《5G無線網(wǎng)絡規(guī)劃與優(yōu)化》 課件 羅暉 第1-3章 5G網(wǎng)絡概述- 5G網(wǎng)絡基本業(yè)務流程

第1章5G網(wǎng)絡概述

1.1

移動通信網(wǎng)絡發(fā)展概述

1.2

5G網(wǎng)絡發(fā)展與展望

1.35G網(wǎng)絡架構

1.45G網(wǎng)絡部署

1.55G空中接口

1.65G網(wǎng)絡安全

1.1移動通信網(wǎng)絡發(fā)展概述 當代移動通信的發(fā)展20001980199020102020模擬通信AMPS,TACS數(shù)字通信GSM,CDMA~270kbpsWCDMA\CDMA2000\TD-SCDMA~14.4MbpsLTEAdvance~100Mbps5G~10Gbps1ms1MDevices/km24G5G3G2G1G語音業(yè)務短信業(yè)務圖片瀏覽高清視頻海量應用第一代移動通信系統(tǒng)第一代（1stGeneration，1G）移動通信技術：誕生在20世紀40年代。其最初是美國底特律警察使用的車載無線電系統(tǒng)，主要采用大區(qū)制模擬技術。從1987年11月中國電信開始運營模擬移動電話業(yè)務（TACS制式），2001年12月底中國移動關閉模擬移動通信網(wǎng)（“大哥大”）。1G系統(tǒng)基于模擬通信技術傳輸，頻譜利用率低、系統(tǒng)安全保密性差、數(shù)據(jù)承載業(yè)務難以開展、設備成本高、體積大、費用高等缺陷，最關鍵的問題是系統(tǒng)容量低，已不能滿足日益增長的移動用戶的需求。為了解決這些缺陷，第二代（2ndGeneration，2G）移動通信系統(tǒng)應運而生。第二代移動通信系統(tǒng)20世紀80年代中期，歐洲首先推出全球移動通信系統(tǒng)（GlobalSystemforMobilecommunications，GSM）。2G還包括IS-95CDMA、DAMPS、PDCS。GSM體制開放、技術成熟、應用最廣泛。IS-95CDMA是北美地區(qū)的數(shù)字蜂窩標準，800MHz或1.9GHz。碼分多址。分為IS-95A和IS-95B兩個階段。2G系統(tǒng)的主要業(yè)務是話音，其主要特性是提供數(shù)字化的話音業(yè)務及低速數(shù)據(jù)業(yè)務?？朔四M移動通信系統(tǒng)的弱點，話音質量、保密性能得到較大的提高，并可進行省內、省際自動漫游。弱點：制式、標準不統(tǒng)一，難以進行全球漫游；帶寬有限，無法實現(xiàn)高速率的數(shù)據(jù)業(yè)務，如移動多媒體業(yè)務。第三代移動通信系統(tǒng)第三代（3rdGeneration，3G）移動通信系統(tǒng)：又被國際電信聯(lián)盟（InternationalTelecommunicationUnion，ITU）稱為IMT-2000，指在2000年左右開始商用并工作在2000MHz頻段上的國際移動通信系統(tǒng)。IMT-2000的標準化工作開始于1985年。3G系統(tǒng)最初有3種主流標準：歐洲各國和日本提出的寬帶碼分多址（WidebandCodeDivisionMultipleAccess，WCDMA）美國提出的碼分多址接入2000（CodeDivisionMultipleAccess2000，CDMA2000）中國提出的時分同步碼分多址接入（TimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultipleAccess，TD-SCDMA）。第三代移動通信系統(tǒng)（續(xù)）多址和網(wǎng)絡技術：采用CDMA和分組交換技術，而不是2G系統(tǒng)常用的TDMA和電路交換技術。業(yè)務和性能：在話音之外，提供了高質量的多媒體業(yè)務，如可變速率數(shù)據(jù)、移動視頻和高清晰圖像等，實現(xiàn)多種信息一體化，從而能夠提供快捷、方便的無線應用。優(yōu)點：低成本、優(yōu)質服務質量、高保密性及良好的安全性能等不足（導致遠遠不能適應未來移動通信發(fā)展的需要）：有WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三大分支，3種制式之間存在相互兼容的問題；頻譜利用率比較低，不能充分地利用寶貴的頻譜資源；速率不夠高。這些不足。第四代移動通信系統(tǒng)2012年，LTE-Advanced正式被確立為IMT-Advanced（也稱4G）國際標準，我國主導制定的TD-LTE-Advanced同時成為IMT-Advanced國際標準。LTE包括TD-LTE（時分雙工）和LTEFDD（頻分雙工）兩種制式，我國引領TD-LTE的發(fā)展。TD-LTE繼承和拓展了TD-SCDMA在智能天線、系統(tǒng)設計等方面具有自主知識產權的關鍵技術，系統(tǒng)能力與LTEFDD相當。更好的覆蓋峰值速率DL:100MbpsUL:50Mbps低延遲CP:100msUP:5ms更低的

CAPEX&OPEX頻譜靈活性更高的頻譜效率LTE第四代移動通信系統(tǒng)（續(xù)）LTE并不是真正意義上的4G技術，而是3G向4G技術發(fā)展過程中的一種過渡技術，也被稱為3.9G的全球化標準。優(yōu)點：采用OFDM和MIMO等關鍵技術，改進并且增強了傳統(tǒng)無線空中接入技術。這些技術的運用，使得LTE的峰值速率相比3G有很大的提高。LTE技術改善了小區(qū)邊緣位置用戶的性能，提高了小區(qū)容量值，降低了系統(tǒng)的延遲，降低了網(wǎng)絡成本。LTE-Advanced：2012年被正式確立為IMT-Advanced（也稱4G）國際標準，包括：TD-LTE（時分雙工）和LTEFDD（頻分雙工）兩種制式。我國引領了TD-LTE的發(fā)展。TD-LTE繼承和拓展了TD-SCDMA在智能天線、系統(tǒng)設計等方面的關鍵技術和自主知識產權，系統(tǒng)能力與LTEFDD相當。第五代移動通信系統(tǒng)2015年10月26日至30日，在瑞士日內瓦召開的2015無線電通信全會上，國際電聯(lián)無線電通信部門(ITU-R)正式確定了5G的法定名稱是“IMT-2020”；5G通過全新的空口能力、服務化的網(wǎng)絡架構、切片和邊緣計算等技術，為垂直行業(yè)提供專屬覆蓋、網(wǎng)絡定制、數(shù)據(jù)隔離、質量保證的基礎連接網(wǎng)絡，實現(xiàn)大帶寬、低時延、安全可靠的數(shù)據(jù)傳輸，滿足不同行業(yè)應用的通信服務需求。

1.2.14G與5G的對比

1.2.25G的應用場景與性能指標1.2.35G標準組織及標準進展1.2.45G前景展望

1.2

5G網(wǎng)絡發(fā)展與展望

1.2.24G與5G的對比5G網(wǎng)絡具有軟件化、云化、服務化等特性，這給5G帶來了比肩互聯(lián)網(wǎng)的靈活性。5G與4G的參數(shù)對比5G與4G的各項對比1.2.25G的應用場景與性能指標

5G主要面向三大應用場景:eMBB(EnhancedMobileBroadband，增強型移動寬帶)、uRLLC（ultra-ReliableLow-LatencyCommunications，高可靠低時延通信）和mMTC(MassiveMachineTypeCommunication，大規(guī)模機器類通信）。5G三大應用場景3x100x峰值速率用戶體驗速率頻譜效率移動性空口時延聯(lián)接密度(devices/km2)流量密度網(wǎng)絡能效IMT-2020100

