驗將對核心網(wǎng)、基站、終端和互操作性等支撐5G商用的關(guān)鍵特性進(jìn)行測試驗證，預(yù)計完成時間為2018年第4季度。

本階段研發(fā)試驗將基于3GPP最新發(fā)布的5G NSA標(biāo)準(zhǔn)開展測試驗證工作。簡單來說NSA使用4G核心網(wǎng)（EPC），以4G作為控制面的錨點，采用LTE 與 5G NR（New Radio，新空口）雙連接的方式，利用現(xiàn)有的LTE網(wǎng)絡(luò)部署5G，以滿足領(lǐng)先運營商快速實現(xiàn)5G部署的需求。

下面就讓小編給大家具體講講有哪些創(chuàng)新性的新技術(shù)...

全新頻譜

寬頻支持大帶寬

兵馬未動，糧草先行。頻譜是無線通信技術(shù)的基礎(chǔ)資源。未來全球5G先發(fā)頻段是C-band（頻譜范圍為3.3GHz-4.2GHz， 4.4GHz-5.0GHz）和毫米波頻段26GHz/28GHz/39GHz。相應(yīng)地，3GPP量身打造了n77，n78，n79，n257，n258和n260。

5G采用了寬頻方式定義頻段，形成了少數(shù)幾個全球統(tǒng)一頻段，大大降低了終端（手機(jī)）支持全球漫游的復(fù)雜度。5G的最大帶寬由20MHz，增加到在C-band上最大支持100MHz，在毫米波上最大支持400MHz。相當(dāng)于路寬了，下載或上傳的速度將大幅提升。另外，5G采用更為先進(jìn)的符號成型技術(shù)，如Filter-OFDM，降低了頻譜邊緣保護(hù)帶的開銷，相比4G，在同樣的標(biāo)稱帶寬下，傳輸帶寬有了明顯的提升。

全新終端形態(tài)

多天線提升下行速率

多天線的使用帶來了空間復(fù)用增益，可以大幅度提升容量。但對于特定終端，能支持的復(fù)用層數(shù)，受限于接收天線的數(shù)目?，F(xiàn)在大家所使用的終端（手機(jī)）標(biāo)配的接收天線數(shù)目為兩個，因此能支持最大復(fù)用層數(shù)為兩層。未來使用4收天線的終端將成為主流。5G NR將標(biāo)配的接收天線數(shù)目提升了一倍。相比2收、4收終端可以大幅提升下行速率。

●上下行解耦技術(shù)，補(bǔ)齊上行覆蓋短板

通過C-band大帶寬和多天線接收技術(shù)，用戶享受了更快的下載速率，但由于C-Band的傳輸特性，以及終端上行發(fā)射功率等限制，5G小區(qū)的上行覆蓋受限嚴(yán)重。如果和現(xiàn)有1.8GHz的LTE共站部署，覆蓋有明顯短板，只有小區(qū)中心的部分用戶才能享受5G帶來的更高速率體驗。

上下行解耦就是針對這一問題提出的創(chuàng)新頻譜使用技術(shù)，3GPP中的正式名稱是 LTE-NR UL coexistence，用LTE低頻空閑頻譜共享給NR上行使用，既彌補(bǔ)了C-Band以及高頻在上行覆蓋上的不足，又充分利用了LTE空閑頻譜的無線資源，一舉兩得，以通用的方案應(yīng)用于NSA和SA的模式，使得提供5G基礎(chǔ)覆蓋的同時，又能節(jié)省運營商部署成本，是加速5G部署的必備特性。

華為與英國領(lǐng)先運營商EE在倫敦商用網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行了上下行解耦的外場試驗，試驗結(jié)果表明，采用了上下行解耦后，3.5GHz的覆蓋半徑提升了73%，在用戶體驗提升10倍的前提下達(dá)到了與1.8GHz的同覆蓋。

全新物理層技術(shù)框架

保障系統(tǒng)靈活性有效性

●新波形

LTE下行支持CP-OFDM（沒有DFT預(yù)變換）波形，上行僅支持DFT-s-OFDM的波形。NR在此基礎(chǔ)上在上行也引入了CP-OFDM的波形，可以支持更加靈活的數(shù)據(jù)調(diào)度。同時NR的系統(tǒng)帶寬利用率最高可達(dá)97%（LTE為90%），增加了運營商的頻譜利用價值。

