河北聯通史鵬利：5G系統技術入門教程(97頁).pdf

1、5G系統標準發展概述 5G系統技術入門教程(一一)： 21 掃碼關注公眾號， 獲取更多5G資料！ 21 課程介紹 移動通信技術演進規律 4G/4.5G/5G標準主要技術特征 移動通信技術愿景和路標 需求推動移動通信技術持續演進 移動通信技術具有代際演進的規律 -全球移動通信經過1G、2G和3G三個發展階段，正從3G向4G演進，4G網絡已成主流網絡 -當前各國正在積極推進5G技術研究與應用 移動互聯網和物聯網為5G發展提供了廣闊發展空間 -預計2010年到2020年全球移動數據流量增長將超過200倍，我國將增長300倍以上 -預計到2020年全球移動終端數量將超過100億，其中我國將超過20億

2、- 預計到2020年全球物聯網設備連接數為500億，其中我國將超過100億 1980s1990s2000s2010 短信視頻、社交在線、互動、游戲語音 虛擬現實、 “零”時延感知 2020 有好強爽悅 移動通信技術演進完成時：4G GPRS/EDGE 峰值速率(UL:DL) 0.47/0.47Mbps 3GPP陣營(GSM) WCDMA 峰值速率 5.76/14.4Mbps HSPA TD-SCDMA 峰值速率0.55/1.68Mbps TD-HSPA EV-DO Rel.0 峰值速率：1.8/3.1Mbps D0 Rel .A CDMA 2000 1x 3GPP2陣營(CDMA) LTE F

3、DD 峰值速率 (20MHz) 50M/150Mbps LTE TDD 峰值速率 (20MHz) 10M/110Mbps LTE-A 峰值速率 500M1Gbps Mobile WiMAX 802.16e 峰值速率 75Mbps Mobile WiMAX 802.16m 峰值速率 500M1Gbps WiMAX陣營 TDMACDMAOFDMA 2G3G3.9G4G 概念搶占 Pre5G/4.5G/TDD+ R10R11R12R13R14R15R16 4G4.5G5G 容量：0.x Gbps 連接：8億連接量 時延：60ms 容量：x Gbps 連接：300億連接量 時延：10ms 容量：10

4、Gbps 連接：1000億連接量 時延：1ms 201020122014201620182020 R12 更強型LTE-A 增強型small cell、更強載波聚合、MTC、LTE與WIFI R13 滿足不斷增長的流量需求 Massive CA、增強MTC、室內定位、增強型MIMO R14 面向未來 移 動 寬 帶 移 動 互 聯 網 移動通信技術演進進行時：4.5G 4.5G 適合于室內和熱點的多場景覆蓋 街道 體育場所 寫字樓 商業區 CoMP 校園 居民住宅 eICIC SON 3D MIMO SW 1）室分系統工程施工 2）直流供電 3）GPS 4）Ir光纖部署 SW 1）普通傳輸接入

5、 2）PoE供電 室分 系統 LTE-HI Vs. 7x 4x 1x 0.5x 總成本 新建雙路新建雙路LTE-HI利舊單路 3x 峰值速率 40 x 峰值速率 室分系統LTE-HI LTE-HI LTE-HI 3.5GHz Co-RRM 宏基站 傳輸網 4.5G低成本，安裝簡單，一條網線解決 4.5G通過新增Co-RRM網元，協 調和平衡無線資源，實現大規模 密集組網增大容量 4.5G 大帶寬，可實現高容量進行補熱 1 2 3 4.5G主要無線技術特征 中心 用戶 邊緣 用戶 OFDMA 邊緣用戶 SOMA 中心用戶 分配1/5功率 分配4/5 功率 頻率頻率 功率功率 調制技術：256QA

6、M（256階正交振幅調制） 相對4G的64QAM承載6bit，采用256QAM可承載8bit，同樣的 時頻資源塊上能容納更多數據，提升了空口吞吐量。 256QAM 64QAM 8載波以上載波聚合 4T4RMIMO 8T8R以上MIMO Massive MIMO 物聯網技術：LTE-M LTE-M是為滿足運營商開拓物聯網需要提出新的一種蜂窩網絡技術， 采用窄帶技術（帶寬從4G的180kHz降低到下行15kHz、上行5kHz ） 相對4G覆蓋提升200倍（功率譜密度提升36倍，最大64個TTI Bundling提升5.5倍），單小區支持110萬連接數（LTE-M的RB數提 高36倍。 3D BF通