Mbit/s500

km/h1

ms100萬10Mbit/s/m2

UL:10GbpsDL:20GbpsIMT-Advanced5G八大關鍵性能指標為滿足5G多樣化的應用場景需求，5G的關鍵性能指標更加多元化。ITU定義了5G八大關鍵性能指標：3GPP：第三代合作伙伴計劃成立于1998年，由許多國家和地區(qū)的電信標準化組織共同組成。3GPPATISETSIARIBTTCCCSATTATSDSI1.2.35G標準組織及標準進展3GPP制定的端到端系統(tǒng)技術主要由手機、無線接入網(wǎng)、核心網(wǎng)和服務四個系統(tǒng)組成，手機上網(wǎng)和接打電話都是通過這四個系統(tǒng)協(xié)作實現(xiàn)的。3GPP制定的標準規(guī)范以Release作為版本進行管理，Release-15（Rel-15）是第一個版本的5G標準，重點滿足eMBB和uRLLC場景的應用需求。5G從3GPPRel-15版本開始Rel-155G基礎設計Rel-16移動寬帶與垂直業(yè)務增強Rel-17

持續(xù)增強2017年2018年2019年2020年2021年2022年5G標準演進5G標準的演進方向大致分為三條主線。（1）傳統(tǒng)移動寬帶業(yè)務支持增強。（2）向垂直行業(yè)拓展支持增強（3）支持更高的頻率。1.2.45G前景展望 5G將滲透到未來社會的各個領域，為不同用戶和場景提供靈活多變的業(yè)務體驗，最終實現(xiàn)“信息隨心至，萬物觸手及”的總體愿景，開啟一個萬物互聯(lián)的時代。云游戲

1.3.15G接入網(wǎng) 1.3.25G承載網(wǎng) 1.3.35G核心網(wǎng) 1.3.4

5G網(wǎng)絡架構演進

1.35G網(wǎng)絡架構 NG-RAN代表5G?接入網(wǎng)NGC代表5G核心網(wǎng)5G網(wǎng)絡架構AMF--接入和移動性管理功能實體UPF---用戶端口功能實體)5G網(wǎng)絡架構全網(wǎng)架構1.3.15G接入網(wǎng)組網(wǎng)方式：CRAN---集中式無線接入網(wǎng)DRAN---分布式無線接入網(wǎng)以云化方式演進：BBU分解成CU和DU兩部分。CU部署在邊緣數(shù)據(jù)中心DU可以集中部署在邊緣數(shù)據(jù)中心或者分布式部署在靠近AAU側1.3.25G承載網(wǎng)

承載網(wǎng)是專門負責承載數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡。如果說核心網(wǎng)是人的大腦，接入網(wǎng)是四肢，那么承載網(wǎng)就是連接大腦和四肢的神經(jīng)網(wǎng)絡，負責傳遞信息和指令。基站側網(wǎng)關（CellSiteGateway，CSG）：移動承載網(wǎng)絡中的一種角色名稱，該角色處在接入層，負責基站的接入。匯聚側網(wǎng)關（AggregationSiteGateway，ASG）：移動承載網(wǎng)絡中的一種角色名稱，該角色位于匯聚層，負責對移動承載網(wǎng)絡接入層海量CSG業(yè)務流進行匯聚。無線業(yè)務側網(wǎng)關（RadioServiceSiteGateway，RSG）：承載網(wǎng)絡中的一種角色名稱，該角色處在匯聚層，連接無線控制器。運營商邊界路由器（COREProviderEdgeRouter，COREPER）：運營商邊緣路由器，由服務提供商提供的邊緣設備。光傳送網(wǎng)（OpticalTransportNetwork，OTN）：通過光信號傳輸信息的網(wǎng)絡。波分復用（WavelengthDivisionMultiplexing，WDM）：一種數(shù)據(jù)傳輸技術，不同的光信號由不同的顏色（波長頻率）承載，并復用在一根光纖上傳輸。光交叉連接（OpticalCross-Connect，OXC）：一種用于對高速光信號進行交換的技術，通常應用于光Mesh網(wǎng)絡中（網(wǎng)狀互連的網(wǎng)絡）。核心網(wǎng)主要用于提供數(shù)據(jù)轉發(fā)、運營商計費，以及針對不同業(yè)務場景的策略控制（如速率控制、計費控制等）功能等。核心網(wǎng)中有3類數(shù)據(jù)中心（DataCenter，DC）中心DC部署在大區(qū)中心或者各省省會城市中區(qū)域DC部署在地市機房中邊緣DC部署在承載網(wǎng)接入機房中核心網(wǎng)設備一般放置在中心DC機房中。為了滿足低時延業(yè)務的需要，會在地市和區(qū)縣建立數(shù)據(jù)中心機房。核心網(wǎng)設備會逐步下移至這些機房中，縮短了基站至核心網(wǎng)的距離，從而降低了業(yè)務的轉發(fā)時延。1.3.35G核心網(wǎng)5G核心網(wǎng)構架SBA架構--基于服務的架構網(wǎng)絡用戶面僅有UPF一個網(wǎng)元設備，其他均為控制面網(wǎng)元設備。5G核心網(wǎng)控制面的邏輯功能進行了進一步細分，分離為AMF和SMF兩個邏輯節(jié)點，并增加了NSSF與NRF網(wǎng)元。5GC與EPC網(wǎng)元對比1.3.45G網(wǎng)絡架構演進5G無線網(wǎng)絡演進將分散的BBU集中起來，并且把原BBU的非實時部分分割出來重新定義為CU；BBU的部分物理層處理功能與原RRU及無源天線合并為AAU；BBU的剩余功能重新定義為DU。全聯(lián)接5G核心網(wǎng)3G核心網(wǎng)軟交換4G核心網(wǎng)EPC/VoLTE/NFV2G/固定核心網(wǎng)1990-20052006-20132014-2018全融合接入網(wǎng)絡云化全IP核心網(wǎng)基于CloudNative架構的全聯(lián)接核心網(wǎng)TDM核心網(wǎng)第一波浪潮：2G/PSTN第二波浪潮：3G（IP）第三波浪潮：4G-LTE2019-5G核心網(wǎng)演進華為在2017年發(fā)布的首個面向5G商用場景的5G核心網(wǎng)解決方案SOC

為了網(wǎng)絡的平滑演進，從網(wǎng)絡架構的角度5G標準分為NSA（Non-Standalone，非獨立組網(wǎng)）和SA（Standalone，獨立組網(wǎng)）兩種模式，SA組網(wǎng)架構是5G網(wǎng)絡演進的終極目標。NSA與SANSA架構與SA架構多種NSA組網(wǎng)方案

1.4.15G頻譜及部署策略

1.4.25G站點方案及部署

1.45G網(wǎng)絡部署

容量&自回傳覆蓋&移動性Sub6G1050403020608070901542635G擴展頻段5G主頻段GHz可見光毫米波Sub3GC-band在3GPP協(xié)議中，5G的總體頻譜資源可以分為兩個頻譜范圍FR

(FrequencyRange)。FR1：Sub6G

頻段，5G的主用頻段，其中3GHz以下的頻段稱為Sub3G，其余頻段稱為C-band。FR2：6GHz以上的毫米波，5G的擴展頻段，頻譜資源豐富。1.4.15G頻譜及部署策略中國5G頻譜分配預留

40MHZ4960480050004900移動

100MHZ100MHZ，用于室內，具體分配待定33003400廣電

60MHZ34003600電信

100MHZ聯(lián)通

100MHZ移動60MHZ移動

40MHZ350024802555移動（60MHZ）北斗2500保護帶25152575聯(lián)通20MHz滕讓新增移動60MHZ原有4G頻譜電信20MHz滕讓263526552675新增保護帶2690雷達2.6G2.6G3.5G3.3G4.8G移動160MHz移動60MHZ251526754G5G5G頻譜部署策略5G的部署目標是進行多層次組網(wǎng)，合理使用各種頻段。頻段類型頻段優(yōu)勢頻段劣勢部署策略