●靈活的空口設(shè)置

和前代通信技術(shù)使用固定的15KHz子載波間隔和1ms的子幀長度相比，5G NR引入了更加靈活的空口設(shè)置，比如靈活的子載波間隔（數(shù)據(jù)在不同band上支持15KHz到120KHz的子載波間隔）和靈活的幀結(jié)構(gòu)（全下行，全上行，下行為主和上行為主的幀結(jié)構(gòu)），以適應(yīng)不同的信道類型和業(yè)務(wù)類型。并且不同的業(yè)務(wù)類型（如eMBB和uRLLC）可以通過FDM的方式同時發(fā)送，提高了系統(tǒng)傳輸?shù)撵`活性。

●增強(qiáng)的多天線技術(shù)

5G NR引入了多項多天線增強(qiáng)技術(shù)，大幅提高了頻譜效率、小區(qū)覆蓋和系統(tǒng)靈活性。

提高頻譜效率：

對于單用戶而言，基于非碼本的上行傳輸機(jī)制，減少了前代通信技術(shù)使用碼本進(jìn)行預(yù)編碼，所產(chǎn)生的量化誤差，可提供更精確的信道信息，有效的增強(qiáng)上行頻譜效率；

對于多用戶而言，相對于LTE所支持的4流，5G NR上下行支持正交12流的多用戶配對，并且通過增強(qiáng)的干擾測量和反饋技術(shù)，可顯著提高上下行頻譜效率。

對于TDD來說，探測參考信號（SRS）可以在不同的載波之間，或者同一載波的不同天線之間切換發(fā)送，利用信道互易性，進(jìn)一步提升TDD系統(tǒng)的信道反饋精度和頻譜效率；

增強(qiáng)小區(qū)覆蓋：

5G NR采用波束賦型的測量和反饋機(jī)制，可同時應(yīng)用于初始接入、控制和數(shù)據(jù)信道。波束賦型（Beamforming）是多天線技術(shù)的一種，是指gNodeB/UE對PDSCH/PUSCH（Physical Downlink /Uplink Shared CHannel）上/下行信號進(jìn)行加權(quán)，形成對準(zhǔn)UE/gNodeB的窄波束，將發(fā)射能量對準(zhǔn)目標(biāo)用戶，從而提高目標(biāo)UE/gNodeB的解調(diào)信噪比。

對于初始接入來說，改進(jìn)了LTE時期基于廣播的機(jī)制，升級為基于波束賦型的機(jī)制，從而提高了系統(tǒng)覆蓋率；采用波束賦形，可增強(qiáng)控制信道的覆蓋范圍，從而擴(kuò)大了小區(qū)半徑，也可以提高傳輸成功率，尤其適應(yīng)于高頻傳輸。

此外，還有增強(qiáng)的導(dǎo)頻設(shè)計，如解調(diào)導(dǎo)頻、相位跟蹤導(dǎo)頻和時頻跟蹤導(dǎo)頻，相對于LTE來說，可以有效地減小開銷，提供更精確信道的信息。

●全新的信道編碼

和前代通信技術(shù)數(shù)據(jù)信道用turbo碼、控制信道用TBCC等編碼方式相比，5G NR采用了全新的信道編碼方式，即數(shù)據(jù)信道用LDPC編碼，控制信道和廣播信道用Polar編碼。這一改進(jìn)可以提高NR信道編碼效率，適應(yīng)5G大數(shù)據(jù)量，高可靠性和低時延的傳輸需求。

●CU-DU 分離技術(shù)

通過引入中央控制單元（Central Unit）,一方面，在業(yè)務(wù)層面可以實現(xiàn)無線資源的統(tǒng)一管理、移動性的集中控制，從而進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)性能；另一方面，在架構(gòu)層面，CU既可以靈活集成到運營商云平臺，也可以專有硬件環(huán)境上用云化思想設(shè)計，實現(xiàn)資源池化、部署自動化，降低OPEX/CPAX的同時提升客戶體驗。

全新網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

使能一網(wǎng)多營

基于服務(wù)架構(gòu)的核心網(wǎng)定義、端到端的5G網(wǎng)路切片技術(shù)將催生新的商業(yè)模式，助力行業(yè)與社會的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

●服務(wù)化架構(gòu)