7、過水平、垂直 兩維波束賦形提供最大 32。4G只有水平維度 的波束賦形，最大8流 Massive CA 3D BF 水平方 向波束 水平方 向波束 垂直方 向波束 多天線技術：Massive MIMO（ 3D BF、8T8R以上 MIMO ）、Massive CA（ 8載波以上） 接入技術：SOMA（半正交頻分多址） 將小區中心用戶和邊緣用戶分配在同一個時頻資源塊上，通過 功率資源（兩用戶功率相差較大場景）對兩用戶進行區分，從 而提高資源利用率，獲得更高吞吐量。 移動通信技術演進現在時：5G 5G主要無線技術特征 移動通信技術演進：愿景 4G4.5G 5G 人與人互聯物聯網萬物互聯 高清視頻、

8、簡單物聯網、車聯網 4k超高清視頻、物聯網、車聯網 全息視頻、虛擬現實、自動駕駛、物聯 網、車聯網、智能家居、穿戴式設備 4.5G定義（ 4.5G標準R12將于今年底凍結）：4.5G 是4G演進，可提供XGbps大容量、10ms低時延和 300億連接數 基于SOMA、256QAM、Massive MIMO等關鍵技術 提供xGbps高容量； 基于Cloud EPC及Shorter TTI特性縮短時延到10ms； 通過LTE-M提供小帶寬滿足物聯網300億+接入用戶數 5G定義（標準處于研究階段）：5G通過系列關鍵新技術 可提供10Gbps超大容量、 端到端1ms超低時延、1000億海 量連接 革

9、命性技術：全雙工技術、Massive MIMO多天線 (128*128) 、高階頻段（ 30G-100GHz）提供高達10Gbps容 量； 采用0.1ms TTI將時延降低到1ms，可變帶寬子載波支持連接 數1000億以上，應對未來10年ICT行業巨大變化，實現萬物互 聯。 應用 場景 定義 5G不僅僅是一次技術升級，它將為我們搭建一個廣闊的 技術平臺，催生無數新應用、新產業。5G將成為全聯接 世界和未來信息社會的重要基礎設施和關鍵使能者。 4.5G是4G的全方位平滑演進，可以在現有4G上通過 軟件升級或增加一定硬件來實現，4.5G定位于未來五 年出現的新終端、新業務、新體驗，是5G的先行者。

10、 移動通信技術演進：路標 4.5G 商用 5G 商用 4G4.5G5G 容量xMbpsxGbps10Gbps 連接8億連接300億連接1000億連接 時延60ms10ms1ms 4.5G、5G的設計目標：提供更高容量、更多連接、更短時延。 當前5G標準R15已經凍結，國內的5G商用牌照也于2019年6月6正式發放。 201020122014201620182020 Rel-10Rel-11Rel-12Rel-13Rel-14Rel-15Rel-16 3GPP標準版本 LTE-Advanced (4G)4.5G5G CA、CoMP、MIMO HetNet . SOMA 、256QAM、 Mass

11、ive CA、 Massive MIMO、LTE-M、U-LTE . SCMA、F-OFDM 、 Massive MIMO、全雙 工. 5G的主要驅動力 5G的技術發展路線 新的頻譜使用 新的空口傳輸技術 新的網絡架構 更靈活的網絡連接 支持更多的應用場景 融合創新 100Mbps 1Gbps 10Gbps IMT-2020技術愿景 多領域跨界融合 多系統融合 多RAT/多層次/多連接融合 多模多業務對于終端的影 響 LTE-HI/小小區持續增強 先進天線技術 更智能化的的網絡管理和無線資源管理 演進 無所不在的服務 5G移動寬帶系統將成為面向2020年以后人類信息社會需求的無線移動通信系統。

12、 5G不再僅僅是更高速率、更大帶寬、更強能力的空中接口技術，而是面向業務應用和用戶體驗的智能網絡。它是一個多業務 多技術融合的網絡，通過技術的演進和創新，滿足未來包含廣泛數據和連接的各種業務的快速發展需要，提升用戶體驗。 持續推動5G標準 推動成立IMT-2000， 負責需求組多議題、 頻譜需求和候選頻段 的研究 牽頭863項目-5G無 線傳輸關鍵技術 5G預研 牽頭863項目-5G無 線傳輸關鍵技術 牽頭四個技術專題 研究方向，積極參 與IMT2020需求組、 頻譜組工作 2015 提前布局5G 產業 MPR-FullDuplex50Gbps Basest ion Virtualized R

13、adio 100Gbps Wireless 全雙工 50Gbps基站 f-OFDM 100Gbps傳輸系統 MPR-FullDuplex50Gbps Basest ion Virtualized Radio 100Gbps Wireless MPR-FullDuplex50Gbps Basest ion Virtualized Radio 100Gbps Wireless SCMAmmWave （毫米波傳輸系統） Massive MIMO 課程總結 1、移動通信演進規律、移動通信演進規律 4G-4.5G-5G R12對應對應4.5G，R15對應對應5G 有、好、強、爽、悅有、好、強、爽、悅 2