Sub3G頻段低，覆蓋性能好，小區(qū)帶寬受限可用頻率資源有限，大部分被當前系統(tǒng)占用可選頻率資源少，小區(qū)初期部署困難，

C-BandNR新增頻段，頻譜資源豐富，小區(qū)帶寬大上行鏈路覆蓋較差，上下行不平衡問題比較明顯5G主要頻段，最大可部署100MHz帶寬。上下行不平衡問題可以通過上下行解耦特性來解決。毫米波NR新增頻段，小區(qū)帶寬最大覆蓋能力差，對射頻器件性能要求高初期部署不作為主要選擇，主要作為熱點eMBB容量補充，WTTx以及D2D等特殊場景。不同頻段的比較與部署策略1.4.15G站點方案及部署NSA組網(wǎng)演進路徑宏基站站型--分布式基站（DBS）傳統(tǒng)分布式無線接入網(wǎng)DRAN傳統(tǒng)集中式無線接入網(wǎng)CRAN云化無線接入網(wǎng)CloudRAN5G基站站點部署方案1.DRAN-部署每站點均獨立部署機房BBU與拉遠射頻單元（RemoteRadioUnit，RRU）共站部署配電供電設備及其他配套設備均獨立部署在站點傳輸方面，DRAN采用各BBU獨立星形拓撲架構，每個站點和接入環(huán)設備獨立連接DRAN-優(yōu)勢優(yōu)勢：（1）BBU與AAU/RRU共站部署，站點回傳可根據(jù)站點機房實際條件，采用微波或光纖方案靈活組網(wǎng)（2）BBU和AAU/RRU共站部署，CPRI接口光纖長度短，而回傳方面單站只需一根光纖，整體光纖消耗低（3）若單站出現(xiàn)供電、傳輸方面的故障問題，不會對其他站點造成影響DRAN-缺點缺點：（1）站點配套獨立部署，投資規(guī)模大（2）新站點部署機房時，建設周期長（3）站點間資源獨立，不利于資源共享（4）站點間信令交互需要經(jīng)網(wǎng)關中轉，不利于站間業(yè)務高效協(xié)同2.CRAN-部署多個站點的BBU模塊會被集中部署在一個中心機房各站點射頻模塊通過前傳拉遠光纖與中心機房BBU連接CRAN-部署在站點傳輸方面，一般情況下，接入環(huán)傳輸設備直接部署在CRAN機房，各BBU直接連接到接入環(huán)傳輸設備的不同端口中心機房中可以選擇兩種BBU集中方案。（1）普通BBU堆疊（2）BBU通過通用交換單元（UniversalSwitchingUnit，USU）之類的上層設備互連CRAN-優(yōu)勢優(yōu)勢：CRAN將會是5G無線接入網(wǎng)部署的未來趨勢（1）5G的超密集站點組網(wǎng)會形成更多覆蓋重疊區(qū)，CRAN更適合部署CA、CoMP和單頻網(wǎng)（SingleFrequencyNetwork，SFN）等特性，實現(xiàn)站間高效協(xié)同，大幅提升無線網(wǎng)絡性能。（2）可以簡化站點獲取難度，實現(xiàn)無線接入網(wǎng)快速部署，縮短建設周期；在不易于部署站點的覆蓋盲區(qū)可以更容易實現(xiàn)深度覆蓋。（3）可通過跨站點組建基帶池，實現(xiàn)站間基帶資源共享，資源利用方面更加合理。CRAN-缺點缺點：（1）BBU和RRU之間形成長距離拉遠，前傳接口光纖消耗大，會帶來較高的光纖成本。（2）BBU集中在單個機房，安全風險高，機房傳輸光纜故障或水災、火災等問題易導致大量基站故障。（3）要求集中機房具備足夠的設備安裝空間，同時，還需要機房具備完善的配套設施用于支撐散熱、備電（如空調、蓄電池等）的需要。3.CloudRAN架構3.CloudRAN架構無線接入網(wǎng)重構CloudRAN：CU(集中單元)和DU(分布單元)分離DU：BBU實時處理部分CU：BBU非實時處理部分，基于NFV云化部署CloudRAN架構CU和DU的具體切分：新的接口：F1（中傳），基于以太網(wǎng)傳輸承載協(xié)議棧劃分：各廠商及運營商有8種切分主張R15明確采用Option2，即基于PDCP/RLC切分CloudRAN部署——整體方案在確定CU/DU協(xié)議棧功能劃分方案和CU云化集中部署架構之后，CloudRAN架構還需要考慮CU和其他網(wǎng)元的對接。包括：用戶面功能CU和DU的位置部署DU和射頻之間的前傳接口部署等問題。CloudRAN部署——MobileCloudEngine解決方案邊緣云或區(qū)域云，通常包含：CU：CU的功能屬于基站功能的一部分，所以部署CU的云數(shù)據(jù)中心位置一般位于邊緣云或區(qū)域云。UPF，MEC（移動邊緣計算服務器）低時延業(yè)務（以無人駕駛業(yè)務示例）：DU側將用戶面上行數(shù)據(jù)送到CU完成相應處理CU將數(shù)據(jù)轉發(fā)到UPFUPF再將數(shù)據(jù)轉發(fā)至相應的無人駕駛MEC中MEC產生控制命令再反向下行發(fā)送至DU。CloudRAN部署——CU、DU位置部署方案Option2場景（時延敏感型）：CU在邊緣云數(shù)據(jù)中心或中心機房下掛BBU較少，CU集中度不高DU適合采用DRAN部署Option1場景（資源共享型）：CU部署在區(qū)域云數(shù)據(jù)中心大量CU高度集中部署DU可采用CRAN或者DRAN\CRAN并存CloudRAN部署——前傳接口解決方案傳統(tǒng)前傳，采用CPRI協(xié)議，Option8切分，前傳帶寬需求巨大5G前傳，采用eCPRI協(xié)議，Option7切分，前傳帶寬需求下降為CPRI的1/4DU分布式部署場景，DU距AAU/RRU較近，前傳可光纖直驅DU集中式部署場景，DU集中位置距AAU/RRU較遠，前傳可用波分傳輸，減少光纖數(shù)量，降低傳輸成本CloudRAN價值CloudRAN架構，大大增加無線接入網(wǎng)的協(xié)同程度及資源彈性，便于統(tǒng)一、簡化運維：（1）統(tǒng)一架構，實現(xiàn)網(wǎng)絡多制式、多頻段、多層網(wǎng)、超密網(wǎng)等多維度融合。（2）集中控制，降低無線接入網(wǎng)復雜度，便于實現(xiàn)制式間與站點間高效地業(yè)務協(xié)同。（3）使用雙連接可實現(xiàn)極致的用戶體驗；避免4G/5G站點間的數(shù)據(jù)迂回導致的成本抬升和傳輸時延。（4）軟件與硬件解耦，開放平臺，促進業(yè)務敏捷上線。（5）便于引入人工智能實現(xiàn)無線接入網(wǎng)切片的智能運維管理，適配未來業(yè)務的多樣性。（6）云化架構實現(xiàn)資源池化、網(wǎng)絡按需部署、彈性擴縮容，提升資源利用效率，保護了運營商的投資。（7）適應多種接口切分方案，可以滿足不同傳輸條件下的靈活組網(wǎng)。（8）網(wǎng)元集中部署，節(jié)省了機房，降低了運營支出（OperatingExpense，OPEX）。

1.5.15G空中接口協(xié)議棧 1.5.25G空中接口物理層處理過程 1.5.35G幀結構及物理資源 1.5.45G空口信道結構 1.5.55G空口下行物理信道/信號 1.5.65G空口上行物理信道/信號

