《網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)與運維》課件-項目二 5G NR原理認(rèn)

2.15GNR空口關(guān)鍵技術(shù)認(rèn)知可擴展OFDM和NOMA技術(shù)MassiveMIMO技術(shù)毫米波技術(shù)5G信道編碼技術(shù)可擴展OFDM5GNR設(shè)計過程中最重要的一項決定，就是采用基于OFDM優(yōu)化的波形和多址接入技術(shù)，因為OFDM技術(shù)被當(dāng)今的4GLTE和Wi-Fi系統(tǒng)廣泛采用，因其可擴展至大帶寬應(yīng)用，而具有高頻譜效率和較低的數(shù)據(jù)復(fù)雜性，因此能夠很好地滿足5G要求。DFT-s-OFDMDFT-s-OFDM全稱離散傅里葉變換擴頻的正交頻分復(fù)用多址接入技術(shù)方案，是頻域產(chǎn)生信號的單載波頻分多址方案。5G上行鏈路采用的是DFT拓展的OFDM（DFT-S-OFDM），其功率譜在頻域上類似于SC-FDMA。最大的優(yōu)勢是峰均比比較好，對上行發(fā)射機的要求降低。NR無線幀結(jié)構(gòu)μ=0幀結(jié)構(gòu)與LTE類似，時隙的定義有差別每個10ms無線幀被分為兩個半幀，10個子幀，一個子幀中的時隙個數(shù)由參數(shù)μ確定Tc=1/(48000*4096)是基本時間單元，Ts是沿用的LTE基本時間單元每個時隙中的OFDM符號可配置成上行、下行或flexible基本時間單元Tc的定義LTE作為參考，保留Ts，新增Tc及參數(shù)KLTE基本時間單元NR基本時間單元參數(shù)集NumerologyNR支持多種子載波間隔，μ=（0-4）可以配置不同的子載波間隔。ScaleableNumerology:可擴展系統(tǒng)參數(shù)集。不同SCS下時頻資源的對應(yīng)關(guān)系根據(jù)38.211協(xié)議，目前每個子幀包含多少個slot是根據(jù)u這個值來確定，目前u取值有5個因為u值不一樣，對應(yīng)的子載波間隔不一樣，子載波間隔不一樣，對應(yīng)的symbol長度也不一樣，但是子幀的長度是1ms。ExtendedCPNormalCPμ=0μ=1μ=2μ=3μ=4μ=0μ=1μ=2μ=3μ=4子幀和時隙NR無線幀是10ms，一個無線幀中包含了10個1ms長度的子幀，長度與采用哪種參數(shù)集無關(guān)。子幀在NR中不再是實際的資源調(diào)度單元，它僅僅是一個長度為1ms的標(biāo)尺。不同SCS下符號長度，CP長度，時隙長度頻域上子載波間隔增加，時域上對應(yīng)的符號長度也相應(yīng)縮短。5G物理層空口設(shè)計準(zhǔn)則總結(jié)

NR三種主流幀結(jié)構(gòu)時隙配比在LTE中，子幀由上下行之分，在NR中變成了符號級，同時在一個時隙中D表示下行符號，U表示上行符號，X表示靈活的符號，對于上行時隙，可以使用上行和Flexible的OFDM符號進(jìn)行上行傳輸，對于下行時隙，可以使用下行和Flexible的OFDM符號繼續(xù)下行傳輸。FormatSymbolnumberinaslot0123456789101112130DDDDDDDDDDDDDD1UUUUUUUUUUUUUU2FFFFFFFFFFFFFF3DDDDDDDDDDDDDF4DDDDDDDDDDDDFF5DDDDDDDDDDDFFF6DDDDDDDDDDFFFF7DDDDDDDDDFFFFF8FFFFFFFFFFFFFU9FFFFFFFFFFFFUU10FUUUUUUUUUUUUU11FFUUUUUUUUUUUU12FFFUUUUUUUUUUU13FFFFUUUUUUUUUU14FFFFFUUUUUUUUU15FFFFFFUUUUUUUUformat從0到61，62-255預(yù)留詳見協(xié)議38.211Table4.3.2-3自包含幀結(jié)構(gòu)在NR中，為了減小通信的延遲，希望接收信息和反饋在同一個子幀之內(nèi)完成，這稱之為自包含幀。圖a和圖b代表了兩種自包含幀的解決方案，其主要區(qū)別在圖a通過快速反饋降低時延，UE會在同一個子幀內(nèi)的UL符號傳輸針對DL數(shù)據(jù)的ACK。UE會在接收到每一個DL符號之后，馬上開始開始解調(diào)，解碼等處理，而圖b中HARQ反饋和調(diào)度都有更多的時間余量，對終端硬件的處理能力要求較低。5G頻譜在3GPP38.101為NR定義了兩個頻率范圍FR1：6GHz以下FR2：6GHz以上FR1我們通常稱之為Sub6G，最大信道帶寬100MHz。FR2通常稱之為Above6G，最大信道帶寬400MHz。5GNR支持16CC載波聚合。頻率范圍設(shè)計相關(guān)頻率范圍