14、、移動通信標準主要技術特征、移動通信標準主要技術特征 4.5G:3D MIMO、massive MIMO、半正交多址、半正交多址、256調制技術、物聯網調制技術、物聯網LTE-M 5G:massive MIMO、非正交多址、全雙工、靈活雙工、增強多載波等、非正交多址、全雙工、靈活雙工、增強多載波等 5G系統核心能力指標 5G系統技術入門教程(二二)： 課程介紹 5G八大關鍵能力指標 5G頻率挑戰、技術挑戰、效率挑戰和運營挑戰 ITU定義的5G八大關鍵能力 ITU 定 義 的 三 大 應 用 場 景 指標 名稱 流量密度 連接數密 度 時延移動性能效用戶體驗速率頻譜效率 峰值 速率 4G參考值

15、0.1 Tbps/ Km2 10萬/km2空口10ms350Km/h1倍 10 Mbps (urban/suburba n) 1倍1Gbps 5G取值 10 Tbps/ Km2 100萬/Km2空口1ms 500 Km/h 100倍提升 （網絡側） 0.1-1Gbps 3倍提升 （某些場景 5倍） 20Gbps 5G之花在中國 5G技術發展的愿景: “信息隨心至，萬物觸手及” 5G的頻率挑戰 5G的技術挑戰 5G的運營挑戰 5G的效率挑戰 8 名稱定義 頻譜效率（bps/Hz/cellbps/Hz/Km2）每小區或單位面積內，單位頻譜資源提供的吞吐量 能源效率（bit/J）每焦耳能量所能傳輸的

16、比特數 成本效率（bit/Y）每單位成本所能傳輸的比特數 5G系統相比4G系統在頻譜效率、能源效率和成本效率方面需要得 到顯著提升： 頻譜效率需提高515倍 能源效率有百倍以上提升 成本效率有百倍以上提升 能效提升技術 跨層優化資源調度 高效利用有限資源 跨層資源聯合調度 鏈路層 應用層 傳輸層 物理層 網絡層 智能MAC 實時/非實時 擁塞控制 感知路由 CSI QSI 跨網優化協作通信 減少競爭、增加合作 跨網資源聯合優化配置 CHORUS: Collaborative & Harmonized Open Radio Ubiquitous System 提升用戶體驗， 降低能量消耗 CHO

17、RUS 課程總結 1、5G八大關鍵能力八大關鍵能力 流量密度、連接數密度、時延、移動性、頻譜效率、能效、用戶體驗速率、峰值速率流量密度、連接數密度、時延、移動性、頻譜效率、能效、用戶體驗速率、峰值速率 2、5G三大關鍵應用場景三大關鍵應用場景 海量機器通信（大連接）、增強的移動寬帶（超高帶寬）、超高可靠和低時延通信海量機器通信（大連接）、增強的移動寬帶（超高帶寬）、超高可靠和低時延通信 3、5G挑戰挑戰 頻率挑戰頻率挑戰 技術挑戰技術挑戰 運營挑戰運營挑戰 效率挑戰效率挑戰 5G系統關鍵無線技術 5G系統技術入門教程(三三)： 課程介紹 5G面臨的挑戰和應對思路 5G主要關鍵技術 高頻信號傳輸

18、技術 靈活頻譜共享技術 新型傳輸波形技術 先進編碼調制技術 大規模天線技術 非正交多址接入技術 雙工技術 超密集組網 物聯網設計 5G發展技術需求 多頻段、多接入 模式、小的覆蓋 半徑給網絡技術 帶來挑戰 新型通信技術和 高頻段開發給半 導體技術帶來挑 戰 海量設備帶來的能耗增 加為綠色通信的要求帶 來挑戰 信道在高速移動條件 下的惡化和高頻段信 道的開發為高傳輸速 率技術帶來挑戰 有限的頻譜資源一直以來制約著 無線通信系統性能提升 小區密集化以及移動設備的增加導致 的干擾制約網絡容量增長和傳輸速率 增加 挑戰 頻譜資 源 信道 功率 干擾 器件 無縫接 入 5G：顛覆性技術在哪里？ 需要技術

19、和策略突破 5G：解決三 個主要問題？ 容量不足 能耗高 提升用戶體驗 頻譜利用 無線接入 無線傳輸 無線組網 業務與終端 產生顛覆性技 術的五個方向 解決思路 更多頻譜10 新頻段技術 異構協同10 無線網絡架構革新 蜂窩WLAN 廣播衛星新頻段 互聯網 異構協同：建立高效、開放、可擴展、可信、 智能的無線網絡體制 需要技術和 體制的革新 高效協作 用戶 新技術 新頻譜 新體制 更高頻譜效 率10 無線傳輸和 接入 5G無線技術路線 5G空口技術框架 5G空口關鍵技術演進 類型細類4G4.5G5G 容量 接入技術OFDMASOMA（半正交頻分多址） GMFDM（通用多載波頻 分多址） 雙工方