1.55G空中接口 1.5.15G空中接口協(xié)議棧 5G用戶面增加加入新的協(xié)議層SDAP，完成QoS映射功能控制面協(xié)議棧用戶面協(xié)議棧層三：空中接口服務的使用者，即RRC信令及用戶面數(shù)據(jù)；層二：對不同的層三數(shù)據(jù)進行區(qū)分標示，并提供不同的服務；層一：物理層為高層的數(shù)據(jù)提供無線資源及物理層的處理。Uu接口：RRC層RRC是空中接口控制面的主要協(xié)議棧。UE與gNodeB之間傳送的RRC消息依賴

于PDCP、RLC、MAC和PHY層的服務。RRC處理UE與NG-RAN之間的所有信令，

包括UE與核心網(wǎng)之間的信令，即由專

用RRC消息攜帶的NAS信令。攜帶NAS信令的RRC消息不改變信令內

容，只提供轉發(fā)機制。

NAS信令RRCPDCPRLCMACPHY系統(tǒng)消息準入控制安全管理小區(qū)重選測量上報切換和移動性NAS消息傳輸無線資源管理Uu接口：RRC層NR中支持3種RRC狀態(tài)：RRC_IDLE態(tài)、RRC_INACTIVE（相比LTE新增）態(tài)和RRC_CONNECTED態(tài)。RRC_INACTIVE態(tài)：類似于RRC_IDLE，將基于參考信號的測量執(zhí)行小區(qū)重選，且不向網(wǎng)絡提供測量報告。小區(qū)重選之RRC_INACTIVE態(tài)：最后提供服務的RAN節(jié)點保存UE上下文以及與服務AMF和UPF相關聯(lián)的UE特定的NG連接。當重選，且UE從RRC_INACTIVE態(tài)恢復為RRC_CONNECTED態(tài)時，新小區(qū)須能從舊小區(qū)中獲取UE上下文，以重新恢復RRC連接。如獲取失敗，網(wǎng)絡指示UE執(zhí)行RRC連接建立流程（即重新建立一個新的連接）。Uu接口：SDAP層（ServiceDataAdaptationProtocol，服務數(shù)據(jù)適配協(xié)議)

SDAPPDCPRLCMACPHY用戶面增加加入新的協(xié)議層；完成流(5GQoSflow)到無線承載(DRB)的QoS映射；在上下行數(shù)據(jù)包中打上標識QoSflowID(QFI)。Uu接口：SDAP層主要功能：1、負責QoS流與DRB（數(shù)據(jù)無線承載）之間的映射2、為上下行數(shù)據(jù)包添加QFI（QoSFlowID）標記3、反射QoS流到DRB的映射（用于上行SDAPPDU）Uu接口：SDAP層SDAP實體用于處理與SDAP相關的流程。每個獨立的PDU會話對應一個獨立的SDAP實體。也即是說，如果一個UE同時有多個PDU會話，將會建立多個SDAP實體。SDAP實體從上層接收到的數(shù)據(jù)，或發(fā)往上層的數(shù)據(jù)被稱作SDAPSDU；SDAP實體從PDCP層接收到的數(shù)據(jù)，或發(fā)往PDCP層的數(shù)據(jù)被稱作SDAPPDU。多個QoS流可以映射到同一個DRB上。但是在上行，同一時間一個QoS流只能映射到一個DRB上，但后續(xù)可以修改并將一個QoS流映射到其他DRB上。Uu接口：PDCP層功能用戶面IP頭壓縮加/解密控制面完整性校驗復制檢測重排序

路由和重復（雙連接場景時）SDAP

PDCPRLCMACPHYUu接口：PDCP層功能（1）對IP報頭進行壓縮/解壓縮以減少空口傳輸?shù)谋忍財?shù)。（2）對數(shù)據(jù)（包括控制面數(shù)據(jù)和用戶面數(shù)據(jù)）進行加密/解密。（3）對數(shù)據(jù)進行完整性保護?？刂泼鏀?shù)據(jù)必須進行完整性保護，用戶面數(shù)據(jù)是否需要完整性保護取決于配置。（4）基于定時器的SDU丟棄：PDCPSDU丟棄功能主要用于防止發(fā)送端的傳輸buffer溢出，丟棄那些長時間沒有被成功發(fā)送出去的SDU。（5）路由。在使用SplitBearer的情況下，PDCP發(fā)送端會對報文進行路由。（6）重排序和按序遞送。在NR中，RLC層只要重組出一個完整的RLCSDU，就送往PDCP層。也就是說，RLC層是不會對RLCSDU（即PDCPPDU）進行重排序的，其發(fā)往PDCP層的RLCSDU可能是亂序的。這就要求PDCP的接收端對從RLC層接收到的PDCPPDU進行重排序，并按序遞送給上層。Uu接口：PDCP層PDCP層只應用在映射到邏輯信道DCCH和DTCH的無線承載（RadioBearer，RB）上，而不會應用于其他類型的邏輯信道上。也就是說，系統(tǒng)信息（包括MIB和SIB）、Paging以及使用SRB0的數(shù)據(jù)不經(jīng)過PDCP層處理，也不存在相關聯(lián)的PDCP實體。除SRB0外，每個無線承載都對應一個PDCP實體。一個UE可建立多個無線承載，因此可包含多個PDCP實體，每個PDCP實體只處理一個無線承載的數(shù)據(jù)。基于無線承載的特性或RLC模式的不同，一個PDCP實體可以與1、2或4個RLC實體相關聯(lián)。對于Non-split承載，每個PDCP實體與1個UMRLC實體（單向）、2個UMRLC實體（雙向，每個RLC實體對應一個方向）或1個AMRLC實體（一個AMRLC實體同時支持2個方向）相關聯(lián)。對于Split承載，由于一個PDCP實體在MCG和SCG上均存在對應的RLC實體，所以每個PDCP實體與2個UMRLC實體（同向）、4個UMRLC實體（每個方向各2個）或2個AMRLC實體（同向）相關聯(lián)。Uu接口：PDCP層處理流程圖Uu接口：PDCP層處理流程–發(fā)送端（1）來自RRC層的控制面數(shù)據(jù)或來自SDAP層的用戶面數(shù)據(jù)（PDCPSDU）會先緩存在PDCP的傳輸buffer中，并按順序為每個數(shù)據(jù)包分配一個“序列號”（SequenceNumber，SN），SN指示了數(shù)據(jù)包的發(fā)送順序。（2）對用戶面數(shù)據(jù)進行頭部壓縮處理。頭部壓縮只應用于用戶面數(shù)據(jù)（DRB），而不應用于控制面數(shù)據(jù)（SRB）。用戶面數(shù)據(jù)是否進行頭部壓縮處理是可選的。（3）基于完整性保護算法對控制面數(shù)據(jù)或用戶面數(shù)據(jù)進行完整性保護，并生成MAC-I驗證碼，以便接收端進行完整性校驗。控制面數(shù)據(jù)必須進行完整性保護，而用戶面數(shù)據(jù)的完整性保護功能是可選的。（4）對控制面數(shù)據(jù)或用戶面數(shù)據(jù)進行加密，以保證發(fā)送端和接收端之間傳遞的數(shù)據(jù)的保密性。除了PDCPControlPDU外，經(jīng)過PDCP層的所有數(shù)據(jù)都會進行加密處理。（5）添加PDCP頭部，生成PDCPPDU。（6）如果RRC層給UE配置了復制功能，則UE在發(fā)送上行數(shù)據(jù)時，會在兩條獨立的傳輸路徑上發(fā)送相同的PDCPPDU。如果建立了SplitBearer，PDCP可能需要對PDCPPDU進行路由，以便發(fā)送到目標承載上。路由和復制都是在PDCP發(fā)送實體里進行的。Uu接口：PDCP層處理流程–接收端（1）從RLC層接收到一個PDCPDataPDU后，會先移除該PDU的PDCP頭部，并根據(jù)接收到的PDCPSN以及自身維護的HFN得到該PDCPDataPDU的RCVD_COUNT值，該值對后續(xù)的處理至關重要。（2）使用與PDCP發(fā)送端相同的加解密算法對數(shù)據(jù)進行解密。（3）對解密后的數(shù)據(jù)進行完整性校驗。如果完整性校驗失敗，則向上層指示完整性校驗失敗，并丟棄該PDCPDataPDU。（4）判斷是否收到了重復包，如果是，則丟棄重復的數(shù)據(jù)包；如果不是，就將PDCPSDU放入接收buffer中，進行可能存在的重排序處理，以便將數(shù)據(jù)按序遞送給上層。（5）對數(shù)據(jù)進行頭部解壓縮。如果解壓縮成功，將PDCPSDU遞送給上層；如果解壓縮失敗，解壓縮端會將反饋信息發(fā)送到壓縮端以指示報頭上下文已被破壞。Uu接口：RLC層RLC（RadioLinkControl）顧名思義，它主要提供無線鏈路控制功能。RLC包含TM、UM和AM三種傳輸模式，主要提供糾錯、分段、重組等功能。RLC層位于PDCP層（或RRC層）和MAC層之間。它通過SAP與PDCP層（或RRC層）進行通信，并通過邏輯信道與MAC層進行通信。RLC配置是邏輯信道級的配置，一個RLC實體只對應一個UE的一個邏輯信道。RLC實體從PDCP層接收到的數(shù)據(jù)，或發(fā)往PDCP層的數(shù)據(jù)被稱作RLCSDU（或PDCPPDU）。RLC實體從MAC層接收到的數(shù)據(jù)，或發(fā)往MAC層的數(shù)據(jù)

