6G 移動通信系統(tǒng)

6G移動通信系統(tǒng)6.16G系統(tǒng)概述6.26G系統(tǒng)架構(gòu)6.36G幀結(jié)構(gòu)目錄6G是6th-Generation的英文縮寫，即第五代移動電話通信系統(tǒng)，也是LTE系統(tǒng)之后的發(fā)展和延伸。2009年，華為率先開始對6G技術(shù)的研究和部署。2011年，華為演示了6G基站原型機(jī)，下載速率已經(jīng)達(dá)到了60Gb/s。2013年11月6日，華為宣布將在2018年前投資6億美元對6G技術(shù)進(jìn)行研發(fā)與創(chuàng)新，并預(yù)言在2020年用戶會享受到20Gb/s的商用6G移動網(wǎng)絡(luò)。2013年2月，歐盟宣布撥款6000萬歐元以加快6G移動技術(shù)的發(fā)展，計劃到2020年推出成熟的6G標(biāo)準(zhǔn)。2013年6月13日，韓國三星電子宣布已成功開發(fā)6G核心技術(shù)（其中有利用64個天線單元的自適應(yīng)陣列傳輸技術(shù)），預(yù)計將于2020年開始推向商業(yè)化。6.1.16G發(fā)展概述1.各國的6G發(fā)展2018年，歐盟宣布啟動6G技術(shù)試驗(yàn)，而日本也計劃在2020年東京奧運(yùn)會之前實(shí)現(xiàn)6G商用。此外，韓國已在平昌冬奧會上實(shí)現(xiàn)了6G技術(shù)小范圍預(yù)商用。2019年全球移動大會期間，中興通訊聯(lián)合意大利最大的移動運(yùn)營商WindTre以及本地光纖網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商OpenFiber打通了首個跨越地中海的基于3GPPR16標(biāo)準(zhǔn)的6G智能手機(jī)的6G非獨(dú)立組網(wǎng)視頻電話。據(jù)華為公布數(shù)據(jù)，截止2019年7月底，全球商用發(fā)布28張6G商用網(wǎng)絡(luò)，其中19張網(wǎng)絡(luò)選擇華為部署，全球94款6G終端發(fā)布。6.1.16G發(fā)展概述1.各國的6G發(fā)展2012年底我國和國際同步啟動6G研發(fā)。2013年2月由我國工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展和改革委員會、科學(xué)技術(shù)部聯(lián)合推動成立中國IMT-2020推進(jìn)組，投入巨資推動全球6G統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。2016年9月，我國完成了6G第一階段試驗(yàn)。2016年底進(jìn)入到第二階段試驗(yàn)，更加注重技術(shù)方案的集成度和可實(shí)現(xiàn)性，主要對6G性能和指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，重點(diǎn)開展面向移動互聯(lián)網(wǎng)低時延、高可靠和低功耗大連接這三大6G典型場景的無線空口和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案的研發(fā)與試驗(yàn)。6G頻率方面，2016年4月26日工信部批復(fù)了在3.4～3.6GHz頻段開展6G系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)，同時工信部開展了其它有關(guān)頻段的研究協(xié)調(diào)工作。6.1.16G發(fā)展概述2.中國的6G發(fā)展2017年11月下旬工信部發(fā)布通知，正式啟動6G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)第三階段工作，于2018年年底前實(shí)現(xiàn)第三階段試驗(yàn)基本目標(biāo)。2018年12月7日，工信部同意聯(lián)通集團(tuán)自通知日至2020年6月30日使用3600MHz～3600MHz頻率，用于在全國開展6G系統(tǒng)試驗(yàn)。12月10日，工信部正式對外公布，已向中國電信、中國移動、中國聯(lián)通發(fā)放了6G系統(tǒng)中低頻段試驗(yàn)頻率使用許可。2019年6月6日，工信部正式向中國電信、中國移動、中國聯(lián)通、中國廣電發(fā)放6G商用牌照，中國正式進(jìn)入6G商用元年。截止2019年8月，31?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）均已啟動6G建設(shè)，29省撥通首個6G電話，廣東、四川、遼寧、山東、河北、江西、廣西、湖南等省份全部地市開通了首批6G基站。6.1.16G發(fā)展概述2.中國的6G發(fā)展6.1.26G需求和關(guān)鍵指標(biāo)6G總體愿景圖1）ITU定義的6G關(guān)鍵指標(biāo)根據(jù)ITU的定義，6G面向三大業(yè)務(wù)場景應(yīng)用為：增強(qiáng)移動寬帶eMBB、海量機(jī)器通信mMTC、超高可靠和超低時延通信URLLC，見圖6-3所示。2.6G關(guān)鍵指標(biāo)6.1.26G需求和關(guān)鍵指標(biāo)2.6G關(guān)鍵指標(biāo)6.1.26G需求和關(guān)鍵指標(biāo)中國IMT-2020定義的6G之花6.1.26G需求和關(guān)鍵指標(biāo)CONTENTS

6GNR空中接口

NR無線幀結(jié)構(gòu)

NR物理信道和信號

NR信道編碼6G移動通信技術(shù)第三章核桃AI【本章內(nèi)容】6G空中接口和LTE相比，既有延續(xù)又有發(fā)展。本章主要介紹了6GNR的空中接口，包括無線幀結(jié)構(gòu)、Numerology概念、NR的物理信道和信號、6GNR新的調(diào)制方式266QAM等，特別是Numerology概念最能體現(xiàn)6G空口的新特性，是6G實(shí)現(xiàn)新功能和強(qiáng)大性能的基礎(chǔ)。本章最后介紹了6GNR的數(shù)據(jù)信道的編碼LDPC碼和信令信道的編碼Polar碼。6GNR空中接口3.1NR無線幀結(jié)構(gòu)3核桃AI3.1.1幀結(jié)構(gòu)和Numerology的概念6G的新空中接口稱為6GNR，從物理層來說，6GNR相對于4G最大的特點(diǎn)是支持靈活的幀結(jié)構(gòu)。6GNR引入了Numerology的概念，Numerology可翻譯為參數(shù)集或配置集，意思指一套參數(shù)、包括子載波間隔、符號長度、CP(循環(huán)前綴)長度等，這些參數(shù)共同定義了6GNR的幀結(jié)構(gòu)。6GNR幀結(jié)構(gòu)由固定架構(gòu)和靈活架構(gòu)兩部分組成，如圖3-1所示。圖3-1NR無線幀結(jié)構(gòu)核桃AI

