5G基础知识

前段时间学过一部分5G基础知识，现将笔记整理出来

5G挑战

5G面临挑战分类：

1.MBB数据流量雪崩式增长：移动设备通信所带来的流量增长，10年1000倍

2.联网设备数量巨大增长：具备通信能力的机器，2020年有1000亿联网设备

3.应用场景和需求的多样性：设备与设备之间的通信，由于机器通信所带来的新需求和新特性（如自动驾驶）

不同制式所支持连接数：3G–每小区支持100个连接；4G–每小区支持1000个连接；5G–每平方公里支持1百万个连接，万物互连，万物互通

5G场景需求：

1.高清视频：需要更高的速率，更大的流量

2.流媒体VR视频的带宽需求：基本VR（15M bps）LTE可以满足，良好VR（100M bps）和理想VR（2G bps）只能靠5G或FTTH（光纤到户）来满足（bps即bits per second)

3.自动驾驶对低时延的需求：自动驾驶由于安全性，需要很低的时延，以减少额外增加的制动距离

ITU对IMT-2020愿景的描述：

1.eMBB（enhanced Mobile Broadband增强移动宽带）：10Gbit/s高速率

2.mMTC（massive Machine Type of Communications海量连接的物联网业务）：1百万连接每平方公里

3.uRLLC（ultra Reliable Low Latency Communications超高可靠性与超低时延业务）：1ms时延

5G 3GPP网络架构

5G网络设计原则

1.NFV/SDN

NFV（网络功能虚拟化）：通过把硬件和软件分离，使得网络更具弹性

SDN（软件定义网络）：通过把控制面与数据面分离，将控制面进行整合，从全网的角度看整个IP网络，实现网络流量的灵活控制，更好的调度和分配资源，提高利用率

2.控制业务分离：把控制面CP和业务面UP分离以提高效率

3.网络功能切片：将一个物理网络分成多个逻辑网络，每个网络的QoS需求不同（Quality of Service服务质量）

4.流程定义为服务：把网络功能从硬件中解耦出来，变成不同的服务，根据不同的业务，可以挑选、整合不同的服务，因为各种业务对服务和功能的需求不同

分布式用户面来满足极致体验

5G核心网

DC数据中心，CP控制面，UP业务面

按照业务QoS来把控制面和用户面灵活部署在不同级别的DC上

边缘DC离基站小于20公里

由于核心网下沉到离基站非常近的地方，所以时延极小

用SOA重构控制面，以缩短上市时间

SOA–面向服务的架构：原有的功能跟硬件模块设备相解耦，变成一个个服务（软件化），每一个切片根据自己需要以及实际情况，选取和动态编排所需服务，最大的优点是缩短上市时间

5G核心网的SOA架构：

1.核心网控制面：服务管理框架包括QoS，MM，SM，PCF，Charging，UDM，AF，AUF的功能以及第三方功能，如AUF，ID Mgn，Encrypt等

2.核心网用户面

5G网络基本架构

1.NG-C下一代核心网：包括AMF（接入管理功能）/UPF（用户面的功能）等功能块

2.NG-RAN下一代无线接入网：由若干GNB（5G基站）组成，GNB之间用Xn接口连接，而GNB与核心网之间以NG-C（控制面接口）和NG-U（业务面接口）连接

NG-RAN关键特性：部分上层协议栈功能（对时延要求不高）集中式部署，底层功能（对时延要求较高）分布式部署

5G cloud RAN网络

统一架构的网络需求：

业务场景：eMBB，mMTC，uRLLC，On-demand，IoT

商业模式：Open API，Slicing，Fast TTM

技术演进：Multi-RAT，Multi-layer，Unlicensed，Multi-band，Multi-antenna

效率提升：Hot Spot，Unbalanced Traffic，Tidal Effect

需要一个统一的架构，更加灵活，有效，以应对各种各样的新的商业模式，提高效率。5G的网络架构，必须是虚拟化和云化

网络功能虚拟化及云化

From：传统烟囱式结构，软件和硬件合一

To：软件和硬件解耦，开放，简化（提升效率）

组成：Data Center Network（硬件资源池），Cloud OS（云化），各种软件

资源池化，如果不同功能之间资源不足，可以进行动态调整，资源共享

云化之后就变成了一个开放的平台，各种各样原有的设备就会变成各种APP，软件化

NFV：即Network Functions Virtualization（网络功能虚拟化），就是将传统的CT业务部署到云平台上（云平台是指将物理硬件虚拟化所形成的虚拟机平台，能够承载CT和IT应用），从而实现软硬件解耦合