FR1450MHz–6000MHzFR224250MHz–52600MHzNR工作頻段5GNR包含了部分LTE頻段，也新增了一些頻段。目前全球最有可能優(yōu)先部署的5G頻段為：n77和n78：3.3GHz-4.2GHzn79：4.4GHz-5.0GHzn257、n258和n260：26GHz/28GHz/39GHz注意表格中的工作頻段來自于R15版本，可能與新修訂版本工作頻段存在不一致問題NR工作頻段FR1NR工作頻段FR2NR信道帶寬和傳輸帶寬5GNR信道帶寬是由中間的傳輸帶寬和兩邊保護(hù)帶寬組合構(gòu)成，與LTE類似，5G的資源傳輸單位為RB(ResourceBlock)，在頻域占用12個載波數(shù)。NR資源柵格NR中的時頻域資源依然采取資源柵格的方式進(jìn)行定義，一個天線邏輯端口，子幀配置和傳輸方向唯一對應(yīng)了一個資源柵格，資源柵格的最小時頻域單位仍然是資源元素RE。RE（ResourceElement），時間上一個OFDM符號，頻域上一個子載波。RB(ResourceBlock)，在頻域連續(xù)的12子載波。PointA，參考點A，由高層指示Commonresourceblocks，公共資源塊，與參數(shù)μ相關(guān)NRRB資源塊與帶寬對應(yīng)關(guān)系上下行的各自的最大RB數(shù)和最小RB數(shù)定義，以及支持單載波情況下的UE和gNB需要最大的RF帶寬如下：FR1:MaximumtransmissionbandwidthconfigurationNRBFR2:MaximumtransmissionbandwidthconfigurationNRBSCS(kHz)5MHz10MHz15MHz20MHz25MHz30MHz40MHz50MHz60MHz80MHz90MHz100MHzNRBNRBNRBNRBNRBNRBNRBNRBNRBNRBNRBNRB15255279106133160216270N/AN/AN/AN/A3011243851657810613316221724527360N/A1118243138516579107121135SCS(kHz)50MHz100MHz200MHz400MHzNRBNRBNRBNRB6066132264N.A1203266132264NR最小保護(hù)帶寬FR1:MinimumguardbandandSCS(kHz)FR2:MinimumguardbandandSCS(kHz)SCS(kHz)5MHz10MHz15MHz20MHz25MHz40MHz50MHz60MHz80MHz100MHz15242.5312.5382.5452.5522.5552.5692.5N/AN/AN/A30505665645805785905104582592584560N/A10109901330131016101570153014501370SCS(kHz)50MHz100MHz200MHz400MHz60121024504930N.A1201900242049009860最小保護(hù)帶寬計算公式：(CHBWx1000(kHz)-RBvaluexSCSx12)/2-SCS/2CHBW:信道帶寬SCS:子載波間隔BWPBWP(BandwidthPart)技術(shù)1.UE的業(yè)務(wù)量較大，系統(tǒng)給UE配置一個大帶寬（BWP1）；2.UE的業(yè)務(wù)量較小，系統(tǒng)給UE配置了一個小帶寬（BWP2），滿足基本的通信需求即可；3.系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)BWP1所在帶寬內(nèi)有大范圍頻率選擇性衰落，或者BWP1所在頻率范圍內(nèi)資源較為緊缺，于是給UE配置了一個新的帶寬（BWP3）。BWP的技術(shù)優(yōu)勢BWP的技術(shù)優(yōu)勢主要有四個方面：1.

UE無需支持全部帶寬，只需要滿足最低帶寬要求即可，有利于低成本終端的開發(fā)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展；2.

當(dāng)UE業(yè)務(wù)量不大時，UE可以切換到低帶寬運行，可以明顯的降低功耗；3.

5G技術(shù)前向兼容，當(dāng)5G添加新的技術(shù)時，可以直接將新技術(shù)在新的BWP上運行，保證了系統(tǒng)的前向兼容；4.

適應(yīng)業(yè)務(wù)需要，為業(yè)務(wù)動態(tài)配置BWP。在NRFDD系統(tǒng)中，一個UE最多可以配置4個DLBWP和4個ULBWP。在NRTDD系統(tǒng)中，一個UE最多配置4個BWPPair。BWPPair是指DLBWPID和ULBWPID相同，并且DLBWP和ULBWP的中心頻點一樣，但是帶寬和子載波間隔可以不一致。NR多址技術(shù)NOMA用來在mMTC、URLLC、eMMB小字節(jié)傳輸中使用。NOMA應(yīng)用場景-mMTCNOMA技術(shù)的問題：海量的低成本+低功耗通信能解決終端設(shè)備，伴隨不定時突發(fā)的上行小數(shù)據(jù)包發(fā)送；而傳統(tǒng)的基于交互式確認(rèn)模式的正交發(fā)送方案在空口信令交互時延和空口信令開銷方面效率都比較低。NOMA應(yīng)用場景-eMBBNOMA技術(shù)能解決的問題：小區(qū)邊緣用戶偏高的發(fā)射功率會引發(fā)顯著的站間干擾，小區(qū)邊緣用戶基于傳統(tǒng)接入方案的非激活狀態(tài)終端在信令開銷和高功率消耗不可避免，導(dǎo)致整體上小區(qū)邊緣的頻譜效率相對較低。NOMA通過基于競爭的空口資源共享和基于比特級的數(shù)據(jù)擴展增強頻譜效率，從而降低了終端功耗和空口信令開銷。Cell-edgeUEStrongInterferenceStrongInterferenceLowthroughputNOMA應(yīng)用場景-URLLCNOMA技術(shù)能解決的問題：針對周期性或者事件觸發(fā)的相對小數(shù)據(jù)包的流量業(yè)務(wù)，基于現(xiàn)有交互式確認(rèn)方案在RTT時延和空口信令開銷上都是低效的。NOMA的目標(biāo)就是降低時延、提升可靠性和空口資源效率。多用戶共享接入MUSA(MultiUserSharedAccess)多用戶共享接入MUSA(MultiUserSharedAccess)是重要的NOMA技術(shù)不啟用MUSA的時候多用戶共享接入MUSA(MultiUserSharedAccess)低相關(guān)性大容量多址接入簽名碼資源池設(shè)計