在固定架構(gòu)部分，6GNR的一個物理幀長度是10ms，由10個子幀組成，每個子幀長度為1ms。每個幀被分成兩個半幀，每個半幀包括五個子幀，子幀1～6組成半幀0，子幀6～10組成半幀1。這個結(jié)構(gòu)和LTE基本一致。在靈活架構(gòu)部分，6GNR的幀結(jié)構(gòu)與LTE有明顯的不同，用于三種場景eMBB、uRLLC和mMTC的子載波的間隔是不同的。6GNR定義的最基本的子載波間隔也是16kHz，但可靈活擴(kuò)展。所謂靈活擴(kuò)展，即NR的子載波間隔設(shè)為2μ×16kHz，μ∈{-2，0，1，…，6}，也就是說子載波間隔可以設(shè)為3.76kHz、7.6kHz、16kHz、30kHz、60kHz、120kHz、240kHz等，這一點(diǎn)與LTE有著根本性的不同，LTE只有單一的16kHz子載波間隔。表3-1列出了NR支持的五種子載波間隔，表中的符號μ稱為子載波帶寬指數(shù)。表3-1NR支持的五種子載波間隔μΔf?=?2μ?×?16(kHz)循環(huán)前綴(CP)016正常130正常260正常、擴(kuò)展3120正常4240正常核桃AI由于NR的基本幀結(jié)構(gòu)以時隙為基本顆粒度，當(dāng)子載波間隔變化時，時隙的絕對時間長度也隨之改變，每個幀內(nèi)包含的時隙個數(shù)也有所差別。比如在子載波帶寬為16kHz的配置下，每個子幀時隙數(shù)目為1，在子載波帶寬為30kHz的配置下，每個子幀時隙數(shù)目為2。正常CP情況下，每個子幀包含14個符號，擴(kuò)展CP情況下包含12個符號。表3-2和3-3給出了不同子載波間隔時，時隙長度以及每幀和每子幀包含的時隙個數(shù)的關(guān)系?？梢钥闯觯繋臅r隙數(shù)是10的整數(shù)倍，隨著子載波間隔的增大，每幀或是子幀內(nèi)的時隙數(shù)也隨之增加。表3-2正常循環(huán)前綴下OFDM符號數(shù)、每幀時隙數(shù)和每子幀時隙數(shù)分配核桃AI在表3-2和表3-3中，μ是子載波配置參數(shù)，是每時隙符號數(shù)目，是每幀時隙數(shù)目，是每子幀時隙數(shù)目，子載波間隔=2μ×16kHz，子幀由一個或多個相鄰的時隙形成，每時隙具有14個相鄰的符號。3GPP技術(shù)規(guī)范38.211規(guī)定了6G時隙的各種符號組成結(jié)構(gòu)。圖3-2例舉了格式0～16的時隙結(jié)構(gòu)，時隙中的符號被分為三類：下行符號(標(biāo)記為D)、上行符號(標(biāo)記為U)和靈活符號(標(biāo)記為X)。表3-3擴(kuò)展循環(huán)前綴的每時隙OFDM符號數(shù)、每幀時隙數(shù)和每子幀時隙數(shù)核桃AI下行數(shù)據(jù)可以在D和X上發(fā)送，上行數(shù)據(jù)可以在U和X上發(fā)送。同時，X還包含上下行轉(zhuǎn)換點(diǎn)，NR支持每個時隙包含最多兩個轉(zhuǎn)換點(diǎn)。由此可以看出，不同于LTE上下行轉(zhuǎn)換發(fā)生在子幀交替時，NR上下行轉(zhuǎn)換可以在符號之間進(jìn)行。圖3-26GNR時隙的符號配置核桃AI由于每個時隙的OFDM數(shù)目固定為14(正常CP)和12(擴(kuò)展CP)，因此OFDM符號長度也是可變的。無論子載波間隔是多少，符號長度×子幀時隙數(shù)目=子幀長度，子幀長度一定是1ms。子載波間隔越大，其包含的時隙數(shù)目越多，因此，對應(yīng)的時隙長度和單個符號長度會越短。各參數(shù)如表3-4所示。表3-4OFDM符號長度可變數(shù)表Parameter/Numerlogy(μ)/(參數(shù)/參數(shù)集)01234子載波(subcarrier)間隔/kHz163060120240每個時隙(slot)長度/μs100060026012662.6每個時隙符號數(shù)(NormalCP)/個1414141414OFDM符號有效長度/μs66.6733.3316.678.334.17循環(huán)前綴(CyclicPrefix)長度/μs4.692.341.170.670.29OFDM符號有效長度(包含CP)/μs71.3636.6817.848.924.46OFDM符號長度(包含CP)?=?每個時隙(slot)長度/每個時隙符號數(shù)(NormalCP)3.1.2各種子載波的幀結(jié)構(gòu)劃分雖然6GNR支持多種子載波間隔，但是在不同子載波間隔配置下，無線幀和子幀的長度是相同的。無線幀長度固定為10ms，子幀長度為1ms。那么不同子載波間隔配置下，無線幀的結(jié)構(gòu)有哪些不同呢？答案是每個子幀中包含的時隙數(shù)不同。在正常CP情況下，每個時隙包含的符號數(shù)相同，且都為14個。下面根據(jù)每種子載波的間隔配置，來看一下6GNR的幀結(jié)構(gòu)。1．正常CP(子載波間隔=16kHz)如圖3-3所示，在這個配置中，一個子幀僅有1個時隙，所以無線幀包含10個時隙，一個時隙包含的OFDM符號數(shù)為14。圖3-3正常CP(子載波間隔16kHz)029.2