被稱作RLCPDU（或MACSDU）。TM（透明模式）UM（非確認模式）AM(確認模式）分段和重組糾錯

PDCPRLCMACPHYUu接口：MAC層MAC（MediumAccessControl）層主要功能包含：映射、復用、HARQ和無線資源分配信道映射和復用糾錯：HARQ技術無線資源分配調度

PDCPRLCMACPHYUu接口：MAC層功能MAC子層為上層協(xié)議層提供數(shù)據(jù)傳輸和無線資源分配服務，MAC層主要功能如下。（1）映射：MAC負責將從邏輯信道接收到的信息映射到傳輸信道上。（2）復用：MAC的信息可能來自一個或多個無線承載，MAC層能夠將多個RB復用到同一個傳輸塊（TransportBlock，TB）上以提高效率。（3）解復用：將來自PHY層在傳輸信道承載的TB塊解復用為一條或者多條邏輯信道上的MACSDUs。（4）HARQ：MAC利用HARQ技術為空中接口提供糾錯服務。HARQ的實現(xiàn)需要MAC層與PHY層的緊密配合。（5）無線資源分配：MAC提供基于服務質量的業(yè)務數(shù)據(jù)和用戶信令的調度。Uu接口：物理層PHY層位于空口協(xié)議棧的最底層；主要完成傳輸信道到物理信道映射及執(zhí)行MAC層的調度；具體的功能包括CRC的添加、信道編碼、調制、天線口映射等。錯誤檢測FEC加密/解密速率匹配物理信道的映射調整和解調頻率同步和時間同步無線測量MIMO處理射頻處理PDCPRLCMACPHY1.5.25G空中接口物理層處理過程5G物理層基本流程和LTE一致，但是在編碼，調制，資源映射等具體過程存在差別QAM調制MIMO編碼天線0輸出資源映射資源映射天線1輸出加擾功控調整QAM調制加擾功控調整碼塊連接碼塊連接速率匹配速率匹配交織交織編碼編碼碼塊分段碼塊分段CRC添加CRC添加用戶數(shù)據(jù)用戶數(shù)據(jù)1.5.35G幀結構及物理資源

無線幀子幀子幀子幀……時隙時隙時隙……上下行子幀的分配單位符號符號符號符號基本的數(shù)據(jù)發(fā)送周期最小時間單元，調制的基本單位，數(shù)據(jù)調度和同步的最小單位……時間單位：無線幀(radioframe)、子幀(subframe)、時隙(slot)、符號(symbol)Subframe1msNR無線幀結構01234567890123012345678910111213RadioFrame10msSlotSymbolSubframe

={1,2,4}SlotsSlot={12,14}Symbols固定架構根據(jù)子載波間隔的靈活架構5GNR每個無線幀長度為10ms，編號范圍為0~1023。一個無線幀由10個子幀組成，每個子幀長為1ms，子幀編號范圍為0~9。無線幀和子幀的長度固定，從而允許更好地保持LTE與NR共存。與LTE不同的是，5GNR定義了靈活的子構架，時隙和字符長度可根據(jù)子載波間隔靈活定義。靈活幀結構配置-NumerologyNR時隙（Slot）格式Slot內OFDM符號分類：Downlink，denotedasD，用于下行傳輸；Flexible，denotedasX，可用于下行傳輸，上行傳輸，GP或作為預留資源；Uplink，denotedasU，用于上行傳輸Slot類型Type1：全下行，DL-onlyslotType2：全上行，UL-onlyslotType3：全靈活資源，F(xiàn)lexible-onlyslotType4：至少一個上行或下行符號，其余靈活配置不同的時隙格式類似于LTE中不同的TDD上下行子幀配比。不同之處在于，NR的時隙格式中，上下行分配是OFDM符號級別的。XDUDXXUDXUDXUDXUDXUType1:DL-only

slotType2:UL-only

slotType3:Flexible-only

slotType4-1Type4-2Type4-3Type4-4Type4-5自包含時隙在NR的slot結構中，有兩種特殊的Slot結構，我們稱之為自包含時隙，其設計目標是為了縮短上下行數(shù)傳的RTT時延，分別包含以下兩種場景：DUACK/NACK下行調度及數(shù)傳HARQ反饋DU上行調度上行數(shù)傳上行自包含時隙：

同一個時隙包含上行調度信息以及上行數(shù)傳下行自包含時隙：

同一個時隙中包含下行數(shù)傳以及對應的HARQ反饋NR時隙（Slot）格式（續(xù)）NR支持多種時隙配比方案，基站可以通過以下幾種方式實現(xiàn)多層嵌套配置，從而實現(xiàn)動態(tài)時隙配比調整。與LTE相比，NR增加了UE級配置，靈活性高，資源利用率高。1第一級配置：通過系統(tǒng)消息進行半靜態(tài)配置。2第二級配置：通過用戶級RRC消息進行配置。3第三級配置：通過UE-group的DCI中的SFI指示進行配置（符號級配比）。4第四級配置：通過UE-specific的DCI進行配置(符號級配比)物理資源物理資源示意圖RE：ResourceElement物理層資源的最小粒度時域：1個OFDM符號；頻域：1個子載波RB：ResourceBlock數(shù)據(jù)信道資源分配頻域基本調度單位頻域：12個連續(xù)子載波物理資源（續(xù)）RBG：RBGroup數(shù)據(jù)信道資源分配基本調度單位，用于資源分配type0頻域：{2，4，8，16}個RBREG：REGroup控制信道資源分配基本組成單位時域：1個OFDM符號；頻域：12個子載波（1PRB）CCE：ControlChannelElement控制信道資源分配基本調度單位頻域：1CCE=6REG=6PRBCCE聚合等級：1,2,4,8,16BWP定義和應用場景基本定義和特點：BWP：BandwidthPart，是NR標準提出的新的概念；網(wǎng)絡側給UE分配的一段連續(xù)的帶寬資源，它是5GUE接入NR網(wǎng)絡的必備配置；UE級概念，不同UE可配置不同BWP；UE的所有信道資源配置均在BWP內進行分配和調度。應用場景：場景1：應用于小帶寬能力UE接入大帶寬網(wǎng)絡；場景2：UE在大小BWP間進行切換，達到省電效果；場景3：不同BWP，配置不同Numerology，承載不同業(yè)務。BWPBWPBandWidthCarrierBandWidth#1BWP2#2BWP1

