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1、5G概念 关键键技术术与应应用 2019年5月 5G概念 5G关键键技术术 5G进进展与应应用 1 1 什么是5G 2G 3G IMT 2000 4G IMT Advanced 5G IMT 2020 1990年 2000年 2010年 2020年 WCDMA TD LTE及增强 FDD LTE及增强 cdma2000 TD SCDMA 10kbps 200kbps 语音和低速数据业务 300kbps 50Mbps 移动多媒体业务 100Mbps 1Gbps 移动宽带业务 5G5G5G5G 10Gbps 多样化关键能力指标 移动互联网 物联网 802 16e GSM IS 95 802 16m
2、 3GPP 3GPP2 IEEE 全球统一 3 1 2 先定一个小目标 5G与4G关键能力对比 5G 100Mbps 4G 10Mbps 5G 20Gbps 4G 1Gbps 峰值速率体验速率 连接密度时延 5G 1ms 4G 10ms 5G 106 km2 4G 105 km2 频谱效率 网络能效移动性 区域容量 5G相对4G 提升3倍 5G相对4G 提升100倍 5G 500km h 4G 350km h 5G 10Mbps m2 4G 0 1Mbps m2 4 连续广域覆盖场景 热点高容量场景 增强型移动宽带场景 eMBB 低时延高可靠场景 uRLLC 低功耗大连接场景 mMTC 5G三
3、大类应用场景 eMBB uRLLC mMTC 1 3 5G能做什么 1 5 用 在 指 尖 生 死 攸 关大 隐 于 市 1 3 5G能做什么 2 6 5G概念 5G关键键技术术 5G进进展与应应用 2 1 独立 SA 和非独立组网 NSA 1 8 2 1 独立 SA 和非独立组网 NSA 2 SA支持网络切片 边缘计算等5G新特性 5G网络初期以eMBB热点区域覆盖为主 离开5G区 域 通过核心网实现与4G的互操作 对于eMBB业务 终端本身有缓存机制 业务体验不受影响 SA和NSA都可以实现4G 5G协同 只是NSA与SA标 准完成时间有先后 SA是目标网络方案 可避免NSA的网络频繁改造
4、和 终端复杂的问题 基于4G核心网的NSA仍需向SA演进 网络需要 频繁改动 基于5G核心网的NSA需4G基站升级到eLTE 改 造量大 异厂家基站间难实现4G 5G双连接 NSA方案下3 5GHz频段组合在终端侧存在较严重 干扰问题 为解决该问题将导致终端成本较高 SA终端由于不涉及双连接等技术 终端相对简单 成本低 SA的终端成本低 SA的业务能力更强 SA对现网改造量小 SA是网络演进目标方案 9 2 2 空口技术 概览 100MHz400MHz 中低频高频 大规模天线 大带宽 百兆级基础带宽 主流的3 5GHz频段单载波最高采用100M带宽 灵活可配的空口帧结构 满足单向eMBB 4m
5、s URLLC 0 5ms时延 30kHz子载波间隔成为国内eMBB空口配置首选 上下行时隙配比待定 1ms时隙 15kHz 30kHz 60kHz 符号级调度 快速反馈 0 5ms时隙 0 25ms时隙 平均频谱效率提升3倍的主 要手段 64T64R成为业界宏站主流 标准最高支持12流 业界 基于产品实现可支持更高 流数 理论峰值频谱效率 随流数线性增长 mini slot 精简PCFICH和PHICH信道 引入BWP Bandwidth Part 增强对终端支持 同步信号PSS SSS与广播信道PBCH组成一个 SSB SS PBCH block 捆绑传输 支持长和短两种前导序列 一共13