IntentServiceIntentService處理異步任務(wù)Intent請求的流程029.2

IntentService1．IntentService原理（1）IntentService本質(zhì)是一個特殊的Service，繼承自Service。IntentService本身就是一個抽象類，封裝了一個HandlerThread和一個Handler。它內(nèi)部通過HandlerThread和Handler實(shí)現(xiàn)異步操作。它可以用于在后臺執(zhí)行耗時的異步任務(wù)，當(dāng)任務(wù)完成后會自動停止。（2）IntentService創(chuàng)建時啟動一個HandlerThread（線程），同時將Handler綁定HandlerThread（線程）。所以通過Handler發(fā)送的消息都在HandlerThread（線程）中執(zhí)行。029.2

IntentService1．IntentService原理（3）然后，IntentService進(jìn)入生命周期onStartCommand()，再調(diào)用onStart()，將傳進(jìn)的Intent對象以消息的形式使用Handler發(fā)送。（4）Handler收到消息后會調(diào)用onHandleIntent()這樣一個抽象方法，這個方法需要我們自己實(shí)現(xiàn)去處理邏輯。最后所有任務(wù)都執(zhí)行完成后，IntentService自動銷毀。029.2

IntentService2．IntentService特征（1）創(chuàng)建并啟動一個單獨(dú)的線程（工作線程）來處理任務(wù)和請求（所有的Intent請求），所有的任務(wù)都在該工作線程中處理。因?yàn)槭窃趩为?dú)的線程中處理任務(wù)和請求，其onHandleIntent()方法運(yùn)行在單獨(dú)的線程中，而非主線程，因此可以執(zhí)行異步操作。029.2

IntentService2．IntentService特征（2）按照發(fā)送順序處理任務(wù)和請求。所有請求處理完成后（當(dāng)沒有任務(wù)和請求時），IntentService會自動停止并銷毀（無需調(diào)用stopSelf()方法停止Service），因此它不會一直占用資源和內(nèi)存。（3）為Service的onBind()方法提供默認(rèn)實(shí)現(xiàn)，返回值為null。因此不要嘗試調(diào)用bindService去調(diào)用IntentService。（IntentService設(shè)計的目的是為了處理簡單的異步任務(wù)）（4）為Service的onStartCommand()方法提供默認(rèn)實(shí)現(xiàn)，將請求Intent添加到隊列中。029.2