短復(fù)域碼具有真正的免調(diào)度、低相關(guān)性、最大容量的特點和優(yōu)勢 過載率=多用戶共享接入用戶數(shù)/擴展碼長度免調(diào)度過載率:在單天線/雙天線/四天線接收條件下分別達(dá)到300%、600%和1000%的過載率可擴展OFDM和NOMA技術(shù)MassiveMIMO技術(shù)毫米波技術(shù)5G信道編碼技術(shù)多天線技術(shù)多天線是指基站和終端收發(fā)的天線數(shù)明顯增加。多天線技術(shù)分為如下4類。發(fā)送分集：主要原理是利用空間信道的弱相關(guān)性，結(jié)合時間/頻率上的選擇性，為信號的傳遞提供更多的副本，從而克服信道衰落，增強數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。空間復(fù)用：在相同的時頻資源上，存在多層，傳輸多條數(shù)據(jù)流。波束賦形：通過調(diào)整天線陣列中每個陣元的加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生具有指向性的波束，從而獲得明顯的陣列增益。多用戶MIMO：MIMO即Multiple-inputMultiple-output，多輸入輸出，將用戶數(shù)據(jù)分解為多個并行的數(shù)據(jù)流，在指定的帶寬上由多個發(fā)射天線同時發(fā)射，經(jīng)過無線信道后，由多個天線同時接收，并根據(jù)各個并行數(shù)據(jù)流的空間特征，利用解調(diào)技術(shù)，最終恢復(fù)出原數(shù)據(jù)流。波束相關(guān)原理波束用4元組刻畫：方向角、傾角、水平波束寬度、垂直波束寬度。方位角：正北方向為0，順時針旋轉(zhuǎn)依次為0~360°傾角：天線法線（垂直于天線天面）與波束中線夾角，向下為正，向上為負(fù)波束寬度：波束兩個半功率點（下降3dB）之間的夾角。分為水平波束寬度和垂直波束寬度水平波束寬度：在水平方向上，在最大輻射方向兩側(cè)，輻射功率下降3dB的兩個方向的夾角垂直波束寬度：在垂直方向上，在最大輻射方向兩側(cè)，輻射功率下降3dB的兩個方向的夾角方位角下傾角垂直波束寬度水平波束寬度MassiveMIMO技術(shù)MassiveMIMO即大規(guī)模MIMO技術(shù)，尤其是在高頻中，頻率越高，波長越短，從而在單位面積可以集成更多的天線陣子，其基站天線數(shù)量遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)MIMO，能有效提高系統(tǒng)容量和頻譜效率。以MIMO技術(shù)為基礎(chǔ)，其在發(fā)射端和接收端分別使用多個發(fā)射天線和接收天線，使信號通過發(fā)射端和接收端的多個天線傳送和接收，從而改善通信質(zhì)量。MassiveMIMO技術(shù)可擴展OFDM和NOMA技術(shù)MassiveMIMO技術(shù)毫米波技術(shù)5G信道編碼技術(shù)毫米波技術(shù)為滿足5G所期望達(dá)到的KPI，使用更高的帶寬是一個必然的選擇，這個是通過香農(nóng)定理中，信道吞吐容量和信道帶寬與信噪比成正比，目前的低頻段由于之前的無線網(wǎng)絡(luò)分配導(dǎo)致頻譜資源稀缺，而大帶寬目前只有在較高頻段才可能提供，毫米波技術(shù)就因此而運用在5G領(lǐng)域。毫米波的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)毫米波的優(yōu)勢：可用頻段寬，配合各種多址復(fù)用技術(shù)的使用可以極大提升信道容量，適用于高速多媒體傳輸業(yè)務(wù)方向性好，毫米波受空氣中各種懸浮顆粒物的吸收較大，使得傳輸波束較窄適合短距離點對點通信波長極短，所需的天線尺寸很小，易于在較小的空間內(nèi)集成大規(guī)模天線陣可靠性高，較高的頻率使其受干擾很少毫米波的挑戰(zhàn)：路徑損耗大，不容易穿過建筑物或者障礙物，不適合遠(yuǎn)程傳輸受空氣和雨水等影響較大，容易被雨水和樹葉吸收頻率較高，波長較短，繞射能力差高頻段器件的技術(shù)難度較大

高頻特性決定了較適合短距離的高速傳輸，典型的應(yīng)用場景為熱點高容量高頻信道傳播損耗組成雨衰以及大氣環(huán)境影響大氣衰減指的是電磁波在大氣中傳播時發(fā)生的能量衰減現(xiàn)象。各種波長的電磁波在大氣中傳播時，受大氣中氣體分子、水汽凝結(jié)物及懸浮微粒的吸收和散射作用，形成了電磁波輻射能量被衰減的吸收帶?？偟膩碇v，在所有的環(huán)境因素中，雨衰是影響最大的：比如28GHz在150mm/h的雨量下會帶來大約20dB/km的衰減，但是這類事件只是偶發(fā)性的；其他衰減因素，相對于高頻站很小的覆蓋半徑（比如<200m），影響不大；5G毫米波關(guān)鍵技術(shù)毫米波應(yīng)用場景基于高頻的傳播特性，單獨的高頻很難獨立組網(wǎng)。在實際網(wǎng)絡(luò)中，可以通過將5G高頻錨在4G低頻或者5G低頻上，實現(xiàn)一個高低頻的混合組網(wǎng)。在這種架構(gòu)下，低頻承載控制面信息和部分用戶面數(shù)據(jù)，高頻在熱點地區(qū)提供超高速率用戶面數(shù)據(jù)。可擴展OFDM和NOMAMassiveMIMO技術(shù)毫米波技術(shù)5G信道編碼技術(shù)NR上行/下行信道上下行物理信道/信號總體