和4G基于網(wǎng)元和網(wǎng)元間點對點接口的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)相比，5G核心網(wǎng)控制面為基于服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（Service Based Architecture, SBA）。服務(wù)化架構(gòu)支持網(wǎng)絡(luò)功能和服務(wù)的按需部署，使能靈活的網(wǎng)絡(luò)切片；減少新網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的TTM，實現(xiàn)業(yè)務(wù)的快速創(chuàng)新。服務(wù)化架構(gòu)采用組件化、可重用、自包含等原則定義網(wǎng)絡(luò)功能，網(wǎng)絡(luò)功能通過其通用的服務(wù)化接口向其它允許使用其服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)功能提供服務(wù)。

圖1. 服務(wù)化架構(gòu)的本地路由的漫游場景

●網(wǎng)絡(luò)切片

5G系統(tǒng)架構(gòu)和前幾代移動通信系統(tǒng)相比最顯著的關(guān)鍵區(qū)別就是網(wǎng)絡(luò)切片。4G網(wǎng)絡(luò)某種程度通過“專有核心網(wǎng)”的特性支持網(wǎng)絡(luò)切片。對比而言，5G網(wǎng)絡(luò)切片是一個更強(qiáng)大的概念，它包括整個PLMN。在3GPP 5G系統(tǒng)架構(gòu)的范圍內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)切片是指一組3GPP定義的特征和功能，它們一起組成向UE提供服務(wù)的一個完整PLMN網(wǎng)絡(luò)。

網(wǎng)絡(luò)切片允許根據(jù)控制按需的把網(wǎng)絡(luò)功能組成PLMN，這些網(wǎng)絡(luò)功能根據(jù)特定應(yīng)用場景提供其功能及所定義的服務(wù)。比如可以有手機(jī)切片、車聯(lián)網(wǎng)切片、遠(yuǎn)程醫(yī)療切片、物聯(lián)網(wǎng)切片等。網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的應(yīng)用將帶領(lǐng)通信行業(yè)與其他行業(yè)深度融合，也必將催生新的商業(yè)模式，加速行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型步伐。

圖2. 3GPP 5G網(wǎng)絡(luò)切片部署場景

●邊緣計算

邊緣計算通過將應(yīng)用服務(wù)向網(wǎng)絡(luò)邊緣遷移，實現(xiàn)服務(wù)內(nèi)容本地化，減少傳輸時延和對網(wǎng)絡(luò)回傳高帶寬的需求。同時實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用的雙向交互，有效提升了移動網(wǎng)絡(luò)的智能化水平，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的融合來提升服務(wù)水平。

邊緣計算技術(shù)成為5G網(wǎng)絡(luò)原生支持的特性，邊緣計算的思路融入到整個5G系統(tǒng)的設(shè)計的各方面：網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用雙向交互的通信架構(gòu)；用戶面的靈活部署和靈活選擇，包括應(yīng)用對用戶面選擇的影響；多錨點的會話（同時接入本地和云端）服務(wù)連續(xù)性支持（SSC mode）；本地接入網(wǎng)絡(luò)的支持（LADN）；適應(yīng)多種業(yè)務(wù)的靈活的QoS機(jī)制。

●統(tǒng)一鑒權(quán)框架

統(tǒng)一鑒權(quán)框架通過支持新的鑒權(quán)協(xié)議（如EAP）和融合的鑒權(quán)接口、網(wǎng)元，使5G網(wǎng)絡(luò)可以支持多種信任狀，融合不同類型的接入技術(shù)和終端類型，提高運營商網(wǎng)絡(luò)面向新業(yè)務(wù)場景和垂直行業(yè)的可擴(kuò)展性。

5G標(biāo)準(zhǔn)的制定，遵循一定的規(guī)劃與節(jié)奏進(jìn)行的。3GPP將5G標(biāo)準(zhǔn)分成2個大的階段來完成，第一個是Release15，主要面向eMBB場景，包括：NSA（Non-Standalone, 非獨立組網(wǎng)）和SA（Standalone，獨立組網(wǎng)）兩個階段。獨立組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)就是使用5G NR以及5G核心網(wǎng)，將在2018年6月完成；第二個是Release16，將在2019年12月完成，主要面向uRLLC和mMTC兩大場景。

展望2018，全球產(chǎn)業(yè)鏈將進(jìn)一步圍繞3GPP 5G NR標(biāo)準(zhǔn)，繼續(xù)投入產(chǎn)品研發(fā)，加速5G商用部署的進(jìn)程，實現(xiàn)5G時代的萬物感知、萬物互聯(lián)、萬物智能的宏偉藍(lán)圖。