20、式半雙工半雙工全雙工（同時同頻收發） 調制64QAM256QAM256QAM 帶寬20M20M100M及其以上（高頻段） CA4CC U-LTE Massive CA: 8CC及其以 上，包括T+F CA Massive CA MIMO2*2 MIMO、4*4 MIMO Massive MIMO: 8T8R及 其以上 Massive MIMO：64T64R 及其以上 時延降低時延1ms TTIShorter TTI（0.5ms）0.1ms TTI 連接數 更多連接 數 固定15kHz子載波 Narrow Band-M2M（LTE- M） D2D（LTE-D） 可變帶寬子載波 架構網絡架構扁平化

21、IP化網絡架構Cloud EPCNFV、SDN 5G無線關鍵技術（1）-大規模天線技術（1/3） 技術原理 當基站側天線數遠大于用戶天線數時，基 站到各個用戶的信道將趨于正交。 用戶間干擾將趨于消失，而巨大的陣列增 益將能夠有效地提升每個用戶的信噪比， 從而能夠在相同的時頻資源共同調度更多 用戶。 功能和優勢 若基站配置400根天線，在20MHz帶寬的 同頻復用TDD系統中，每小區用MU- MIMO方式服務42個用戶時，即使小區間 無協作，且接收/發送只采用簡單的 MRC/MRT時，每個小區的平均容量也可 高達1800Mbps。 應用場景 城區宏覆蓋、高層建筑、室內外熱點、郊 區、無線回傳鏈路

22、 技術方案 面向異構和密集組網的massive MIMO網絡構架與組網方案 Massive MIMO物理層關鍵技術 大規模有源陣列天線技術 大規模天線與高頻段的結合 5G無線關鍵技術（1）-大規模天線技術（2/3） 4G：3GPP LTE-A標準 4G：3GPP LTE標準 5G 3G：WCDMA HSPA+標準 大規模天線：基站使用大規模天線陣列 （幾十甚至上百根天線） 支持SISO，22MIMO，44MIMO。 下行峰值速率100Mb/s。 支 持 22MIMO ， 下 行 峰 值 速 率 42Mb/s 最多支持88MIMO，下行峰值速率 1Gb/s 3G：WCDMA HSPA標準 只能使

23、用SISO，下行峰值速率 7.2Mb/s MIMO技術的演進 密集站點MIMOC-RAN分布MIMO 5G無線關鍵技術（1）-大規模天線技術（3/3） 何為大規模天線：大量天線為相對少的用戶提供同傳服務 系統容 量 10倍 100倍 能量效 率 發射能 量 1 系統容量和能量效率大幅度提升 上行和下行發射能量都將減少 用戶間信道正交，干擾和噪聲將被消除 信道的統計特性趨于穩定 優勢 信道狀態信息獲?。▽ьl污染問題） 信道測量與建模（不同場景信道） 發射機和接收機設計（降低復雜度） 天線單元及陣列設計（低能耗天線） 挑戰 大規模天線被公認為5G關鍵技術之一 5G無線關鍵技術（2）-非正交多址接入

24、技術（1/3） 技術原理 PDMA圖樣分割多址接入（Pattern Division Multiple Acess）是一種基于多用戶通信系 統整體優化的新型非正交多址接入技術，通 過發送端和接收端的聯合設計，在發送端采 用功率/空間/編碼等多種信號域的單獨或者 聯合非正交特征圖樣區分用戶，在接收端采 用SIC方式實現準最優多用戶檢測。 主要功能和優勢 對于大容量持續業務信道，使系統整體頻譜 效率提升1-2倍；對于大容量隨機突發業務， 縮短數據包傳輸時延并提升用戶接入體驗。 技術方案 發射端圖樣設計 導頻設計 與MIMO結合 低復雜度檢測算法 DecDec SICSIC檢測檢測 u u3 3 D

25、ecDec SICSIC檢測檢測 u u1 1 u u1 1 u u2 2 u u2 2 u u4 4 u u4 4 u u3 3 功率域功率域 空域空域 碼域碼域 用戶用戶u u1 1和和u u2 2的的 圖樣疊加圖樣疊加 用戶用戶u u3 3和和u u4 4 的圖樣疊加的圖樣疊加 P P1 1 P P2 2 碼流碼流1 1 碼流碼流2 2 碼流碼流3 3 + + - - + + - - 1,22,2ss1,42,4ss * 1,12,1ss * 1,32,3 ss 1,52,5ss1,32,3ss1,12,1ss 1,1s1,2s1,4s * 1,1s * 1,3s 1,5s1,3s 1,