6、种前导格式 舍弃LTE空口小区级的参考信号CRS 2 5ms双周期 2 5ms单周期 2ms单周期三种帧结构 10 2 2 空口技术 协议 用户面控制面 RRC CONNN ECTED RRC IDLE RRC INACTI VE 1 2 3 p 5G控制面在RRC层新增RRC INACTIVE 态 能够降低时延并利于节电 p 5G用户面协议栈设计基于LTE进行了修改 新增SDAP层 用来实现QoS flow和数据 无线承载DRB之间的映射以及完成对上下 行数据包的标记QFI 在PDCP层 引入duplication 在RLC层 取消了LTE中RLC层的级联和 按序传输功能 11 1 3 Ma
7、ssive MIMO波束介绍绍 Massive MIMO作为5G的主要特性之一 实现波束赋形 形成极精确的用 户级超窄波束 并随用户位置的不同而不同 将能量定向投放到用户位 置 相对传统宽 波束天线可提升信号覆盖 同时降低小区间用户干扰 Massive MIMO天线波束分为静态波束和动态波束 小区级数据采用小 区级静态波束 采用时分扫描的方式 用户数据采用用户级动态 波束 根据用户的信道环境实时赋 形 5G 静态广播波束采用窄波束轮询扫 描覆盖整个小区的机制 选择合适 的时频资 源发送窄波束 可以根据不同场景配置不同的广播波束 以匹 配多种多样的覆盖场景 这里就涉及到如何根据不同的场景规划合适
8、波 束的问题 业务波束采用动态波束赋形不支持波束定制 2 3 空口技术 大规模多入多出天线 12 2 3 Massive MIMO 波束赋形 机械下倾 由机械调整决定的下倾角 同时对公共波束和业务波束进行调整 5G 机械臂支持的机械下倾角调整范围为 20 20 预置电下倾 考虑典型的应用场景 为支持更大的有效范围范围 5G AAU单元阵子会预置一定度数的下倾 5G 单TRX预置下倾角为6 对于广播波束 预置下倾仅影响可调电下倾角调整范围和最大增益指向 不影响实际控制信道倾角度数 对于业务波束 影响业务包络最大增益指向 可调电下倾 5G AAU可调电下倾角功能仅支持广播波束下倾角的调整 不支持业
9、务信道动态波束下倾角的调整 通过参数配置调整控制信道波束下倾角度 支持以1 为粒度 整体调整控制信道波束下倾角 13 2 3 Massive MIMO 增益对比 14 2 3 Massive MIMO 终端 当前各厂商测试终 端普遍采用非商用终端 类似基站平台 形式 操作方便 体积大 功耗高 性能与商用终端存在差异 A厂商终终端 B厂商终终端 C厂商终终端 D厂商终终端 15 2 3 Massive MIMO 制式选择 p 部署建议 中国电信将优先6GHz以下的大规模天线基站部署 6GHz以下 国内具备较好的产业基础 也具备商用产品研发能力 6GHz以上 商用设备的研发能力还需要进一步测试论证
10、 p 天线设备的选择 目前产品主要有64通道及16通道两种形态 在高楼较多 站间距较小 用户数量较密集的密集城区场景 对用户容量及垂直维度波束赋形精度方面的要求较 高 应采用高通道数的天线设备 如厂家主流的64T64R的天线设备 在低矮建筑为主 站间距较大 用户数量较小的郊区或农村场景 对用户容量及垂直维度波束赋形精度方面的要 求较低 可以采用低通道数的天线设备 可以有效的降低成本和能耗 如厂家主流的16T16R的天线设备 在中低建筑为主 用户密度一般的一般城区场景 应根据具体需求和成本情况选用适当的天线设备 p 基站的下倾角设置 可设置初始机械下倾角 后期不建议调整机械下倾角 可设置预置电下
11、倾角 对于64TRx192AE的天线设备 其数字波束赋形可以代替电调能力 其余的天线设备 还有待验证 16 2 4 CU DU技术 17 2 4 CU DU架构 1 p CU DU分离优势不明显 且会带来运维复杂化 传输资 源需求增加 CU 集中需要考虑部署位置与 时延要求折衷等挑战 建议现阶 段CD DU合设 18 CU DU分离部署CU DU合设部署 DU难以虚拟化 CU虚拟 化目前存在成本高代价大的 挑战 适用于mMTC小数据包业 务 但目前标准化工作尚未 启动 发展趋势不明确 节省网元 减少规划与运维复 杂度 降低部署成本 无需中传 减少时延 1 2 3 1 2 3 避免NSA组网双链