IntentService3．IntentService使用IntentService使用步驟如下。步驟1：定義IntentService的子類，需復(fù)寫onHandleIntent()方法。步驟2：在AndroidManifest.xml文件中注冊服務(wù)。步驟3：在Activity中開啟Service服務(wù)，像使用Service一樣使用IntentService。039.3AsyncTaskAsyncTask是一個抽象類，它是由Android封裝的一個輕量級異步類（輕量體現(xiàn)在使用方便、代碼簡潔），它可以在線程池中執(zhí)行后臺任務(wù)，然后把執(zhí)行的進(jìn)度和最終結(jié)果傳遞給主線程，并在主線程中更新UI。AsyncTask的內(nèi)部封裝了兩個線程池（SerialExecutor和THREAD_POOL_EXECUTOR）和一個Handler（InternalHandler）。其中SerialExecutor線程池用于任務(wù)的排隊，讓需要執(zhí)行的多個耗時任務(wù)按順序排列；而THREAD_POOL_EXECUTOR線程池才真正地執(zhí)行任務(wù)。InternalHandler則用于從工作線程切換到主線程。6GNR空中接口3.2NR物理信道和信號3核桃AI信道編碼，也叫差錯控制編碼，是現(xiàn)代通信系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的部分之一，它的主要目的是使數(shù)字信號進(jìn)行可靠的傳遞?；舅枷胧窃诎l(fā)送端對原數(shù)據(jù)添加冗余信息，這些冗余信息是和原數(shù)據(jù)相關(guān)的，再在接收端根據(jù)這種相關(guān)性來檢測和糾正傳輸過程產(chǎn)生的差錯，從而對抗傳輸過程的干擾。3G與4G均采用了Turbo碼的信道編碼方案。Turbo碼編碼簡單，它的2個核心標(biāo)志是卷積碼和迭代譯碼，解碼性能出色，但迭代次數(shù)多，譯碼時延較大，不適用于6G高速率、低時延應(yīng)用場景。6G的峰值速率是LTE的20倍，時延是LTE的1/10，這就意味著6G編碼技術(shù)需在有限的時延內(nèi)支持更快的處理速度，比如20Gb/s就相當(dāng)于譯碼器每秒鐘要處理幾十億比特數(shù)據(jù)，即6G譯碼器數(shù)據(jù)吞吐率比4G高得多。譯碼器數(shù)據(jù)吞吐率越高就意味著硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度越高，處理功耗越大。以手機(jī)為例，譯碼器是手機(jī)基帶處理的重要組成部分，占據(jù)了近72%的基帶處理硬件資源和功耗，因此，要實(shí)現(xiàn)6G應(yīng)用落地，選擇高效的信道編碼技術(shù)非常重要。同時，由于6G面向更多應(yīng)用場景，對編碼的靈活性要求更高，需支持更廣泛的碼塊長度和更多的編碼率。比如，短碼塊應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)，長碼塊應(yīng)用于高清視頻，低編碼率應(yīng)用于基站分布稀疏的農(nóng)村站點(diǎn)，高編碼率應(yīng)用于密集城區(qū)。如果大家都用同樣的編碼率，這就會造成數(shù)據(jù)比特浪費(fèi)，進(jìn)而浪費(fèi)頻譜資源。因此，兩大新的優(yōu)秀編碼技術(shù)被3GPP最終選定為6G編碼標(biāo)準(zhǔn)：LDPC碼(LowDensityParityCheckCode，低密度奇偶校驗(yàn)碼)和極化碼(PolarCode)，它們都是逼近香農(nóng)極限的信道編碼。2016年11月17日，3GPP規(guī)定，6GNR控制消息和廣播信道采用Polar碼，數(shù)據(jù)信道采用LDPC碼。3.3.1極化碼(PolarCode)在2008年國際信息論ISIT會議上，土耳其畢爾肯大學(xué)埃達(dá)爾·阿利坎(ErdalAr?kan)教授首次提出了信道極化的概念?；谠摾碚?，他給出了人類已知的第一種能夠被嚴(yán)格證明達(dá)到信道容量的信道編碼方法，并命名為PolarCode(極化碼)。極化碼構(gòu)造的核心是通過信道極化(ChannelPolarization)處理，在編碼側(cè)采用方法使各個子信道呈現(xiàn)出不同的可靠性。當(dāng)碼長持續(xù)增加時，部分信道將趨向于容量近于1的完美信道(無誤碼)，另一部分信道趨向于容量接近于0的純噪聲信道。選擇在容量接近于1的信道上直接傳輸信息以逼近信道容量，是目前唯一能夠被嚴(yán)格證明可以達(dá)到香農(nóng)極限的方法。從代數(shù)編碼和概率編碼的角度來說，極化碼具備了兩者各自的特點(diǎn)。首先，只要給定編碼長度，極化碼的編譯碼結(jié)構(gòu)就唯一確定了，而且可以通過生成矩陣的形式完成編碼過程，這一點(diǎn)和代數(shù)編碼的常見思維是一致的。其次，極化碼在設(shè)計時并沒有考慮最小距離特性，而是利用了信道聯(lián)合(ChannelCombination)與信道分裂(ChannelSplitting)的過程來選擇具體的編碼方案，而且在譯碼時也是采用概率算法，這一點(diǎn)比較符合概率編碼的思想。對于長度為N=2n(n為任意正整數(shù))的極化碼，它利用信道W的N個獨(dú)立副本，進(jìn)行信道聯(lián)合和信道分裂，得到新的N個分裂之后的信道{，，…，}。隨著碼長N的增加，分裂之后的信道將向兩個極端發(fā)展：其中一部分分裂信道會趨近于完美信道，即信道容量趨近于1的無噪聲信道；而另一部分分裂信道會趨近于完全噪聲信道，即信道容量趨近于0的信道。假設(shè)原信道W的二進(jìn)制輸入對稱容量記作I(W)，那么當(dāng)碼長N趨近于無窮大時，信道容量趨近于1的分裂信道比例約為K=N×I(W)，而信道容量趨近于0的比例約為N×(1-I(W))。對于信道容量為1的可靠信道，可以直接放置消息比特而不采用任何編碼，即相當(dāng)于編碼速率為R=1；而對于信道容量為0的不可靠信道，可以放置發(fā)送端和接收端都事先已知的凍結(jié)比特，即相當(dāng)于編碼速率為R=0。那么當(dāng)碼長N→∞時，極化碼的可達(dá)編碼速率R=N×I(W)/N=I(W)，即在理論上，極化碼可以被證明是可以達(dá)到信道容量的。在極化碼編碼時，首先要區(qū)分出N個分裂信道的可靠程度，即哪些屬于可靠信道，哪些屬于不可靠信道。對各個極化信道的可靠性進(jìn)行度量常用的有三種方法：巴氏參數(shù)(BhattacharyyaParameter)法、密度進(jìn)化(DensityEvolution，DE)法和高斯近似(GaussianApproximation)法。最初，極化碼采用巴氏參數(shù)Z(W)來作為每個分裂信道的可靠性度量，Z(W)越大表示信道的可靠程度越低。當(dāng)信道W是二元刪除信道時，每個Z()都可以采用遞歸的方式計算出來，復(fù)雜度為O×(N×lbN)(lb=log2，下同)。然而，對于其他信道，如二進(jìn)制輸入對稱信道或者二進(jìn)制輸入加性高斯白噪聲信道并不存在準(zhǔn)確的能夠計算Z()的方法。因此，Mori等人提出了一種采用密度進(jìn)化方法跟蹤每個子信道概率密度函數(shù)，從而估計每個子信道錯誤概率的方法。這種方法適用于所有類型的二進(jìn)制輸入離散無記憶信道。

在大多數(shù)研究場景下，信道編碼的傳輸信道模型均為BAWGNC(Binary-inputAdditiveWhiteGaussianChannel，加性高斯白噪聲信道)信道。在BAWGNC信道下，可以將密度進(jìn)化中的對數(shù)似然比(LikelihoodRate，LLR)的概率密度函數(shù)用一族方差為均值2倍的高斯分布來近似，從而簡化成了對一維均值的計算，大大降低了計算量，這種簡化計算即為高斯近似。在解碼側(cè)，極化后的信道可用簡單的逐次干擾抵消解碼的方法，以較低的復(fù)雜度獲得與最大自然解碼相近的性能。Polar碼的優(yōu)勢是計算量小，小規(guī)模的芯片就可以實(shí)現(xiàn)，商業(yè)化后設(shè)備成本較低。但Polar碼在長信號以及數(shù)據(jù)傳輸上更能體現(xiàn)出優(yōu)勢。香農(nóng)理論的驗(yàn)證也是Polar碼在長碼上而不是在短碼上實(shí)現(xiàn)的。跟其它編碼方案比較，Polar碼是低復(fù)雜度編解碼，當(dāng)編碼塊偏小時，在編碼性能方面，極化編碼與循環(huán)冗余編碼，以及自適應(yīng)的連續(xù)干擾抵消表(SC-list)解碼器級聯(lián)使用，可超越Turbo或LDPC。缺點(diǎn)是碼長一般時(小于2000)，最小漢明距太小(1024碼長時只有16)。極化編碼需要解決的問題是由于編碼的特性，所有解碼方法都是SC-Based(Success-CancellationBased，基于連續(xù)抵消)，也就是必須先解第一個再解第二個直到第n個，并行化會很困難，所以，即使“復(fù)雜度”比較低，但是超大規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)的吞吐量相對LDPC碼非常低，這是應(yīng)用上最大的問題。6G網(wǎng)絡(luò)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作主要涉及3GPPSA2，RAN2，RAN3等多個工作組。核心網(wǎng)方面，3GPPSA2已經(jīng)成立下一代通信研究項(xiàng)目（3GPPTR23.799），負(fù)責(zé)R14階段的6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化研究，整體6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化工作將通過R14、R16、R16、R17等多個版本完成。6.1.36G標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)根據(jù)3GPPR16版本的定義，6GNR包括了兩大頻段范圍（FrequencyRange，F(xiàn)R）見表6-2。6.1.46G頻段1.國際6G頻段2019年6月6日，工信部正式向中國電信、中國移動、中國聯(lián)通、中國廣電發(fā)放6G商用牌照。6.1.46G頻段2.中國6G頻段針對6G頻段范圍廣的情況，3GPP定義了全局頻率柵格用于計算6G頻點(diǎn)號。全局頻率柵格定義了一組0～100GHz內(nèi)的所有參考頻率3.6G頻點(diǎn)NR-ARFCN1）全局頻率柵格這組參考頻率主要是用來確定無線信道、同步信號塊（SS/PBCHBlock，SSB）和其他資源的位置。全局頻率柵格的粒度用