26、1s * 1,2s * 2,1s * 2,3s 2,5s2,3s * 2,2s 2,1s 2,1s2,2s 1,12,1ss * 1,22,2 ss 發送端發送端 接收端接收端 應用場景 宏蜂窩及宏微蜂窩異構網絡 分布式多天線或密集小區 低時延高可靠等極端場景 5G無線關鍵技術（2）-非正交多址接入技術（2/3） 復雜度（Complexity）容量（Capacity） 非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access: NOMA) 兩個用戶同時占用所 有可用帶寬 弱用戶先解碼強干擾， 消除干擾的影響，再 解碼自己的消息。 可實現最優容量，并 改善弱用戶可達速率 NO

27、MA 5G無線關鍵技術（2）-非正交多址接入技術（3/3） F-OFDM波形技術：根據業務靈活配置 SCMA稀疏碼本多址：多維調制、擴頻 PDMA圖樣多址：功率域、空間域、碼域 MUSA多用戶多址：非線性SIC接收機 5G無線關鍵技術（3）-雙工技術（1/3） 小基站根據上下行業務量靈活自適應 上下行信號對稱統一消除上下行干擾 宏站管理、控制；小站業務、低功率 靈活雙工全雙工 自干擾抑制 空間域：天線位置、空間零陷波束、高隔離收發天線。 射頻域：構建與接收自干擾信號幅相相反的對消信號。 數字域：殘存線性與非線性自干擾進行重建消除。 TX RX 5G無線關鍵技術（3）-雙工技術（2/3） 靈活雙

28、工技術 基本原理 隨著在線視頻業務的增加，以及社交網絡的推廣，未來移動流量呈現出多變特性：上下行業務需求隨時間、地點而變 化等，目前通信系統采用相對固定的頻譜資源分配將無法滿足不同小區變化的業務需求。 靈活雙工能夠根據上下行業務變化情況動態分配上下行資源，有效提高系統資源利用率。 應用場景 低功率節點的小基站 低功率的中繼節點 5G無線關鍵技術（3）-雙工技術（3/3） 全雙工通信技術 在現有基礎上，理論上信道容量提升1倍 多天線對消方案 時分雙工 上下行鏈路同頻，分時 頻分雙工 上下行鏈路分頻，同時 全雙工 上下行鏈路同頻，同時 目前國外已建立試驗平臺，國內 開展研究較少 5G無線關鍵技術（

29、4）-超密集組網（1/3） 技術原理 增加單位面積內小基站的密度，通過在異構網絡中 引入超大規模低功率節點實現熱點增強、消除盲點、 改善網絡覆蓋、提高系統容量。 功能和優勢 滿足熱點地區500-1000倍的流量增長的需求（幾十 Tbps/k, 1百萬連接/k ，1Gbps用戶體驗速率） 應用場景 密集街區、密集住宅、辦公室、公寓、大型集會、 體育場、購物中心、地鐵 技術方案 5G高密度小區的網絡架構 干擾管理 移動性管理 連接管理 多層，多RAT融合組網 節能 SON 現代辦公 大型露天集會地鐵 密集商業區 5G無線關鍵技術（4）-超密集組網（2/3） 超密集組網關鍵技術 干擾抑制與管理移動性

30、管理 聯合傳輸與反饋 5G無線關鍵技術（4）-超密集組網（3/3） 多系統 多分層 多小區 多載波 + 3.5GHz 2.6GHz 2.1GHz 1.9GHz 1.8GHz 室內熱點密集城區 近郊&郊區 宏站 宏站 LTE-HI LTE-HI 900MHz 800MHz 農村、山區 精細化覆蓋是5G的重要發展方向 5G無線關鍵技術（5）-低時延高可靠物聯網設計（1/2） 技術原理 滿足移動互聯網和物聯網的應用場景的擴大所帶來的 對時延和可靠性的特殊要求。 主要功能和優勢 端到端ms級用戶面時延 真正永遠在線體驗: 10ms 控制面時延 可靠性高達99.999%以上 應用場景 實時云計算、增強現

31、實、在線游戲、遠程醫療等 智能交通、智能電網、實時遠程控制等 緊急通信 技術方案 新的網絡架構 新的空口設計 高層信令過程設計 接入過程和方法設計 智能交通工業控制應急通信 RN RTT(0.1ms) PL(10-6) Unicast Relay Multicast TTI(20us) PL(10-3) D2D Discovery I am Here Data transfer D2D Communication 1. 隨機接入 2. 同步，資 源分配 4. 連接建立 T10ms 3.鑒權 短幀 靈活本地網絡架構 流程優化 5G無線關鍵技術（5）-低時延高可靠物聯網設計（2/2） 端到端通信D