Numerology1BWP1CarrierBandWidth#3Numerology2BWP2CarrierBandWidth1.5.45G空口信道結構 邏輯信道：存在于MAC（MAC（MediumAccessControl）層和RLC（RadioLinkControl）層之間。根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)的類型定義每個邏輯信道類型。一般分為兩種類型：控制信道和業(yè)務信道。傳輸信道：存在于MAC層和物理層PHY之間，根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)類型和空口上的數(shù)據(jù)傳輸方法進行定義?？梢蕴峁㎝AC和高層的傳輸業(yè)務信息。物理信道：負責編碼、調制、多天線處理以及從信號到合適物理時頻資源的映射?；谟成潢P系，高層一個傳輸信道可以服務物理層一個或幾個物理信道。NR中的邏輯信道NR中的傳輸信道NR中的物理信道信道映射（下行）CCCHDCCHDTCHPCCHBCCHDL-SCHPCHBCHPDCCHPDSCHPBCH下行邏輯信道下行傳輸信道下行物理信道信道映射（上行）CCCHDCCHDTCHUL-SCHRACHPUCCHPRACHPUCCH上行邏輯信道上行傳輸信道上行物理信道1.5.55G空口下行物理信道/信號5G相對于LTE，精簡了PCFICH，PHICH等信道，PDSCH增加了1024QAM調制方式PDCCH：物理下行控制信道調制方式：QPSK用于承載調度及傳輸格式,HARQ信息等

PBCH：物理廣播信道調制方式：QPSK用于系統(tǒng)消息MIB的廣播PDSCH：物理下行共享信道調制方式：QPSK、16QAM、64QAM、256QAM、1024QAM用于承載用戶專用數(shù)據(jù)下行物理信道下行信道處理過程物理信道信道編碼調制方式層數(shù)波形PDSCHLDPCQPSK,16QAM,64QAM，256QAM1~8層CP-OFDMPBCHPolarQPSK1CP-OFDMPDCCHPolarQPSK1CP-OFDMScramblingScramblingModulationmapperModulationmapperLayermapperAntennaPortmapperResourceElementmapperResourceElementmapperOFDMsignalgenerationOFDMsignalgeneration碼字Layers天線端口PDCCH和PBCH無此過程下行物理信道-PBCH

物理廣播信道PBCH用于承載系統(tǒng)消息的MIB（MasterInformationBlock，主信息塊），里面包含UE接入網(wǎng)絡中必要的信息如系統(tǒng)幀號、子載波帶寬、SIB1消息的位置等信息。LTE不同，5G的PBCH信道和PSS（與SSS組合在一起，在時域上占用連續(xù)4個符號，頻域上占用20個RB（240個RE），組成一個SS/PBCHblock，簡稱SSB（，同步信號塊）PBCH結構下行物理信道-PDCCHPDCCH用于傳輸來自L1/L2的下行控制信息，主要的內容包括以下3種類型：（1）下行調度信息DLassignments，以便UE接收PDSCH。（2）上行調度信息ULgrants，以便UE發(fā)送PUSCH。（3）指示SFI（SlotFormatIndicator）、PI（Pre-emptionIndicator）和功控命令等信息，輔助UE接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。下行物理信道–PDCCH（續(xù)）PDCCH傳輸?shù)男畔橄滦锌刂菩畔ⅲ―ownlinkControlInformation，DCI），不同內容的DCI采用不同的RNTI來進行CRC加擾；UE通過盲檢測來解調PDCCH；一個小區(qū)可以在上行和下行同時調度多個UE，即一個小區(qū)可以在每個時隙發(fā)送多個調度信息。每個調度信息在獨立的PDCCH上傳輸，也就是說，一個小區(qū)可以在一個時隙上同時發(fā)送多個PDCCH。小區(qū)PDCCH在時域上占據(jù)1個時隙的前幾個符號，最多為3個符號。PDCCH信道示意圖下行物理信道-PDCCH（續(xù)）控制信道由CCE聚合而成CCE是PDCCH傳輸?shù)淖钚≠Y源單位，一個CCE由6個REG組成，1個REG的時域寬度為1個符號，頻域寬度為1個PRB。聚合等級表示一個PDCCH占用的連續(xù)的CCE個數(shù)，Rel-15支持CCE聚合等級為{1,2,4,8,16}，其中，16為NR新增的CCE級別。gNodeB根據(jù)信道質量等因素來確定某個PDCCH使用的聚合等級。PDCCH聚合等級下行物理信道-PDSCHPDSCH用于承載多種傳輸信道，如PCH和DL-SCH。PHY層處理過程包括以下5個重要的步驟：（1）加擾：擾碼ID由高層參數(shù)進行用戶級配置；不配置時，缺省值為小區(qū)ID。（2）調制：調制編碼方式表格由高層參數(shù)mcs-Table進行用戶級配置，指示最高階為64QAM或256QAM。（3）層映射：將碼字映射到多個層上傳輸，單碼字映射1~4層，雙碼字映射5~8層。（4）預編碼/加權：將多層數(shù)據(jù)映射到各發(fā)送天線上；加權方式包括基于SRS互易性的動態(tài)權，基于反饋的PMI權，或開環(huán)靜態(tài)權；傳輸模式只有一種，加權對終端透明，即DMRS和數(shù)據(jù)經(jīng)過相同的加權。（5）資源映射：時域資源分配由DCI中Timedomainresourceassignment字段指示起始符號和連續(xù)符號數(shù)；頻域資源分配支持Type0和Type1，由DCI中Frequencydomainresourceassignment字段指示。下行物理信號信號名稱信號作用PSS/SSS主同步信號/輔同步信號DMRS解調參考信號CSI-RS信道狀態(tài)指示參考信號PT-RS相位跟蹤參考信號，用于高頻場景同步信號PSS和SSS作用如下：（1）UE用其進行下行同步，包括時鐘同步、幀同步和符號同步；（2）獲取小區(qū)的PCI，NR中將PCI進行了分組，共三組，每組336個PCI，總共有1008個，是LTE中的2倍，取值范圍為0~1007。5G下行方向上定義了兩種物理信號：SS（SynchronizationSignal，同步信號）和RS（ReferenceSignal，參考信號）。下行物理信號DMRS在用于信道估計，幫助UE對控制信道和數(shù)據(jù)信道進行相干解調，NR有3種不同的解調參考信號，分別用于PBCH、PDCCH和PDSCH的相干解調。

CSI-RS用于信道質量測量和時頻偏移追蹤，對于提升無線系統(tǒng)總體性能非常重要。通過CSI-RS的測量，UE可以進行CSI上報，基站獲得CSI信息后，可以根據(jù)信道質量調整MCS，進行RB資源分配；可以進行波束賦形，提高速率；還可以進行多用戶復用MU-MIMO，提升整體小區(qū)的吞吐量等。PTRS（PhaseTrackingReferenceSignal，相位跟蹤參考信號）是5G新引入的參考信號，用于跟蹤相位噪聲的變化，主要用于高頻段。DMRS（續(xù)）PBCH信道的每個RB中包含有3個RE的DMRS導頻，為避免小區(qū)間PBCHDMRS干擾，3GPP中定義PBCH的DMRS在頻域上根據(jù)小區(qū)CellID錯開。