物理信道/信號描述對比LTE上行PUSCHPUSCH-DMRSPUSCH-PTRSPhysicalUplinkSharedChannelPUSCHPUSCH-DMRSPUCCHPUCCH-DMRSPhysicalUplinkControlChannelPUCCHPRACHPhysicalRandomAccessChannelPRACHSRSSoundingReferenceSignalSRS下行PDSCHPDSCH-DMRSPDSCH-PTRSPhysicalDownlinkSharedChannelPDSCHPDSCH-DMRSPBCHPBCH-DMRSPhysicalBroadcastChannelPBCHPDCCHPDCCH-DMRSPhysicalDownlinkControlChannelPDCCHEPDCCHEPDCCH-DMRSCSI-RSChannel-StateInformationReferenceSignalCSI-RSPSSPrimarySynchronizationSignalPSSSSSSecondarySynchronizationSignalSSSNR物理信號上下行物理信號是物理層使用的但不承載任何來自高層信息的信號。UE接入、波束賦形、數(shù)據(jù)傳輸?shù)冗^程中都要用到SSB、CSI-RS、SRS、DMRS等參考信號。SSB：同步信號塊（SynchronizationSignalBlock），用于發(fā)送廣播信號以及同步信號，由PSS（PrimarySynchronizationSignal主同步信號）、SSS（SecondarySynchronizationSignal，輔同步信號）、PBCH（PhysicalBroadcastchannel物理廣播信道）信號組成。CSI-RS：信道質(zhì)量參考信號（ChannelStateInformationreferencesignal），UE通過CSI將下行信道質(zhì)量信息反饋給基站，以便基站更好的選擇時頻資源。SRS：信道探測參考信號（SoundingReferenceSignal），用于估計上行信道頻域信息，做頻率選擇性調(diào)度；用于估計上行信道，做下行波束賦形。DMRS：解調(diào)參考信號（DemodulationReferenceSgnal），用于業(yè)務(wù)信道和控制信道的相關(guān)解調(diào)NR上下行均用。DMRS只在分配給UE的帶寬上發(fā)送；屬于UE級別參考信號。公共/控制信道不再基于CRS解調(diào),節(jié)省時頻資源NR物理信號一個SSblock包含PSS/SSS/PBCH,用于下行同步信號和廣播信號的發(fā)送。小區(qū)選擇的重復(fù)周期20ms，在時域上占4個符號，頻域上占據(jù)20個RB，時域上位置可以配置。PSS/SSSRE=127,PBCHRE=576，使用天線端口4000。PSS/SSS長度為127，確定物理層小區(qū)ID，共1008個，小區(qū)ID通過下式給定：NR物理信號NR物理信號

CSI-RS是由基站發(fā)送參考信號，由終端進(jìn)行信道估計同時測量參數(shù)，之后上報給基站。支持多端口的信道質(zhì)量反饋。發(fā)送周期為10ms。CSI測量參數(shù)主要包括CQI（信道狀態(tài)指示，ChannelQualityIndicator）、PMI（預(yù)編碼矩陣指示，PrecodingMatrixIndicator）和RI（秩指示，RandIndication）等。CSI-RS測量主要分為如下三種配置。配置一：CSI-RSformeasurement單端口CSI-RS；每用戶采用單端口進(jìn)行RRM測量配置二：BFCSI-RS(CSI-RSforCQI/RIacquisition)網(wǎng)絡(luò)側(cè)配置一組或多組4端口CSI-RS；每用戶采用4端口進(jìn)行CQI/RI測量配置三：Non-BFCSI-RS(CSI-RSforPMIacquisition)網(wǎng)絡(luò)側(cè)配置32端口CSI-RS，端口映射方式為2T發(fā)送1端口；每用戶采用32端口進(jìn)行PMI測量NR物理信號

SRS：信道探測參考信號（SoundingReferenceSignal），用于估計上行信道，選擇MCS和上行頻率選擇性調(diào)度，TDD系統(tǒng)中，基于信道的互易性，估計上行信道矩陣H，可用于下行波束賦形。NR2.0CPE按照2T4R進(jìn)行發(fā)射和接收，SRS端口數(shù)為4Port，但CPE一次性只能同時發(fā)送2PortSRS，因此需要輪發(fā)2次。小區(qū)內(nèi)不同用戶的SRS按照時分、頻分、梳分、碼分的順序進(jìn)行復(fù)用。時分：SRS會配置一定的周期，不同的天線在不同slot上發(fā)SRS；頻分：SRS支持小帶寬，不同的天線在不同頻率段上發(fā)SRS；梳分：相鄰的子載波進(jìn)行分梳(2或4)，不同天線占不同梳；碼分：序列移位后自相關(guān)性為0，不同天線可配置不同Ncs。NR物理信號

DMRS：解調(diào)參考信號（DemodulationReferenceSgnal），分為業(yè)務(wù)信道解調(diào)參考信號、控制信道解調(diào)參考信號，用作信道估計從而可解調(diào)接收數(shù)據(jù)。DMRS的作用在于利用其進(jìn)行信道估計，之后解出發(fā)送信號。DMRS同樣可以通過時分、頻分、碼分、梳分進(jìn)行復(fù)用。DMRS配置主要有：（1）DMRS-Position：DMRS的起始符號為第3個或者第4個符號；（2）DMRS-Type決定DMRS的最大端口數(shù)和頻域位置。NR物理信道