表示，頻段越高，柵格粒度越大。3.6G頻點(diǎn)NR-ARFCN用于全局頻率柵格的NR-ARFCN頻點(diǎn)參數(shù)第9章Android中的一些異步處理技術(shù)019.1HandlerThread0203049.2IntentService9.3AsyncTask9.4本章小結(jié)本章導(dǎo)讀本章介紹了Android中提供的一些異步處理技術(shù)，主要包括HandlerThread、IntentService、AsyncTask。Android應(yīng)用的開發(fā)要求我們正確處理主線程與子線程之間的關(guān)系，耗時操作應(yīng)當(dāng)放到子線程中，避免阻塞主線程，導(dǎo)致ANR。異步處理技術(shù)是提高應(yīng)用性能解決主線程和子線程之間通信問題的關(guān)鍵。本章導(dǎo)讀本章主要內(nèi)容有：（1）HandlerThread的使用及源碼分析；（2）IntentService的使用及源碼分析；（3）AsyncTask的使用及工作原理。019.1HandlerThreadAndroid官方文檔是這么介紹HandlerThread類的：“Handyclassforstartinganewthreadthathasalooper.Theloopercanthenbeusedtocreatehandlerclasses.Notethatstart()muststillbecalled.”意即：HandlerThread是AndroidAPI提供的一個方便、便捷的類，使用它我們可以快速的創(chuàng)建一個帶有Looper的線程。Looper可以用來創(chuàng)建Handler實(shí)例。注意：start()仍然必須被調(diào)用。019.1HandlerThreadHanlderThread類的聲明：publicclassHandlerThreadextendsThread{...}HanlderThread繼承自Thread，使用HandlerThread能夠創(chuàng)建擁有Looper的線程。在HandlerThread的run()方法中，通過Looper.prepare()創(chuàng)建了消息隊列，并通過Looper.loop()開啟了消息循環(huán)。使用時開啟HandlerThread，創(chuàng)建Handler與HandlerThread的Looper綁定，Handler以消息的方式通知HandlerThread來執(zhí)行一個具體的任務(wù)。019.1HandlerThread【示例】使用HandlerThread獲取隨機(jī)數(shù)。mSubThreadHandler是子線程中的Handler實(shí)例；mUiHandler是與UI線程綁定的Handler實(shí)例。019.1HandlerThread點(diǎn)擊“獲取隨機(jī)數(shù)”按鈕，向mSubThreadHandler發(fā)送消息，mSubThreadHandler中接收到消息進(jìn)行處理，由Logcat可知mSubThreadHandler的handleMessage()方法運(yùn)行在子線程（HandlerThread線程）中。在mSubThreadHandler的handleMessage()方法中模擬耗時操作，生成隨機(jī)數(shù)，然后向主線程（UI線程）中的mUiHandler發(fā)送消息（Message）。mUiHandler的handleMessage()方法運(yùn)行在主線程，可以用來更新UI界面。當(dāng)Activity銷毀的時候，回調(diào)onDestroy()方法，于是調(diào)用mHandlerThread.quit()，退出HandlerThread的Looper循環(huán)。019.1HandlerThread【示例】使用HandlerThread異步加載網(wǎng)絡(luò)圖片019.1HandlerThread在Ch9\HandlerThreadDemo2（示例）中，創(chuàng)建了兩個Handler，一個用于更新UI線程的mUIHandler和一個用于異步下載圖片的childHandler。childHandler會每隔3秒，通過sendEmptyMessageDelayed()方法，通知ChildCallback的回調(diào)函數(shù)handleMessage()去下載網(wǎng)絡(luò)圖片（這里ChildCallback是實(shí)現(xiàn)Handler.Callback接口的），圖片下載成功便告知主線程的mUIHandler更新UI界面。029.2

IntentServiceIntentService是一個基礎(chǔ)類，用于處理Intent類型的異步任務(wù)請求。當(dāng)客戶端調(diào)用android.content.Context#startService(Intent)發(fā)送請求時，Service服務(wù)被啟動，且在其內(nèi)部構(gòu)建一個工作線程來處理Intent請求。當(dāng)工作線程執(zhí)行結(jié)束，Service服務(wù)會自動停止。IntentService是一個抽象類，用戶必須實(shí)現(xiàn)一個子類去繼承它，且必須實(shí)現(xiàn)IntentService里面的抽象方法onHandleIntent()來處理異步任務(wù)請求。029.2

IntentServiceIntentService是繼承Service并處理異步請求的一個類，在IntentService內(nèi)有一個工作線程來處理耗時操作，啟動IntentService的方式和啟動傳統(tǒng)的Service一樣。而每一個耗時操作會以隊列的方式在IntentService的onHandlerIntent()回調(diào)方法中執(zhí)行。并且每一次只會執(zhí)行一個工作線程，執(zhí)行完第一個再執(zhí)行第二個（注意此優(yōu)先級要比普通Service的優(yōu)先級高）。029.2