Single RAN到Cloud RAN演进

Single RAN：指2G，3G，4G尽可能利用原有的物理资源，在原有的物理资源之上，进行不同的软件资源叠加，实现GSM&UMTS&LTE（2/3/4G的功能），使得2/3/4G共用一个Radio（无线机柜），Baseband（基带单元），Transport（传输系统），O&M

Cloud RAN：

1.RAN集中式单元（CU，Cloud Unit）：把各个基站功能相同的单元合并起来，统一部署，变成一个资源池的概念，不同基站之间可以共享资源

2.RAN分布式单元（DU，Distribute Unit）：部署在各个基站处，更靠近用户

Cloud RAN协议栈切分：

CU上的资源可以共享；DU上的资源时延较小

CU上：RRC，PDCP

DU上：RLC，MAC，PHY

Cloud RAN价值

1.灵活组网：按需部署，满足业务差异化体验

Regional DC，Local DC，Access DC，Local Site

从右往左更低成本，从左往右离用户更近，更好体验

只有在5G时代，才能实现灵活组网，各种业务差异化实现

2.弹性扩展：网络开放，弹性扩展

云化灵活弹性架构：CU基于COTS通用硬件平台；边缘计算加速；网络开放，第三方应用，新业务敏捷发布

Cloud RAN部署场景

1.一体化部署场景：传统网络，不引入MCE，实时部分和非实时部分融合为一体

CN>>基站

2.分离部署场景：引入MCE，RAN-NRT（RAN的非实时部分）部署在MCE侧，传统基站侧只部署RAN-RT（RAN的实时部分），实时部分更靠近用户，使得处理时延更小

CN>>MCE>>基站

3.混合部署场景：不引入MCE，小站实现SuperSite架构，RAN-NRT部署在宏站（实现eNodeB的S1汇聚），RAN-RT仍部署在小站（但也可能部分部署在宏站），宏站可以充当MCE的角色