32、2D優勢： 1.終端近距離通信，高速率低時延低功耗。 2.短距離通信可頻譜資源復用。 3.無線P2P功能。 4.拓展網絡覆蓋范圍 時頻資源： 1.正交：基站控制，容量受限。 2.復用：高效利用，引入干擾。 協調： 1.網絡完全控制：控制干擾，會產生大量信 令開銷，無法體現D2D通信的靈活性。 2.網絡輔助自主：自主D2D節省資源縮短時 延，網絡輔助進行無線資源管理。 5G無線關鍵技術（6）-高頻段信號傳輸技術（1/4） 技術原理 移動通信傳統工作頻段十分擁擠，而大于 6GHz的高頻段可用頻譜資源豐富，能夠有 效緩解頻譜資源緊張現狀，可以支持極高 速短距離通信。 主要功能和優勢 高達1GHz帶寬

33、的頻率資源，將有效地支持 10Gbps峰值速率和1Gbps用戶體驗速率。 技術方案 高頻段傳播特性、信道測量與建模 基于高頻段的傳輸技術方案 高頻段的射頻和天線關鍵技術 基于高頻段的新載波空口設計 網絡架構和組網技術 應用場景 用高頻做蜂窩接入 用高頻做基站與基站之間的回傳 D2D的高頻通信、車載通信等 覆蓋盲區覆蓋盲區1 1 拐角效應 LOS區域1 NLOS反射區1 F_low F_high 相互干擾 高低頻融合組網 Relay組網增強 干擾協調干擾管理 高頻無線資源管理 5G無線關鍵技術（6）-高頻段信號傳輸技術（2/4） 頻譜拓展技術 認知無線電 提高已分配頻譜的利 用率。 重點關注5G

34、hz以下頻 段。 毫米波通信 優勢： 足夠寬的頻段，波束集中， 方向性好。 缺點： 路損大，環境影響，繞射 差，高速差。 可見光傳輸 優勢： 信號源LED燈成本低，高速 傳輸，干擾小，能照明。 缺點： 目前單向通信，與射頻無 法切換。 5G無線關鍵技術（6）-高頻段信號傳輸技術（3/4） 2014年7月，國家無線電監測中心和全球移動通信系 統協會發布450MHz-5GHz關注頻段頻譜資源評估 報告，給出了北京、成都和深圳等城市部分無線電 頻譜占用統計數字。 統計結果表明，5GHz以下所關注頻段大 部分的使用率遠遠小于10%，說明5GHz 以下頻段使用效率有大量的提升空間。 為了提高頻譜利用率，

35、未來5G需要采用 認知無線電技術 認知無線電提高已分配頻譜的利用效率 5G無線關鍵技術（6）-高頻段信號傳輸技術（4/4） 1 GHz MHz410-430, 470-694/698, 694/698-790 1-2 GHz MHz1300-1400, 1427-1525/1527, 1695- 1700/1710 2-3 GHz MHz2025-2100, 2200-2290, 2700-3100 3-5 GHz MHz3300-3400, 3400-4200, 4400-5000 5-6 GHz MHz5150-5925, 5850-6245 增加帶寬是增加容量和傳輸速率最直接的方法 6G

36、Hz以下頻譜資源稀缺6GHz以上頻譜資源豐富 5G無線關鍵技術（7）-靈活頻譜共享技術（1/3） 技術原理 新的頻譜使用方法，讓多個系統共 享使用特定頻譜，改變了以往固定 頻譜分配的方式。 主要功能和優勢 可有效拓展IMT可用頻譜約1倍。 應用場景 機會式使用 授權共享 非授權共享 技術方案 網絡架構、基于數據庫共享、 SON 無線環境檢測、動態頻率分配、 RRM、干擾管理和QoS保證 經濟和商業模式、無線電規則等 IMT機會式使用其它業務空閑頻段 衛星衛星 TV 宏小區宏小區 微小區微小區 微小區微小區 微小區微小區 頻率頻率 IMT衛星衛星TV 動態使用動態使用 IMT共享授權頻段 PS