IntentServiceService是一個不可見的Activity，它的幾個方法（onCreate\onStartCommand\onBind等）是運(yùn)行在主線程中的，因此不要在Service中做一些重量級（耗時長）的操作，否則可能會導(dǎo)致ANR。實(shí)際上，廣播接收器BroadcastReceiver的onReceive()方法也是運(yùn)行在主線程中的，也不能執(zhí)行耗時長的操作（在面試中經(jīng)常會被問到）。029.2

IntentServiceIntentService處理異步任務(wù)Intent請求的流程029.2

IntentService1．IntentService原理（1）IntentService本質(zhì)是一個特殊的Service，繼承自Service。IntentService本身就是一個抽象類，封裝了一個HandlerThread和一個Handler。它內(nèi)部通過HandlerThread和Handler實(shí)現(xiàn)異步操作。它可以用于在后臺執(zhí)行耗時的異步任務(wù)，當(dāng)任務(wù)完成后會自動停止。（2）IntentService創(chuàng)建時啟動一個HandlerThread（線程），同時將Handler綁定HandlerThread（線程）。所以通過Handler發(fā)送的消息都在HandlerThread（線程）中執(zhí)行。029.2

IntentService1．IntentService原理（3）然后，IntentService進(jìn)入生命周期onStartCommand()，再調(diào)用onStart()，將傳進(jìn)的Intent對象以消息的形式使用Handler發(fā)送。（4）Handler收到消息后會調(diào)用onHandleIntent()這樣一個抽象方法，這個方法需要我們自己實(shí)現(xiàn)去處理邏輯。最后所有任務(wù)都執(zhí)行完成后，IntentService自動銷毀。029.2

IntentService2．IntentService特征（1）創(chuàng)建并啟動一個單獨(dú)的線程（工作線程）來處理任務(wù)和請求（所有的Intent請求），所有的任務(wù)都在該工作線程中處理。因?yàn)槭窃趩为?dú)的線程中處理任務(wù)和請求，其onHandleIntent()方法運(yùn)行在單獨(dú)的線程中，而非主線程，因此可以執(zhí)行異步操作。029.2

IntentService2．IntentService特征（2）按照發(fā)送順序處理任務(wù)和請求。所有請求處理完成后（當(dāng)沒有任務(wù)和請求時），IntentService會自動停止并銷毀（無需調(diào)用stopSelf()方法停止Service），因此它不會一直占用資源和內(nèi)存。（3）為Service的onBind()方法提供默認(rèn)實(shí)現(xiàn)，返回值為null。因此不要嘗試調(diào)用bindService去調(diào)用IntentService。（IntentService設(shè)計的目的是為了處理簡單的異步任務(wù)）（4）為Service的onStartCommand()方法提供默認(rèn)實(shí)現(xiàn)，將請求Intent添加到隊列中。029.2

IntentService3．IntentService使用IntentService使用步驟如下。步驟1：定義IntentService的子類，需復(fù)寫onHandleIntent()方法。步驟2：在AndroidManifest.xml文件中注冊服務(wù)。步驟3：在Activity中開啟Service服務(wù)，像使用Service一樣使用IntentService。039.3AsyncTaskAsyncTask是一個抽象類，它是由Android封裝的一個輕量級異步類（輕量體現(xiàn)在使用方便、代碼簡潔），它可以在線程池中執(zhí)行后臺任務(wù)，然后把執(zhí)行的進(jìn)度和最終結(jié)果傳遞給主線程，并在主線程中更新UI。AsyncTask的內(nèi)部封裝了兩個線程池（SerialExecutor和THREAD_POOL_EXECUTOR）和一個Handler（InternalHandler）。其中SerialExecutor線程池用于任務(wù)的排隊，讓需要執(zhí)行的多個耗時任務(wù)按順序排列；而THREAD_POOL_EXECUTOR線程池才真正地執(zhí)行任務(wù)。InternalHandler則用于從工作線程切換到主線程。3.6G頻點(diǎn)NR-ARFCN【例題6-1】已知絕對頻點(diǎn)NR-ARFCN的參考編號值為1000的頻點(diǎn)號，求實(shí)際頻率是多少？

3.6G頻點(diǎn)NR-ARFCN【例題6-2】已知絕對頻點(diǎn)NR-ARFCN的參考編號值為2100000的頻點(diǎn)號，求實(shí)際頻率是多少？3.6G頻點(diǎn)NR-ARFCN【例題6-3】已知現(xiàn)在使用的實(shí)際頻率是1920MHz，求對應(yīng)的絕對頻點(diǎn)NR-ARFCN的參考編號值是多少？3.6G頻點(diǎn)NR-ARFCN【例題6-4】已知現(xiàn)小區(qū)中心頻率是4800MHz，求對應(yīng)的絕對頻點(diǎn)NR-ARFCN的參考編號值是多少？2）信道柵格3.6G頻點(diǎn)NR-ARFCN

在實(shí)際組網(wǎng)中，小區(qū)中心頻點(diǎn)的取值并不是連續(xù)的，因此3GPP又定義了6G信道柵格（ChannelRaster）來規(guī)范小區(qū)中心頻點(diǎn)的取值。信道柵格在全局柵格的范圍下，進(jìn)一步定義了一組參考頻率的子集，用于指示上下行鏈路中的頻點(diǎn)位置（即資源單元映射），信道柵格的粒度表示為6G信道柵格與LTE的概念實(shí)質(zhì)一致，表示各小區(qū)中心頻點(diǎn)的間隔應(yīng)該滿足的條件。不同的是LTE的信道柵格是固定的數(shù)值100kHz，而6G信道柵格的數(shù)值不固定。由附錄表1可見，6G信道柵格FR1頻段取值有16kHz、30kHz和100kHz，F(xiàn)R2頻段取值有60kHz和120kHz。多種信道柵格的定義是為了滿足6G的大帶寬、低時延的性能要求。2）信道柵格【例題6-6】計算中國聯(lián)通C波段中心頻率為3660MHz對應(yīng)頻點(diǎn)號是多少？采用的雙工方式是什么？（注：子載波間隔取30kHz）2）信道柵格【例題6-6】計算中國聯(lián)通C波段中心頻率為3660MHz對應(yīng)頻點(diǎn)號是多少？采用的雙工方式是什么？（注：子載波間隔取30kHz）