也就是DMRS在PBCH的位置{0+v，4+v，8+v……..}

V為PCImod4的值CellID%4=0CellID%4=1CellID%4=2CellID%4=3PBCHDMRS相比LTE，PUSCH的調制方式增加了256QAM1.5.65G空口上行物理信道/信號PRACH∶物理隨機接入信道調制方式∶QPSK承載隨機接入前導PUCCH∶物理上行控制信道調制方式∶QPSK承載HARQ的應答，調度請求，信道狀態(tài)信息PUSCH∶物理上行數(shù)據(jù)信道調制方式∶QPSK、16QAM、64QAM、256QAM。承載用戶專用數(shù)據(jù)上行物理信道上行物理信道--PRACHUE通過隨機接入信道與小區(qū)建立連接并取得上行同步PRACH信道：用于傳輸Preamble序列gNodeB通過測量Preamble獲得其與UE之間的傳輸時延，并將uplinktiming信息通過timingadvancecommand告知UEPRACH資源:時域：時域位置（SystemFrame，Subframe，Slot，Symbol），長度，周期頻域：起始RB、所占的RB數(shù)碼域：Preamble序列PRACH前導由以下兩部分組成:循環(huán)前綴（CP）及前導序列不同格式上的差異：CP長度不同，Sequence長度不同，GP長度不同，序列重復次數(shù)不同PRACH信道格式–長格式序列按照Preamble序列長度，分為長序列和短序列兩類前導

長序列沿用LTE設計方案，共4種格式，不同格式下支持最大小區(qū)半徑和典型場景如下Format序列長度子載波間隔時域總長占用帶寬最大小區(qū)半徑典型場景08391.25kHz1.0ms1.08MHz14.5km低速&高速，常規(guī)半徑18391.25kHz3.0ms1.08MHz100.1km超遠覆蓋28391.25kHz3.5ms1.08MHz21.9km弱覆蓋38395.0kHz1.0ms4.32MHz14.5km超高速PRACH信道格式–短格式序列短序列為NR新增格式，R15共9種格式，子載波間隔Sub6G支持{15,30}kHz，above6G支持{60,120}kHzFormat序列長度子載波間隔時域總長占用帶寬最大小區(qū)半徑典型場景A113915·2μ(μ=0/1/2/3)0.14/2μms2.16·2μMHz0.937/2μkmsmallcellA213915·2μ0.29/2μms2.16·2μMHz2.109/2μkmNormalcellA313915·2μ0.43/2μms2.16·2μMHz3.515/2μkmNormalcellB113915·2μ0.14/2μms2.16·2μMHz0.585/2μkmsmallcellB213915·2μ0.29/2μms2.16·2μMHz1.054/2μkmNormalcellB313915·2μ0.43/2μms2.16·2μMHz1.757/2μkmNormalcellB413915·2μ0.86/2μms2.16·2μMHz3.867/2μkmNormalcellC013915·2μ0.14/2μms2.16·2μMHz5.351/2μkmNormalCellC213915·2μ0.43/2μms2.16·2μMHz9.297/2μkmNormalCell上行物理信道---PUSCH波形：和PDSCH不同，PUSCH可支持2種波形CP-OFDM：多載波波形（Transformprecodingdisabled），支持多流MIMODFT-s-OFDM：單載波波形（Transformprecodingenabled），僅支持單流，提升覆蓋性能物理層處理過程：波形調制方式碼字數(shù)層數(shù)RB資源分配峰均比PAPR應用場景CP-OFDMQPSK、16QAM、64QAM、256QAM11~4連續(xù)/非連續(xù)高近、中點DFT-s-OFDMπ/2-BPSK、QPSK、16QAM、64QAM、256QAM11連續(xù)低遠點（通過較低的PAPR獲得功率回退增益）上行物理信號上行增加了PT-RS參考信號，用于高頻場景下相位對齊信號名稱信號作用DMRS解調參考信號SRS:Sounding參考信號提供給基站作為下行MIMO預編碼的輸入PT-RS相位跟蹤參考信號，用于高頻場景

2.1頻譜效率提升技術 2.2覆蓋增強技術2.3時延降低技術 2.4毫米波技術 2.5網(wǎng)絡切片第2章5G關鍵技術1092.1.1非正交多址技術 2.1.2新型雙工技術 2.1.3新型調制與編碼 2.1.4多天線技術

2.1頻譜效率提升技術1101G到4G系統(tǒng)中分別采用了FDMA、TDMA、CDMA、和OFDMA技術，這些技術使接收端信號檢測復雜度大大降低。

為了滿足5G高頻譜效率和高連接數(shù)目的需求，采用多個用戶在相同資源上重疊發(fā)送的技術，即采用NOMA（非正交多址）方式，在接收端采用更復雜的檢測算法實現(xiàn)用戶的正確檢測。2.1.1非正交多址技術 111非正交多址技術有多種實現(xiàn)方案：PD-NOMA基于功率域的非正交多址接入SCMA稀疏碼分多址接入MUSA多用戶共享接入PDMA圖樣分割多址接入用戶2用戶1SIC接收機用戶2解碼用戶1解碼頻率功率基站PD-NOMA原理示意圖1121.PD-NOMA技術PD-NOMA是從功率域區(qū)分不同用戶的信息。F-OFDM原理示意圖1132.SCMA技術SCMA在多址方面主要結合低密度擴頻和F-OFDM(自適應正交頻分復用技術)兩項重要的多址技術、通過聯(lián)合優(yōu)化中的F-OFDM調制器和線性稀疏擴頻，根據(jù)設計好的碼本集合將數(shù)據(jù)比特直接映射為碼字。MUSA原理示意圖3.MUSA技術MUSA采用低互相關的復數(shù)域進行調制擴頻，減少了系統(tǒng)的復雜度。PDMA原理示意圖4.PDMA技術

PDMA在發(fā)射端給每個用戶分配不同的“圖樣”，將用戶所在的時域、頻域、功率域或空域的信息等進行多維度擴展。1162.1.2新型雙工技術

傳統(tǒng)網(wǎng)絡只能用一種雙工模式，對頻譜利用過于死板，無法適應多變的網(wǎng)絡環(huán)境需求，5G采用新型雙工技術來適應復雜的網(wǎng)絡環(huán)境:1.靈活的雙工技術2.全雙工技術1171.靈活的雙工技術

靈活雙工技術能夠根據(jù)上下行業(yè)務變化情況動態(tài)分配上、下行資源，有效提高系統(tǒng)資源利用率。

為既能靈活分配，又具有標準化，需要對頻譜（帶寬）和時間（幀）作進一步的劃分。5GNR采用可變Numerology，可設置不同子載波帶寬，并且支持多種時隙格式，有利于靈活雙工方式的實現(xiàn)。根據(jù)業(yè)務需要，可以動態(tài)地配置DL/UL的混合比例，這時在傳輸格式中，設置一時隙幀指示（SFI），通知用戶OFDM符號中是否包含有DL，UL或二者。自干擾消除電路原理示意圖1182全雙工技術