37、data base 5 5G G 5 5G G5 5G G 非非5 5G G 非非5 5G G 非非5 5G G非非5 5G G 頻率頻率 5 5G G 非非5 5G G5 5G G 頻率頻率 非非5 5G G5 5G G IMT與非授權頻段聯合使用 (LTE-U) 宏小區宏小區 Cogitive RRUCogitive RRU 微小區微小區 微小區微小區 頻率頻率 宏小區宏小區微小區微小區 頻率頻率 宏小區宏小區微小區微小區 同頻段多運營商多RAT共享 5G無線關鍵技術（7）-靈活頻譜共享技術（2/3） 傳統靜態頻譜分配策略 行政指派或拍賣方式，靜態使用。 面臨的挑戰 挑戰1：頻譜利用存在不

38、均衡問題 挑戰2：存在時-頻-空多維頻譜空洞 挑戰3：頻譜利用效率較低 現 有 頻 譜 分 配 殆 盡 北郵頻譜測 量結果顯示 北京頻譜利 用存在空洞 英國廣播電 視頻段頻譜 利用存在不 均衡問題 美國芝加哥地 區30MHz- 3GHz頻譜利 用率較低，僅 為5.2% 5G無線關鍵技術（7）-靈活頻譜共享技術（3/3） 動態頻譜分配策略 打破傳統靜態頻譜分配方法的局限， 結合時-頻-空多維頻譜的動態分配， 促進頻譜資源利用能夠智能化，以 使其使用更高效靈活，從而提高頻 譜利用效率。 頻譜緊缺與頻譜 浪費是一對矛盾， 如何提升頻譜利 用效率？ 頻譜 緊缺 頻譜 浪費 頻譜利用不均衡，存在頻譜空洞

39、， 頻譜利用效率低 解決方法 動態頻譜 5G無線關鍵技術（8）-新型傳輸波形技術（1/2） OFDM傳輸波形技術 OFDM是當前Wi-Fi和LTE標準中的高速無線通信的主要傳信模式 頻譜利用效率高（與傳統FDM相比，提高 一倍） 抗頻率選擇性衰落 利用FFT/IFFT模塊，容易實現 優勢 載波頻偏導致碼間串擾和用戶間干擾 循環前綴（CP）降低了頻效和能效 毫米波頻段的實現（如超寬帶寬、高頻功 放等） 挑戰 OFDM是未來5G的關鍵傳輸波形技術， 其性能仍有提升空間 OFDM mod. (IFFT) CP insertion Noise OFDM demod. (FFT) CP removal

40、Transmitter Receiver LTECP配 置 子載波間隔 CP長度Tcp有用符號長度Tu CP比 例 常規CP15kHz 5.21 67.7s 7.20% 4.69s6.50% 擴展CP15kHz 16.67s67.7s20% 5G無線關鍵技術（8）-新型傳輸波形技術（2/2） 新型傳輸波形技術濾波器組多載波 （Filterbank multicarrier：FBMC） 傳統OFDM功率譜 FBMC功率譜 除了FBMC外，還有多種波形改進技術，如 time-Frequency Packing, sparse code multiple access, generalized fr

41、equency division multiplexing等 各種改進的傳輸波形技術為5G性能提升提 供多樣選擇 用濾波器組替代CP 對載波頻偏不敏感 提高了頻效和能效 OFDM mod. (IFFT) Tx Filter Bank 0 1 Noise OFDM demod . (FFT) Rx Filter Bank 0 1 Transmitter Receiver 5G無線關鍵技術（9）-先進編碼與調制技術（1/3） 1G 2G 3G 4G 5G 調制方式的演進 編碼方式的演進 增強的自適應 編碼調制設計 編碼調制技術的演進 5G無線關鍵技術（9）-先進編碼與調制技術（2/3） 空間調制（

42、Spatial Modulation SM） Channels 2 s 1 s 1 s 1 0/1 0 1 Antenna Estimation Symbol Detection Data Bits Data Bits 空間調制系統 4發射天線QPSK空間調制星座圖 以天線的物理位置來攜帶部分發送信息比特，將 傳統二維映射擴至三維映射，提高頻譜效率。 每時隙只有一根發射天線處于工作狀態，避免了 信道間干擾與天線同步發射問題，且系統僅需一 條射頻鏈路，有效地降低了成本。 5G無線關鍵技術（9）-先進編碼與調制技術（3/3） 頻率正交幅度調制（ Frequency Quadrature-ampli

43、tude Modulation:FQAM） 根據信息論，非高斯干擾可 實現更高傳輸速率 將頻移鍵控（FSK）與正交幅度調制（QAM）相 結合，提高頻譜效率。 用于多小區下行鏈路中，能夠提高小區邊緣用戶 的通信質量。 課程總結 1、5G面對挑戰解決思路面對挑戰解決思路 新體制、新技術、新思路新體制、新技術、新思路 2、5G主要關鍵技術主要關鍵技術 大規模天線技術大規模天線技術 非正交多址接入技術：非正交多址接入技術：PDMA/NOMA/MUSA/SCMA/F-OFDM 雙工技術雙工技術:靈活雙工、全雙工靈活雙工、全雙工 超密集組網超密集組網 物聯網設計物聯網設計 高頻信號傳輸技術：認知無線電、毫