12、接下路由 迂回 而SA组网无路由迂 回问题 缩短建设周期 44 5G CU DU AAU 5G DU 5G CU 核心网核心网 AAU 回传传 无集中CU架构有集中CU架构 前传传 回传传 中传传 前传传 注 无线网络切片功能与CU DU是否分离无关 MEC部 署的关键是UPF的下沉 与CU DU是否分离无关 2 4 CU DU架构 2 19 2 5 5G网络切片 1 20 2 5 5G网络切片 2 21 PCFNRF UPF NRFPCF NSSF 切片选择功能 NRFPCF NRF 网元发现功能 DN1 DN2 SMFNRFPCF SMF 切片 1 2 3的公用网元 切片 1 切片 2 切
13、片 3 SMF AMF UPF UPF p 网络络切片是端到端的逻辑逻辑 子网 涉及核心网络络 控制平面和用户户平面 无线线接入网 IP承载载网和传传送网 需要多 领领域的协协同配合 部署在统一的底层物理设施 不同切片承载不同网络服务 底层资源共享 不同网络切片可以进行功能定制 不同切片承载的网络服务对网络功能的要求不同 切片之间的逻辑隔离可以方便实现网络功能定制 为不同的垂直行业提供个性化服务 为不同企业提供差异化SLA 例如不同的QoS级别 不同的安全级别等等 2 5 5G网络切片 3 22 2 6 开放 云化 柔性的核心网 23 边缘计算 l网络功能云化 云原生 虚机 容器化 l基础设施
14、云化 统一 层次化基础设施资源池 l个性化定制网络 面向业务 快速按需部署 l安全隔离 不同行业应用 客户的业务与数据安全隔离 l用户面按需下沉 按场景部署 满足5G业务多样化需求 l能力增强 提升用户体验 减轻传输压力 全面云化 服务化架构l网络功能设计模块化 服务重用 网络可灵活扩展 l接口服务化和IT化 易于与IT网络互通融合 网络切片 2 6 核心网架构图 1 RAN MME S PGW PCRFAF HSS DN MME S PGW U PCRFAF HSS DN S PGW C 承载载控制分离 AMF UPF AF AUSF DN SMF 功能模块块化 PCF UDM 4G核心网
15、4G核心网 5G核心网 RAN RAN 24 2 6 核心网架构图 2 Access and Mobility Function 接入与移动动 性管理功能 终结 N1接口的NAS信令 并负 责注册管理 连接管理 可达性管理 移动 性管理等 Authentication Server Function 认证认证 服 务务器功能 负责鉴权认证 Unified Data Management 统统一数据库库 存储签 约信息 并支持鉴权证书 存储和处理 Session Management Function 会话话管理功能 会话管理 例如会话建立 修改和释放等 IP地址分配 用户面功能的 选择 与控制
16、等 Policy Control Function 策略控制功能 为控制面功能提供策略信息 存储并提供 用户策略相关的签约 信息 Application Function 应应用 功能 与3GPP核心网交互 并提供业务 服务 User Plane Function 用户户面功能 数据转 发与路由 数据报文检测 和策略执行 用户 面QoS处理 Data Network 数据网络络 如Internet 企业网等 Network Slice Selection Function 网络络切片选选 择择功能 为终 端选择 切片实例与服务AMF 确 定终端允许接入的切片 25 2 7 5G NR覆盖能力特点 26 3 5G NR较LTE上行传播损耗更大 到达基站接收端的可用功率更低 深度 覆盖情况下上行功率只能支持较少RB 造成NR高带宽 高阶调制 多流 等优势无法生效 且由于NR采用TDD方式 相对FDD系统 上行覆盖能力存在明显劣势 总体结果 3 5 G NR相对1 8G LTE 在深度覆盖区域上行覆盖存在差距 基本结论 下行 依靠NR高带宽 波束赋形能力 3 5G NR 下行速率明显高于1