全雙工將指收發(fā)雙方在同一個時頻資源進行數(shù)據(jù)傳輸，發(fā)送端把信息傳遞給接收端，接收端進行相關干擾消除運算，實現(xiàn)同時收發(fā)，也稱同頻同時全雙工技術。實現(xiàn)全雙工的首要挑戰(zhàn)是解決自干擾問題。1192.1.3新型調制與編碼 5G兼容LTE調制方式，同時在上下行引入比LTE更高階的調制技術--256QAM，進一步提升頻譜效率。引入高階調制技術256QAM主要有以下兩大增益：（1）提升近點用戶的頻譜效率，從而提升上下行峰值速率。（2）提升小區(qū)下行峰值吞吐率。制式鏈路5GLTE上行QPSK、16QAM、64QAM、256QAMQPSK、16QAM、64QAM下行QPSK、16QAM、64QAM、256QAMQPSK、16QAM、64QAM1205G中LDPC作為數(shù)據(jù)信道編碼（即長碼編碼），Polar碼成為控制信道編碼（即短碼編碼）。LDPC碼是一種校驗矩陣密度非常低（即1的密度比較低）的線性分組碼，核心思想是用一個稀疏的向量空間把信息分散到整個碼字中，錯誤信息會在譯碼器的迭代中被分散到整個譯碼器中，正確解碼的可能性相應提高，譯碼性能良好。Polar碼的理論基礎是信道極化。信道極化包括信道組合和信道分解部分。當組合信道的數(shù)目趨于無窮大時，則會出現(xiàn)極化現(xiàn)象：一部分信道將趨于無噪信道，另外一部分則趨于全噪信道，這種現(xiàn)象就是信道極化現(xiàn)象。Polar碼的編碼策略應用了這種現(xiàn)象的特性，利用無噪信道傳輸用戶有用的信息，全噪信道傳輸約定的信息或者不傳信息。新型調制與編碼（續(xù)） 1212.1.4多天線技術LTE的MIMO和MassiveMIMO對比示意圖MassiveMIMO是多天線技術演進的一種高端形態(tài)，是5G網(wǎng)絡的一項關鍵技術，能夠提升小區(qū)覆蓋、用戶體驗和系統(tǒng)容量。目前，一般認為通道數(shù)達到64個或以上的MIMO就是MassiveMIMO技術。1.MassiveMIMO技術MassiveMIMO對網(wǎng)絡的要求頻段要求：由于MassiveMIMO的天線陣子數(shù)量遠遠超過傳統(tǒng)的天線，陣子之間的距離不宜過大，否則造成天線尺寸過大，無法滿足工程安裝的要求。陣子之間的距離和頻段相關，頻段越高陣子間隔越小，越有利于MassiveMIMO的部署（當前MassiveMIMO一般只用于2.6GHz以上的頻段）。雙工方式的要求：MassiveMIMO中引入了波束賦型技術，TDD系統(tǒng)的上下行信道的互易性更有利于下行賦型的權值計算，因此TDD系統(tǒng)更適合部署MassiveMIMO。通過引入了新的參考信號（CSI-RS），也可以實現(xiàn)FDD系統(tǒng)的下行權值計算，但性能比TDD略差。波束賦型原理示意圖2.波束賦形波束賦形利用信道信息對發(fā)射信號進行加權預編碼，以獲得陣列增益。波束賦形流程示意圖下行波束賦形的流程包括通道校正、權值計算與加權以及賦型四個步驟。波束賦形的流程125（1）通道校正。通道校正的目的是保證收發(fā)通道的互易行和通道間的一致性。（2）權值計算。gNodeB基于下行信道特征計算出一個向量，用于改變波束形狀和方向。（3）加權。加權是指gNodeB計算出權值后，將權值與待發(fā)射的數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)流和解調信號DM-RS）進行矢量相加，改變信號幅度和相位，以達到調整波束的寬度和方向的目的。（4）賦形。賦形應用了干涉原理，調整波束的寬度和方向。圖2-7中弧線表示載波的波峰，波峰與波峰相遇的位置疊加增強，波峰與波谷相遇的位置疊加減弱。126

多個用戶之間配對復用相同的時頻資源來實現(xiàn)多個數(shù)據(jù)流的技術就叫做MU-MIMO（多用戶MIMO），而一個用戶內部的多個數(shù)據(jù)流則為傳統(tǒng)的SU-MIMO（單用戶MIMO）。MU-MIMO的配對原則要求不同UE之間SINR接近以及信道相關性低，MassiveMIMO通過引入大量的天線陣子，采用更多的窄波束，降低了不同UE之間的信道相關性，因此UE之間更容易滿足MU-MIMO的配對條件。

同時，通過增加天線的陣子數(shù)，總的復用流數(shù)也增加了，目前主流的5G手機能支持4天線接收，因此可以和基站形成最多4條獨立的傳播路徑，也就是對于單個手機來說，SU-MIMO最多可支持4流傳輸。3.MU-MIMO與SU-MIMOMassiveMIMO增益–降低上行干擾接收分集、用戶級波束跟蹤，解決“高干擾”64R接收分集用戶級波束跟蹤在商用場景下，64T64R小區(qū)與8T8R小區(qū)相比，有效降低小區(qū)邊緣干擾6dB以上天線1信號天線64信號合并信號抑制深衰落128

多天線陣列的好處在于，不同的波束之間，不同的用戶之間的干擾比較少，因為不同的波束都有各自的聚焦區(qū)域，這些區(qū)域都非常小，彼此之間不大有交集。多天線陣列的不利之處在于，系統(tǒng)必須用非常復雜的算法來找到用戶的準確位置，否則就不能精準地將波束對準這個用戶。

因此，良好的波束管理和波束控制對massiveMIMO十分重要。4.波束管理波束管理主要包括四個步驟：（1）波束掃描（BeamSweeping）。（2）波束測量（Beammeasurement）。（3）波束決策（Beamdetermination）。（4）波束報告（Beamreporting）。（1）gNodeB使用多個窄波束在覆蓋區(qū)域內的下行方向進行掃描，從而滿足區(qū)域內的覆蓋要求。（2）波束測量用來評估波束的質量，評估指標包括波束中RSRP、RSRQ、SINR等。gNodeB或者UE對所接收到的波束中的質量和特性進行測量。（3）根據(jù)波束測量選擇最優(yōu)波束（或波束組）；下行波束由UE來確定，其判決準則是波束的最大接收信號強度應大于特定的門限。上行方向上，gNodeB對UE上傳的SRS進行測量以確定最好的上行波束。（4）確定最好波束后，UE或者gNodeB將所選擇的波束信息通知給對端。在UE側選擇完最佳波束后，需通過執(zhí)行隨機接入過程將波束質量和波束決策信息上報給gNodeB，以實現(xiàn)UE與gNodeB之間波束對齊，建立定向通信。

波束掃描原理示意圖2.2.1上下行解耦 2.2.2超級上行

2.2

覆蓋增強技術130

上下行覆蓋差異1312.2.1上下行解耦隨著波束賦形、CRS-Free（不使用小區(qū)參考信號）等技術的引入，下行干擾減小，TDD系統(tǒng)中C-Band頻段上下行覆蓋差距進一步擴大，導致上行覆蓋受限。SUL原理示意圖1.上下行解耦為解決上下行覆蓋差異問題，提出了上下行解耦方案SUL（SupplementaryUplink，補充的上行鏈路），即NR下行鏈路中gNodeB使用高頻段進行通信，上行可以視UE覆蓋情況選擇與LTE共享低頻資源進行通信，從而實現(xiàn)NR上下行頻段解耦。NSA場景下連接態(tài)UE接入SUL小區(qū)的流程1332.SUL載波管理流程

當系統(tǒng)引入SUL頻段后，SUL小區(qū)在隨機接入、功率控制、調度、鏈路管理和移動性管理上，與NUL（NR中UE正常的上行鏈路）頻段的過程有所區(qū)別。在NSA組網(wǎng)和SA組網(wǎng)場景下，連接態(tài)和空閑態(tài)的UE接入流程不同，首先討論NSA組網(wǎng)場景的情況，NSA場景下連接態(tài)UE接入SUL小區(qū)的流程如圖所示。134SA組網(wǎng)場景下空閑態(tài)初始接入時SUL的選擇過程如下：（1）UE接收系統(tǒng)廣播消息，獲取SUL載波選擇門限。（2）UE測量下行SSBRSRP并和選擇門限相比較，如果測量結果大于等于門限，UE在NUL載波發(fā)起隨機接入；如果測量結果小于門限，則UE在SUL載波發(fā)起隨機接入。135SA組網(wǎng)場景下UE在RRC連接態(tài)切換時，若目標小區(qū)是SUL小區(qū)，對于支持上下行解耦的UE，網(wǎng)絡側需要為UE選擇NUL載波或SUL載波，并在RRC重配置消息中指示UE要接入的上行載波，SUL載波的選擇過程如下：（1）切換前，源gNodeB向UE下發(fā)系統(tǒng)內測量控制（A3事件），指示UE測量鄰區(qū)信號強度。（2）源gNodeB收到UE上報的測量報告后，將鄰區(qū)測量的RSRP轉發(fā)給目標gNodeB，目標gN