44、米波、可見光通信高頻信號傳輸技術：認知無線電、毫米波、可見光通信 靈活頻譜共享技術：多個系統共享特定頻譜靈活頻譜共享技術：多個系統共享特定頻譜 新型傳輸波形技術：新型傳輸波形技術：FBMC（濾波器組多載波）（濾波器組多載波） 先進編碼調制技術：空間調制、先進編碼調制技術：空間調制、FQAM調制調制 5G系統新型網絡架構 5G系統技術入門教程(四四)： 課程介紹 5G網絡架構構成 5G網絡三大模塊主要功能 5G網絡架構關鍵技術 5G新型網絡架構關鍵技術（1） 網絡功能虛擬化NFV 硬件與軟件分離 網絡使用x86架構的通用設備 部署靈活快速 軟件定義網絡SDN 控制與轉發進一步分離 快速高效自組網

45、、拓撲快速重構 感知并調度資源、網絡連接可編程 接入平面 統一的多無線接入技術融合 無線資源調度與共享 控制平面 控制集中化、簡單化 服務差異化、開放化 轉發平面 用戶面下沉分布式網關 移動邊緣內容與計算 5G新型網絡架構關鍵技術（2） 未來5G網絡將向性能更優質、功能更靈活、運營更智能、網絡更友好的方向 發展。 5G新型網絡架構關鍵技術（3） 密集 異構 中心式云 后臺 使無線通信回歸到“最后一公里” 拉近用戶與天線的距離，提高速率 增強服務覆蓋面積 大量不同級小區重疊（Macro、Micro、 Pico、Femto） 不同制式的網絡重疊（Cellular、Wi-Fi、 D2D、CR、M2M

46、） Remote Radio Head（RRH）與基帶處理 單元分離 SDN網絡實現協議接口 基帶信號資源的集中化管理與調度 5G網絡整體架構的共識。 5G新型網絡架構關鍵技術（4） 接入網和核心網的邏輯功能界面清晰，但是部署方式卻更加靈活， 甚至可以融合部署。 5G新型網絡架構關鍵技術（5） 5G網絡功能特性 5G新型網絡架構關鍵技術（6） C-RAN 云架構 RRU替代物理基站 光纖互聯 中心式處理 高性能 多點協作接入 實時信息處理 低成本 低建設成本 低維護成本 RRURRU Fiber RRU Cloud C-RAN 無線接入網綠色演 進白皮書 (v2.5)，2011 5G新型網絡架

47、構關鍵技術（7） REPE 5G Device 4G Device Wi-Fi Device Cloud 資源開放協議（REP） 開放式設備接口協議 資源描述協議 資源租賃協議 設備動態租用 利用設備空閑資源 避免重復建設 前向兼容，平滑過渡 現有應用保持不變 現有設備保持不變 全網優化基礎 全頻段調度 負載均衡 網絡設備虛擬化 5G新型網絡架構關鍵技術（8） REPE 4G vBS Management APP RLC MAC PHY 5G vBS Management APP RLC MAC PHY Wi-Fi vBS Management APP RLC MAC PHY 5G vBS M

48、anagement APP RLC MAC PHY REPE 5G 4G Wi-Fi 5G 5G 5G 網絡結構虛 擬化 云端的虛擬基站 集群構成虛擬網 絡，利用SDN技 術動態優化網絡 結構。 10/59 Virtual BS Pool 課程總結 1、5G網絡架構網絡架構 接入平面、控制平面、轉發平面接入平面、控制平面、轉發平面 2、5G網絡主要功能網絡主要功能 接入平面：多無線接入技術融合接入平面：多無線接入技術融合 控制平面：控制集中化、簡單化控制平面：控制集中化、簡單化 轉發平面：用戶面下沉分布式網關轉發平面：用戶面下沉分布式網關 3、5G網絡架構關鍵技術網絡架構關鍵技術 C-RAN:接入云接入云 資源開放協議（資源開放協議（REP）：云端的虛擬基站集群構成虛擬網絡，利用）：云端的虛擬基站集群構成虛擬網絡，利用SDN技術動態優化網絡技術動態優化網絡 結構。結構。 5G系統重要網絡技術 5G系統技術入門教程(五五)： 課程介紹 5G系統重要網絡技術 無線mesh與動態自組網絡 無線資源調度與共享 定制化部署和服務 統一的無線接入技術融合 控制能力重構 網絡能力開放 按需組網 網絡邊緣緩存與計算 無線mesh