上下行鏈路物理信道對應(yīng)于一組資源元素（REs）的集合，用于承載源自高層的信息。下行定義的物理信道如下：物理下行共享信道PhysicalDownlinkSharedChannel（PDSCH）物理下行控制信道PhysicalDownlinkControlChannel（PDCCH）物理廣播信道PhysicalBroadcastChannel（PBCH）上行定義的物理信道如下：物理隨機接入信道PhysicalRandomAccessChannel（PRACH）物理上行共享信道PhysicalUplinkSharedChannel（PUSCH）物理上行控制信道PhysicalUplinkControlChannel（PUCCH）NR信道編碼在3GPPRAN1#87次會議上，3GPP最終確定了5GeMBB(增強移動寬帶)場景的信道編碼技術(shù)方案，其中，Polar碼作為控制信道的編碼方案，LDPC碼作為數(shù)據(jù)信道的編碼方案。NR信道編碼LDPC的比較優(yōu)勢在于：1.LDPC碼的譯碼算法，是一種基于稀疏矩陣的并行迭代譯碼算法，運算量要低于Turbo碼譯碼算法，并且由于結(jié)構(gòu)并行的特點，在硬件實現(xiàn)上比較容易。因此在大容量通信應(yīng)用中，LDPC碼更具有優(yōu)勢。2.LDPC碼的碼率可以任意構(gòu)造，有更大的靈活性。而Turbo碼只能通過打孔來達(dá)到高碼率，這樣打孔圖案的選擇就需要十分慎重的考慮，否則會造成性能上較大的損失。3.LDPC碼具有更低的錯誤平層，可以應(yīng)用于有線通信、深空通信以及磁盤存儲工業(yè)等對誤碼率要求更加苛刻的場合。而Turbo碼的錯誤平層在10量級上，應(yīng)用于類似場合中，一般需要和外碼級聯(lián)才能達(dá)到要求。4.LDPC碼是上個世紀(jì)六十年代發(fā)明的，現(xiàn)在，在理論和概念上不再有什么秘密，因此在知識產(chǎn)權(quán)和專利上不再有麻煩。這一點給進(jìn)入通信領(lǐng)域較晚的國家和公司，提供了一個很好的發(fā)展機會。而LDPC碼的劣勢在于：1.硬件資源需求比較大。全并行的譯碼結(jié)構(gòu)對計算單元和存儲單元的需求都很大。2.編碼比較復(fù)雜，更好的編碼算法還有待研究。同時，由于需要在碼長比較長的情況才能充分體現(xiàn)性能上的優(yōu)勢，所以編碼時延也比較大。NR信道編碼Polar的比較優(yōu)勢在于：1.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。2.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。3.針對短碼長和長碼長兩種場景，在相同信道條件下，相對于Turbo碼，可以獲得0.3～0.6dB的誤包率性能增益。而Polar碼的劣勢在于：1.并行的譯碼支持度不好。2.相對而言出現(xiàn)比較晚，工業(yè)界支持還不夠。2.25GNR網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)認(rèn)知SDN/NFV技術(shù)概念和特征網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)概念和特征MEC技術(shù)概念和特征UDN技術(shù)概念和特征SDN—新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強管道智能SDN軟件定義網(wǎng)絡(luò)軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software?Defined?Network，SDN）是一種新型網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新架構(gòu)，是網(wǎng)絡(luò)虛擬化的一種實現(xiàn)方式。其核心技術(shù)OpenFlow通過將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制面與數(shù)據(jù)面分離開來，從而實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)流量的靈活控制，使網(wǎng)絡(luò)作為管道變得更加智能，為核心網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用的創(chuàng)新提供了良好的平臺。SDN架構(gòu)

SDN的理解

SDN是一種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其三大關(guān)鍵特征：開放API，加快新業(yè)務(wù)上線；邏輯上集中控制，優(yōu)化全局效率；網(wǎng)絡(luò)層抽象，屏蔽底層差異。NFV概述

當(dāng)前電信網(wǎng)絡(luò)使用的各種設(shè)備，均是基于私有平臺部署的，各種網(wǎng)元都是一個個封閉的盒子，各種盒子間硬件資源無法互用，每個設(shè)備擴容必須增加硬件，縮容后硬件資源閑置，耗時長，彈性差，成本高；在NFV方法中，各種網(wǎng)元變成了獨立的應(yīng)用，可以靈活部署在基于標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)器、存儲、交換機構(gòu)建的統(tǒng)一平臺上，這樣軟硬件解耦，每個應(yīng)用可以通過快速增加減少虛擬資源來達(dá)到快速縮擴容的目的，大大提升網(wǎng)絡(luò)的彈性。NFV網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化從2G時代開始，通信核心網(wǎng)設(shè)備都是專有硬件和專用軟件專門使用，軟硬件強關(guān)聯(lián)。隨著新業(yè)務(wù)的不斷增加，設(shè)備數(shù)量也是越來越多，一方面導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本增加，另一方面也導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)規(guī)模受限，業(yè)務(wù)擴展、商用建設(shè)周期較長，同時維護(hù)成本較高。為了解決以上問題，在4G時代后期，通信專家們就逐步將IT（InformationTechnology）行業(yè)的虛擬化技術(shù)引入到CT（CommunicationTechnology通信技術(shù)）行業(yè)，通過采用虛擬化技術(shù)、基于通用硬件實現(xiàn)電信功能節(jié)點的軟件化。使得網(wǎng)絡(luò)功能不再依賴于專用硬件，資源可以充分靈活共享，實現(xiàn)新業(yè)務(wù)的快速開發(fā)與部署。5G核心網(wǎng)絡(luò)要面向多連接和多樣化業(yè)務(wù)的，需要能夠像積木一樣靈活部署，方便業(yè)務(wù)快速上線/下線，滿足人們?nèi)找嬖鲩L的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求。正因為采用NFV技術(shù)將軟件和硬件解耦，硬件由通用服務(wù)器統(tǒng)一部署，軟件部分由不同NF（NetworkFunction網(wǎng)絡(luò)功能）承擔(dān)，從而實現(xiàn)靈活組裝業(yè)務(wù)的需求，使得SBA以及網(wǎng)絡(luò)切片才有了勇武之地。NFV架構(gòu)

NFV架構(gòu)