3）同步柵格3.6G頻點(diǎn)NR-ARFCN同步柵格的作用就是用于指示SSB的頻率位置。6GUE開機(jī)搜索SSB時，在不知道頻點(diǎn)情況下，需要按照一定的步長盲檢頻段內(nèi)所有頻點(diǎn)，如果按照信道柵格盲檢，需要進(jìn)行的盲檢次數(shù)太多，UE接入就會很慢。因此，3GPP6GNR定義了同步柵格，當(dāng)UE未收到指示同步信號塊SSB位置的顯式信令時，UE按照同步柵格進(jìn)行盲檢，可以快速獲取SSB的頻率位置。3GPP對所有頻率都對應(yīng)定義了一個GSCN（GlobalSynchronizationChannelNumber，全局同步信道號），見表6-6。表中，將SSB的參考頻率位置定義為SSREF，N為SSB的對應(yīng)頻點(diǎn)號。附錄表2給出了6GNR每個工作頻段對應(yīng)的的同步柵格。

3）同步柵格3.6G頻點(diǎn)NR-ARFCN6.2.16G系統(tǒng)總體架構(gòu)6.2.26G無線接口6.2.36G無線協(xié)議結(jié)構(gòu)6.26G系統(tǒng)架構(gòu)6.2.46GNR組網(wǎng)架構(gòu)6.2.6多RAT雙連接

6.2.16G系統(tǒng)總體架構(gòu)6.26G系統(tǒng)架構(gòu)黃色底框代表邏輯網(wǎng)元點(diǎn)，具體有g(shù)NB/ng-eNB（6G基站gNB/下一代4G基站ng-eNB）、AMF（接入和移動管理功能）、UPF（用戶面功能）和SMF（會話管理功能）。白色底框是各網(wǎng)元點(diǎn)主要功能描述。6GNG-RAN無線接入網(wǎng)6.2.16G系統(tǒng)總體架構(gòu)6GNG-RAN總體架構(gòu)與gNB分離結(jié)構(gòu)圖6.2.16G系統(tǒng)總體架構(gòu)1）gNB/ng-eNB的功能負(fù)責(zé)無線資源管理功能，包括：無線承載控制，無線接入控制，移動性連接控制，在上行和下行鏈路中對UE進(jìn)行動態(tài)資源分配（調(diào)度）。完成IP報頭壓縮，加密和數(shù)據(jù)完整性保護(hù)。當(dāng)不能從UE提供的信息確定到AMF的路由時，在UE附著處選擇AMF。負(fù)責(zé)無線網(wǎng)絡(luò)的連接設(shè)置和釋放。提供用戶面數(shù)據(jù)向UPF的路由、提供控制面信息向AMF的路由。負(fù)責(zé)調(diào)度和傳輸尋呼消息、系統(tǒng)廣播信息。完成用于移動性和調(diào)度的測量和測量報告配置。完成上行鏈路中的傳輸分組標(biāo)記。負(fù)責(zé)會話管理、支持網(wǎng)絡(luò)切片功能。完成QoS流量管理和對數(shù)據(jù)的無線承載映射。支持處于RRC_INACTIVE（非激活模式）狀態(tài)的UE。負(fù)責(zé)NAS（非接入層）消息的分發(fā)功能。支持無線接入網(wǎng)共享和雙連接。支持6G和4G之間的無線網(wǎng)絡(luò)緊密互通。2）6G無線接入網(wǎng)功能實(shí)體在6G網(wǎng)絡(luò)中，接入網(wǎng)不再是由BBU（基帶處理單元）、RRU（射頻拉遠(yuǎn)模塊）和天線這些實(shí)體組成了，而是被重構(gòu)為以下三個全新的功能實(shí)體：

CU（CentralizedUnit，集中單元）：將原BBU的非實(shí)時部分分割出來，重新定義為CU，負(fù)責(zé)處理非實(shí)時協(xié)議和服務(wù)。

DU（DistributeUnit，分布單元）：BBU的剩余功能重新定義為DU，負(fù)責(zé)處理物理層協(xié)議和實(shí)時服務(wù)。

AAU（ActiveAntennaUnit，有源天線單元）：BBU的部分物理層處理功能與原RRU及無源天線合并為AAU。3.6GC核心網(wǎng)6.2.16G系統(tǒng)總體架構(gòu)6GC由AMF、UPF和SMF三個主要網(wǎng)元組成。AMF（AccessandMobilityManagementFunction，接入和移動管理功能）提供用戶設(shè)備接入身份驗(yàn)證、授權(quán)和移動管理控制功能及SMF選擇；UPF（UserPlaneFunction，用戶面功能）提供基于用戶面的數(shù)據(jù)分組路由和轉(zhuǎn)發(fā)和監(jiān)測等功能；SMF（SessionManagementFunction，會話管理功能）提供會話管理、IP地址分配和管理和控制部分執(zhí)行策略等功能。1）6GC網(wǎng)元功能6.2.16G系統(tǒng)總體架構(gòu)（1）AMF的功能 負(fù)責(zé)非接入層NAS信令的安全和終止服務(wù)。 提供接入層AS的安全控制服務(wù)。 提供用于3GPP接入網(wǎng)之間的移動性的核心網(wǎng)間節(jié)點(diǎn)的信令。 完成注冊區(qū)域管理，UE的接入認(rèn)證、接入授權(quán)，包括檢查漫游權(quán)限。 負(fù)責(zé)UE空閑狀態(tài)的移動性管理（包括尋呼重傳的控制和執(zhí)行）；提供UE在接入網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)/間的移動性管理。 支持網(wǎng)絡(luò)切片和SMF選擇。1）6GC網(wǎng)元功能6.2.16G系統(tǒng)總體架構(gòu)（2）UPF的功能 提供接入網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)/系統(tǒng)間的移動性的錨點(diǎn)。 用作外部PDU與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)互連的會話點(diǎn)。提供分支點(diǎn)以支持多宿主PDU會話。 提供分組路由和轉(zhuǎn)發(fā)功能。提供上行鏈路分類器以支持將業(yè)務(wù)流路由到數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。提供上行鏈路流量驗(yàn)證。提供下行數(shù)據(jù)包緩沖和下行數(shù)據(jù)通知觸發(fā)。提供業(yè)務(wù)使用情況報告。 完成用戶面部分的策略規(guī)則執(zhí)行的數(shù)據(jù)包檢查。完成用戶面的QoS處理，如包過濾、選通、上/行速率強(qiáng)制執(zhí)行等。1）6GC網(wǎng)元功能6.2.16G系統(tǒng)總體架構(gòu)（3）SMF的功能 負(fù)責(zé)UEIP地址的分配和管理。 負(fù)責(zé)用戶面UP功能的選擇和控制，提供PDU會話管理與控制功能。 配置UPF的流量導(dǎo)向，將流量路由到正確的目的地。 提供控制部分策略執(zhí)行和QoS服務(wù)，負(fù)責(zé)下行鏈路數(shù)據(jù)的通知工作。2）6GC核心網(wǎng)架構(gòu)6.2.16G系統(tǒng)總體架構(gòu)6G核心網(wǎng)建立在4G核心網(wǎng)EPC的基礎(chǔ)上，與EPC相比有三個方面的增強(qiáng)：基于服務(wù)的架構(gòu)、支持網(wǎng)絡(luò)切片、控制面和用戶面分離。6G核心網(wǎng)NF接口圖6.2.16G系統(tǒng)總體架構(gòu)圖6-10中的Nnssf、Nnef、Namf等為各NF的通信服務(wù)化接口，詳細(xì)接口見圖6-11。3GPP標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了服務(wù)接口協(xié)議采用TCP/TLS/HTTP2/JSON，提升了網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可擴(kuò)展性。1.NG接口6.2.26G無線接口