CN>>宏站>>小站

5G空口关键技术

全新的空口技术：

5G时代，空口的速率会高达10Gbps，因此需要全新的空口技术

1.Massive MIMO：空间复用，提升吞吐率

2.Polar编码：信道编码，提升可靠性，降低功耗

3.F-OFDM：灵活的波形，灵活应对不同业务

4.SCMA：多址接入，提升连接数，缩短时延

5.全双工模式：用一个频率同时进行收发，提升吞吐率

新空口可以灵活适配众多业务，频谱效率至少提升3倍

F-OFDM：非常灵活的空中接口的自适应波形

4G（OFDN）：子载波带宽是固定的，15kHZ

5G（F-OFDN）：子载波带宽是不固定的，可以灵活针对不同QoE应用的报文大小，提高资源利用率

SCMA：稀疏码多址接入

5G的SCMA技术，类似于CDMA+OFDMA，即在正交平分之后每个子载波里还会根据码分的技术来区分不同的用户，可以使得频谱效率大幅提升

在同一个子载波中，码分的用户越多，容量越高，干扰也会越大

所以，目前一般在四个子载波中容纳六个用户

5G的信道编码-Polar码和LDPC码

信道编码：在信道里加了保护和冗余比特，以实现更好的解码，提高系统可靠性

编码算法选择原则：纠错性能、时延、实现效率

选择范围：

1.Turbo编码：成熟，但在高速率和低时延处理有劣势

2.LDPC编码：实现复杂度低，适用于高速及大数据块，并行处理有优势

3.Polar编码：小数据块传输时，性能优于其他编码，但成熟度低

对于eMBB场景，初步结论为，控制信道采用Polar码，大数据块业务信道采用LDPC码

5G的多天线技术Massive MIMO

优势：

1.更多的天线实现更好的赋盖

2.多天线赋形，实现更灵活的3D覆盖

3.多层发射实现更高的容量

MUBF技术：多用户波束成形的MIMO技术

全双工

目前：半双工，接收和发送不能共享同样的正交资源，导致频谱损失

特点：时分复用（收和发使用同样的频率，通过不同的时间区分）；频分复用（收发在不同的频率进行）

解决方法：接收和发送共享同样的资源–全双工

全双工允许在同样的时隙和频率资源上进行发送和接收，资源利用率提升一倍

全双工最大的问题是干扰

频谱分配及5G核心频段

2020频谱需求

到2020年的业务需要2GHz的频谱，而目前已商用600-700MHz的频谱，差距1000MHz以上的频谱

解决频谱差距的方案

1.释放成熟的WRC-7/12频段：700/800/2300/2600/3500

2.开发WRC-15频段：C频段/L频段的频谱，IMT在60GHz以下定义的500MHz~1000MHz

3.开发WRC-19频段：候选的UHF/C频段，更高频段>6GHz

5G将聚合所有的频段频谱，6GHz以下作为覆盖层，毫米波作为容量层

3GHz以下：提供基础接入，覆盖以及移动性；

C-Band：Massive MIMO部署提升容量和覆盖；

毫米波：容量提升，家庭宽带接入，自回传，有电即有站

5G网络切片

网络切片：指利用虚拟化技术，将运营商网络物理基础设施资源根据场景需求虚拟化为多个相互独立的端到端网络，每个网络切片从设备到接入网到传输网再到核心网在逻辑上的隔离

5G为什么需要网络切片？

5G时代，万物互连，意味着有多种多样的终端，需要提供多种多样的服务，不同的服务有不同的需求，例如AR/VR对带宽的需求很高，可能在20Gbps；车联网对低时延高可靠性要求很高，时延<1ms；智能水表/电表需要大连接，约1000连接/km^2

如何进行网络分片

当前网络基于专用设备；

创建虚拟网络，网络虚拟化是前提，NFV网络功能虚拟化/SDN软件定义网络技术

E2E网络切片：

（边缘云和核心云处都有商用服务器，在边缘云和核心云之间的传输网络是SDN网络）

网络切片业务举例

网络切片价值

商业价值：网络切片可以帮助运营商快速进入垂直行业领域，获取更大的商业机会

技术价值：通过网络切片，一个网络便可以很好的服务于各类新的业务，极大的减少了运营商的网络投资成本

TTM（Time to market）：网络切片对资源和业务逻辑隔离，降低了技术实现复杂度，缩短TTM，刺激业务创新

5G关键技术及部署

Massive MIMO

大规模天线阵列的多天线形态（多进多出），天线数量远大于4G，64T64R

1.Massive MIMO增益–3D赋形：

在3D垂直面上有多个波束赋形，三维波束赋形简称3D BF，增强用户的覆盖

2.立体16流更窄的波束+MU BF：

可以在同一时间形成16个独立的流，使得速率大幅度提升；波束更窄，覆盖会更好，也能有效抑制干扰

MU BF是多用户的波束赋形，提升小区的峰值速率

Massive MIMO天线

阵子设计：

32TRX(16H2V)：垂直面上分为2层（2V），水平面上分为8列，一个水平面上16根天线（16H），共32根天线（32TRX），任何一层的任何一列的位置上都有6个阵子组成1T

64TRX(16H4V)：垂直面上分为4层（4V），水平面上分为8列，一个水平面上16根天线（16H），共64根天线（64TRX），任何一层的任何一列的位置上都有3个阵子组成1T

硬件变化：

传统MIMO：BBU+RRU+天线，天线数<=8

Massive MIMO：BBU+AAR，天线数==64（AAU中包含了RRU和天线，称为有源天线）

上下行解耦以提升C-Brad的覆盖：

当手机远离基站时下行仍使用3.4GHz的C波段，上行动态地调整到1.8GHz频率，仍使用5G的空口技术，使得手机在离基站较远处上下行达到平衡，5G的覆盖范围跟4G基本持平（要考虑4G和5G基站之间的融合度和配合度）

天馈方案：“1+1”天线解决方案

单杆全频段4T4R支持Sub-3GHz（2/3/4G合并起来放在单天线中）

mmWave NR（毫米波）+3.5G MM（3.5G的Massive MIMO）共杆

最后

以上就是单纯信封为你收集整理的5G基础知识的全部内容，希望文章能够帮你解决5G基础知识所遇到的程序开发问题。

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