按照NFV設(shè)計，從縱向看網(wǎng)絡(luò)分為三層：基礎(chǔ)設(shè)施層、虛擬網(wǎng)絡(luò)層和運營支撐層。基礎(chǔ)設(shè)施層NFVI：NFVI是NFVInfrastructure的簡稱，從云計算的角度看，就是一個資源池。虛擬網(wǎng)絡(luò)層：虛擬網(wǎng)絡(luò)層對應(yīng)的就是目前各個電信業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，每個物理網(wǎng)元映射為一個虛擬網(wǎng)元VNF，VNF所需資源需要分解為虛擬的計算/存儲/交換資源，由NFVI來承載，VNF之間的接口依然采用傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)定義的信令接口（3GPP+ITU-T)，VNF的業(yè)務(wù)網(wǎng)管依然采用NE-EMS-NMS體制。運營支撐層：運營支撐層就是目前的OSS/BSS系統(tǒng)，需要為虛擬化進(jìn)行必要的修改和調(diào)整。NFV網(wǎng)絡(luò)從橫向看，分為業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)域和管理編排域。業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)域：就是目前的各電信業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)；管理編排域：NFV同傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)最大區(qū)別就是增加了一個管理編排域，簡稱MANO，MANO負(fù)責(zé)對整個NFVI資源的管理和編排，負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)和NFVI資源的映射和關(guān)聯(lián)，負(fù)責(zé)OSS業(yè)務(wù)資源流程的實施等。NFV的發(fā)展趨勢SDN和NFV的關(guān)系–不同維度，相互協(xié)同SDN和NFV是不同維度的概念，SDN是面向網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)創(chuàng)新，NFV是面向設(shè)備形態(tài)創(chuàng)新SDN可和NFV結(jié)合，兩者之間通過編排器進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度構(gòu)建完整解決方案。SDN和NFV的關(guān)系–不同維度，相互協(xié)同SDN與NFV核心網(wǎng)的融合架構(gòu)

無線云化CloudRAN通過引入NFV和SDN兩種技術(shù)，在RAN構(gòu)架演進(jìn)過程，CloudRAN可以理解為融合了SDR(支持4G/5G/WIFI多技術(shù)接入）+5G網(wǎng)絡(luò)切片能力的虛擬化和云化網(wǎng)絡(luò)CloudRAN:面向未來的下一代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)CloudRAN的特征和客戶價值通過云化平臺來實現(xiàn)通信過程，將會是今后通信行業(yè)的發(fā)展趨勢，這也是運營商為了更好的適應(yīng)多變的業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢而提出的一種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。CloudRAN:靈活的切片,支持多樣化的業(yè)務(wù)與部署形態(tài)網(wǎng)絡(luò)切片應(yīng)用于各種無線制式和服務(wù)。每種切片模式均基于通用IT架構(gòu)并利用ITBBU通過軟件定義。ITBBU內(nèi)的CPU和存儲資源可以根據(jù)不同的業(yè)務(wù)類型為控制面進(jìn)行資源的動態(tài)分配，而用戶面可通過軟件定義進(jìn)行各種模式的重構(gòu)。CloudRAN:開放能力與MEC,使能創(chuàng)新業(yè)務(wù)CloudRAN:多接入技術(shù)協(xié)同,提供極致用戶體驗CloudRAN:彈性網(wǎng)絡(luò)，最大化網(wǎng)絡(luò)效率CloudRAN的核心–虛擬化虛擬化的目標(biāo)是，通過基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的x86服務(wù)器、存儲和交換設(shè)備，來取代通信網(wǎng)的那些私有專用的網(wǎng)元設(shè)備。由此帶來的好處是，一方面基于x86標(biāo)準(zhǔn)的IT設(shè)備成本低廉，能夠為運營商節(jié)省巨大的投資成本，另一方面開放的API接口，也能幫助運營商獲得更多、更靈活的網(wǎng)絡(luò)能力?？梢酝ㄟ^軟硬件解耦及功能抽象，使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能不再依賴于專用硬件，資源可以充分靈活共享，實現(xiàn)新業(yè)務(wù)的快速開發(fā)和部署，并基于實際業(yè)務(wù)需求進(jìn)行自動部署、彈性伸縮、故障隔離和自愈等。SDN/NFV技術(shù)概念和特征網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)概念和特征MEC技術(shù)概念和特征UDN技術(shù)概念和特征網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)5G服務(wù)是多樣化的，這些服務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的要求是不一樣的，比如工業(yè)自動化要求低時延、高可靠但對數(shù)據(jù)速率要求不高；高清視頻無需超低時延但要求超高速率；一些大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)不需要切換，部分移動性管理對之而言是信令浪費等等，為此5G要像一把瑞士軍刀一樣，多功能滿足差異化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。于是，就要把網(wǎng)絡(luò)切成多個虛擬且相互隔離的子網(wǎng)絡(luò)，分別應(yīng)對不同的服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)切片的驅(qū)動力