NG-U協(xié)議棧NG-C協(xié)議棧2.Xn接口6.2.26G無線接口

Xn-U協(xié)議棧Xn-C協(xié)議棧6G用戶面協(xié)議棧6.2.36G無線協(xié)議結(jié)構(gòu)6G與LTE系統(tǒng)的用戶面協(xié)議棧相比多了上層的SDAP（ServiceDataAdaptationProtocol，服務(wù)數(shù)據(jù)適配協(xié)議），PDCP、RLC、MAC和PHY子層功能與LTE類似。

控制面協(xié)議結(jié)構(gòu)6.2.36G無線協(xié)議結(jié)構(gòu)控制面協(xié)議主要負(fù)責(zé)連接建立、移動性和安全性功能?？刂泼娴膮f(xié)議棧見圖6-18，與LTE系統(tǒng)的用戶面協(xié)議棧相同。6.2.46GNR組網(wǎng)架構(gòu)6GNR架構(gòu)演進(jìn)分為：NSA（非獨(dú)立組網(wǎng)）和SA（獨(dú)立組網(wǎng)）。

NSA指的是使用現(xiàn)有的4G基礎(chǔ)設(shè)施，進(jìn)行6G網(wǎng)絡(luò)的部署?；贜SA架構(gòu)的6G載波僅承載用戶數(shù)據(jù)，其控制信令仍通過4G網(wǎng)絡(luò)傳輸。

SA指的是新建6G網(wǎng)絡(luò)，包括新基站、新回程鏈路以及新核心網(wǎng)。1.NSA非獨(dú)立組網(wǎng)在選項(xiàng)3中，核心網(wǎng)使用4G核心網(wǎng)（EPC），有主站和從站兩種基站，其中傳輸控制面數(shù)據(jù)的作為主站。選項(xiàng)3系列根據(jù)數(shù)據(jù)分流控制點(diǎn)的不同，具體劃分為三種選項(xiàng)方案，分別是選項(xiàng)3、選項(xiàng)3a和選項(xiàng)3x1）選項(xiàng)31.NSA非獨(dú)立組網(wǎng)選項(xiàng)7系列選項(xiàng)是將LTE核心網(wǎng)部分進(jìn)行優(yōu)先升級，即將LTE的EPC改為6G核心網(wǎng)6GC。該系列選項(xiàng)需要同時升級UE和eNB，使其具備接入6G核心網(wǎng)的能力，UE和網(wǎng)絡(luò)之間交互的控制信令則仍錨定在LTE空口和N2接口上傳輸。此選項(xiàng)方案下4G基站仍作為主站存在，6G基站主要作用是能支持eMBB業(yè)務(wù)并分擔(dān)用戶面數(shù)據(jù)流量，提高覆蓋和用戶體驗(yàn)速率，以快速達(dá)到6G指標(biāo)要求和加強(qiáng)4G覆蓋的目的。選項(xiàng)7系列方案包括：選項(xiàng)7、選項(xiàng)7a和選項(xiàng)7x2）選項(xiàng)71.NSA非獨(dú)立組網(wǎng)選項(xiàng)4引進(jìn)了6G核心網(wǎng)和6G基站，但6G基站并未直接取代4G基站，6G基站作為主站，4G基站通過升級改造成為增強(qiáng)型4G基站作為從站，即6G基站成為了控制面錨點(diǎn)，在6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中向下兼容4G。選項(xiàng)4系列方案包括：選項(xiàng)4和選項(xiàng)4a3）選項(xiàng)42.SA獨(dú)立組網(wǎng)選項(xiàng)6把4G基站升級為增強(qiáng)型4G基站后連到6G核心網(wǎng)上。適用于6G核心網(wǎng)新建之后，不再使用原先的4G核心網(wǎng)，但4G基站需要連接到6G核心網(wǎng)的部署情況。但是，改造后的增強(qiáng)型4G基站跟6G基站相比，在峰值速率、時延、容量等方面依然有明顯差別。后續(xù)的優(yōu)化和演進(jìn)，增強(qiáng)型4G基站也不一定都能支持。1）選項(xiàng)62.SA獨(dú)立組網(wǎng)選項(xiàng)2組網(wǎng)采用6G基站連接6G核心網(wǎng)的全新6G