網(wǎng)絡(luò)切片可以滿足未來多種場景的需求什么是網(wǎng)絡(luò)切片3GPP定義：網(wǎng)絡(luò)切片是提供特定網(wǎng)絡(luò)能力和網(wǎng)絡(luò)特性的邏輯網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)切片必須包括CN的控制面和媒體面。網(wǎng)絡(luò)切片就是將物理網(wǎng)絡(luò)切割成多個虛擬的端到端網(wǎng)絡(luò)，每個虛擬網(wǎng)絡(luò)之間的功能都是獨立的，任何一個虛擬網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障都不會影響到其他網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)資源與部署位置解耦,支持切片資源動態(tài)擴容縮容調(diào)整,提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的靈活性和資源利用率。切片的資源隔離特性增強了整體網(wǎng)絡(luò)健壯性和可靠性。5GC網(wǎng)絡(luò)切片架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切片架構(gòu)目標(biāo)：一個UE能夠同時支持1-8個網(wǎng)絡(luò)切片NSSF(NetworkSliceSelectionFunction)：提供切片選擇功能，在整個PLMN中獨立部署。NRF(NetworkRepositoryFunction):提供切片中NF或者NF服務(wù)實例的注冊與發(fā)現(xiàn)，包括3個部署級別PLMN，shared-slice，slice-specific。S-NSSAI：標(biāo)識一種切片，包括Slice/ServiceType(SST)+SliceDifferentiator(SD)。網(wǎng)絡(luò)切片共享機制網(wǎng)絡(luò)切片的特點SDN/NFV技術(shù)概念和特征網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)概念和特征MEC技術(shù)概念和特征UDN技術(shù)概念和特征什么是MEC？MEC是Multi-accessEdgeComputing的縮寫，是一種使能網(wǎng)絡(luò)邊緣業(yè)務(wù)的技術(shù)，具備超低時延、超高帶寬、實時性強等特性，是IT與CT業(yè)務(wù)結(jié)合的理想載體平臺。Multi-access：一指多種網(wǎng)絡(luò)接入模式，如LTE、WiFi、有線，甚至ZigBee、LoRa、NB-IoT等各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景，二指多接入實現(xiàn)無處不在的一致性用戶體驗。Edge：網(wǎng)絡(luò)功能和應(yīng)用部署在網(wǎng)絡(luò)的邊緣側(cè)，盡可能靠近最終用戶，降低傳輸時延。Computing：指Cloud+Fog計算，采用云計算+霧計算的技術(shù)，降低大規(guī)模分布式網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運維成本。MEC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)MEC典型應(yīng)用場景SDN/NFV技術(shù)概念和特征網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)概念和特征MEC技術(shù)概念和特征UDN技術(shù)概念和特征什么是UDNUDN(UltraDenseNetwork)超密集組網(wǎng)5G移動通信系統(tǒng)較4G系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)容量方面達(dá)到1000倍的提升，減少小區(qū)半徑、密集部署節(jié)點，獲得更大的小區(qū)分裂增益是達(dá)到這一目標(biāo)的關(guān)鍵手段。密集網(wǎng)絡(luò)（UDN）是小區(qū)增強技術(shù)的進(jìn)一步演進(jìn)超密集組網(wǎng)UDN5G移動通信系統(tǒng)較4G系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)容量方面達(dá)到1000倍的提升，減少小區(qū)半徑、密集部署節(jié)點，獲得更大的小區(qū)分裂增益是達(dá)到這一目標(biāo)的關(guān)鍵手段。超密集組網(wǎng)UDN關(guān)鍵技術(shù)超密集組網(wǎng)引入關(guān)鍵技術(shù)D-MIMIO、VirtualCell、SmartCell，可以化多個基站的干擾為有用信號，且服務(wù)集合隨小區(qū)移動不斷更新，始終使用戶處于小區(qū)中心的狀態(tài)，實現(xiàn)小區(qū)虛擬化，達(dá)到一致性的用戶體驗。干擾管理與抑制、小區(qū)虛擬化技術(shù)和小小區(qū)動態(tài)調(diào)整等是超密集組網(wǎng)的重要研究方向。引入D-MIMO，消除小區(qū)物理邊緣不同地理位置的多組多天線聯(lián)合處理和資源協(xié)調(diào)收發(fā)多流干擾嚴(yán)重的基站天線組成一個D-MIMO簇，UE選擇最強的一組或多組天線進(jìn)行聯(lián)合發(fā)送和接收采用多用戶空分，提升傳輸?shù)牧鲾?shù)，提升小區(qū)的平均吞吐量和邊緣吞吐量引入VirtualCell，實現(xiàn)無邊界覆蓋小區(qū)虛擬化的核心思想是“以用戶為中心”分配資源，達(dá)到“一致用戶體驗”的目的。虛擬層技術(shù)由密集部署的小基站構(gòu)建虛擬層和實體層網(wǎng)絡(luò)，其中虛擬層承載廣播、尋呼等控制信令，負(fù)責(zé)移動性管理。實體層承載數(shù)據(jù)傳輸，用戶在同一虛擬層內(nèi)移動時，不會發(fā)生小區(qū)重選或切換，從而實現(xiàn)用戶的輕快體驗。

UE在D-MIMO簇間移動時，各個簇的PCI是相同且唯一的，在交疊區(qū)域通過數(shù)據(jù)聯(lián)發(fā)實現(xiàn)UE移動過程中數(shù)據(jù)的倒換。引入SmartCell，匹配業(yè)務(wù)實時需求2.35GNR接口協(xié)議認(rèn)知5G網(wǎng)絡(luò)接口概述NG接口協(xié)議結(jié)構(gòu)和功能Xn接口協(xié)議結(jié)構(gòu)和功能F1接口協(xié)議結(jié)構(gòu)和功能Uu接口協(xié)議結(jié)構(gòu)和功能5G網(wǎng)絡(luò)總體拓?fù)?/p>

5G網(wǎng)絡(luò)總體拓?fù)?/p>

gNB為5G基站，邏輯上包括CU和DU，主要功能包括無線信號發(fā)送與接收、無線資源管理、無線承載控制、連結(jié)性管理、無線準(zhǔn)入控制、測量管理、資源調(diào)度等。Ng-eNB為LTE基站，基本功能同5G基站，但在物理空口有區(qū)別。gNB/ng-eNG主要功能包括：無線資源管理：無線承載控制，無線準(zhǔn)入控制，動態(tài)資源分配連接態(tài)移動性控制;IP頭壓縮、數(shù)據(jù)加密和完整性保護(hù);AMF選擇；到UPF的用戶面數(shù)據(jù)路由;到AMF的控制面路由;連接建立和釋放;尋呼消息和系統(tǒng)廣播消息的調(diào)度和傳輸;測量和測量上報配置;支持網(wǎng)絡(luò)切片，支持雙連接；QoSFlow管理和到DRB的映射;支持UERRC_INACTIVE態(tài);NAS消息轉(zhuǎn)發(fā)。AMF：負(fù)責(zé)終端接入權(quán)限和切換等，類似LTE的MME。功能包括：NG接口終止移動性管理接入鑒權(quán)、安全錨點功能安全上下文管理功能UPF：負(fù)責(zé)用戶數(shù)據(jù)處理，類似LTE的SGW+PGW。與LTE的MME/SGW/PGW類似，AMF/UPF體現(xiàn)了控制面和媒體面分離的思想。功能包括：intra-RAT移動的錨點數(shù)據(jù)報文路由、轉(zhuǎn)發(fā)、檢測及QoS處理流量統(tǒng)計及上報SMF：功能相當(dāng)于PGW+PCRF的一部分，承擔(dān)IP地址分配，會話承載管理、計費等。（沒有網(wǎng)關(guān)功能）功能包括：會話管理?UE?IP地址分配和管理?選擇和控制UP功能?配置UPF的傳輸方向，將傳輸路由到正確的目的地?控制政策執(zhí)行和QoS的一部分?下行鏈路數(shù)據(jù)通知會話管理、UP選擇和控制5G網(wǎng)絡(luò)總體拓?fù)?/p>

5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)功能劃分NG-RAN和NGC之間的功能劃分5G端到端控制面協(xié)議棧5G端到端用戶面協(xié)議棧5G網(wǎng)絡(luò)接口概述NG接口協(xié)議結(jié)構(gòu)和功能Xn接口協(xié)議結(jié)構(gòu)和功能F1接口協(xié)議結(jié)構(gòu)和功能Uu接口協(xié)議結(jié)構(gòu)和功能NGRAN拓?fù)鋱D

gNodeB由CU和DU組成，CU和DU間接口為F1接口。DU由BBU和AAU組成，一個DU中只有一個BBU，一個DU中有一個或者多個AAU，BBU和AAU間接口為eCPRI接口。gNodeB通過NG-C接口和AMF連接，通過NG-U接口和UPF連接。gNodeB通過Xn接口和另外一個gNodeB進(jìn)行連接。NG、Xn、F1接口信令連接都基于SCTP協(xié)議用戶面?zhèn)鬏敹蓟贕TP-U協(xié)議。NG接口5G基站通過NG接口和核心網(wǎng)相連，先完成基站和核心網(wǎng)的NG接口建立，才能保證基站的正常運作。NG接口分NG-C接口和NG-U接口，NG-C接口用于連接NG-RAN與AMF，NG-C接口有以下功能： NG接口管理：提供對自身接口的管理 UE上下文管理：允許建立、修改或釋放UE上下文 NAS信令傳輸：通過NG接口傳輸特定UE的NAS消息

尋呼：向?qū)ず魠^(qū)域內(nèi)的NG-RAN節(jié)點發(fā)送尋呼消息 PDUSession管理：負(fù)責(zé)建立、修改和釋放PDU會話資源用于用戶數(shù)據(jù)傳輸

移動性管理：支持NG-RAN的系統(tǒng)內(nèi)切換和到EPS的系統(tǒng)間切換功能NG接口協(xié)議棧5G網(wǎng)絡(luò)接口概述NG接口協(xié)議結(jié)構(gòu)和功能Xn接口協(xié)議結(jié)構(gòu)和功能F1接口協(xié)議結(jié)構(gòu)和功能Uu接口協(xié)議結(jié)構(gòu)和功能Xn接口協(xié)議棧Xn接口用于連接兩個NG-RAN節(jié)點，Xn接口分為Xn-C接口和Xn-U接口。Xn-C主要包含以下功能：Xn接口管理、UE移動性管理、上下文傳輸、尋呼和雙連接等，Xn-C的功能雙連接功能：可以在NG-RAN的輔助節(jié)點中使用其他資源。節(jié)能功能：可通過指示Xn接口上的電池激活/停用來降低能耗。資源協(xié)調(diào)功能：使得能夠協(xié)調(diào)兩個NG-RAN節(jié)點之間的小區(qū)資源使用。輔助RAT數(shù)據(jù)量報告功能：使NG-RAN節(jié)點可以通過專用過程或通過在其他消息中包括次要RAT用法數(shù)據(jù)信息來報告次要RAT用法數(shù)據(jù)信息。Xn-U的功能

數(shù)據(jù)傳輸功能：數(shù)據(jù)傳輸功能允許在NG-RAN節(jié)點之間傳輸數(shù)據(jù)，以支持雙重連接或移動性操作。流量控制功能：流控制功能使NG-RAN節(jié)點能夠從第二個NG-RAN節(jié)點接收用戶平面數(shù)據(jù)，以提供與數(shù)據(jù)流相關(guān)的反饋信息。協(xié)助信息功能：輔助信息功能使得從第二NG-RAN節(jié)點接收用戶平面數(shù)據(jù)的NG-RAN節(jié)點能夠向第二節(jié)點提供輔助信息（例如，與無線電條件有關(guān)）?？焖僦貍鞴δ埽嚎焖僦貍鞴δ芸稍谄渲幸粋€節(jié)點發(fā)生故障的情況下在PDCP托管節(jié)點與相應(yīng)節(jié)點之間提供協(xié)調(diào)，以使處于良好RF條件的節(jié)點能夠處理先前轉(zhuǎn)發(fā)給中斷中的節(jié)點的數(shù)據(jù)。5G網(wǎng)絡(luò)接口概述NG接口協(xié)議結(jié)構(gòu)和功能Xn接口協(xié)議結(jié)構(gòu)和功能F1接口協(xié)議結(jié)構(gòu)和功能Uu接口協(xié)議結(jié)構(gòu)和功能CU-DU分離架構(gòu)gNodeB可以按照協(xié)議棧切分成CU和DU兩部分，CU、DU分離系統(tǒng)架構(gòu)選擇Option2。一個gNodeB只有一個CU；CU和DU之間的控制面接口為F1-C接口；CU和DU之間的用戶面接口為F1-U接口。F1接口協(xié)議棧5G網(wǎng)絡(luò)接口概述NG接口協(xié)議結(jié)構(gòu)和功能Xn接口協(xié)議結(jié)構(gòu)和功能F1接口協(xié)議結(jié)構(gòu)和功能Uu接口協(xié)議結(jié)構(gòu)和功能Uu接口協(xié)議Uu接口協(xié)議PHY層即物理層，位于空口協(xié)議棧的最底層，主要負(fù)責(zé)編碼、物理層HARQ處理、調(diào)制、多天線處理以及信號在相應(yīng)時頻資源上的映射等。PHY層的功能主要