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  • 2018-07-31 15:42:44

    工信部IMT-2020(5G)推进组正式发布了5G第三阶段研发试验规范,5G第三阶段研发试验已启动。该研发试验基于3GPP 5G标准,构建统一环境,开展系统验证,指导5G面向商用的产品研发,推动产品成熟和产业链协同。该试验将对核心网、基站、终端和互操作性等支撑5G商用的关键特性进行测试验证,预计完成时间为2018年第4季度。

    本阶段研发试验将基于3GPP最新发布的5G NSA标准开展测试验证工作。简单来说NSA使用4G核心网(EPC),以4G作为控制面的锚点,采用LTE 与 5G NR(New Radio,新空口)双连接的方式,利用现有的LTE网络部署5G,以满足领先运营商快速实现5G部署的需求。

    下面就让小编给大家具体讲讲有哪些创新性的新技术...

    全新频谱

    宽频支持大带宽

    兵马未动,粮草先行。频谱是无线通信技术的基础资源。未来全球5G先发频段是C-band(频谱范围为3.3GHz-4.2GHz, 4.4GHz-5.0GHz)和毫米波频段26GHz/28GHz/39GHz。相应地,3GPP量身打造了n77,n78,n79,n257,n258和n260。

    5G采用了宽频方式定义频段,形成了少数几个全球统一频段,大大降低了终端(手机)支持全球漫游的复杂度。5G的最大带宽由20MHz,增加到在C-band上最大支持100MHz,在毫米波上最大支持400MHz。相当于路宽了,下载或上传的速度将大幅提升。另外,5G采用更为先进的符号成型技术,如Filter-OFDM,降低了频谱边缘保护带的开销,相比4G,在同样的标称带宽下,传输带宽有了明显的提升。

    什么是5G NR技术?一文带你深入了解5G NR技术

    全新终端形态

    多天线提升下行速率

    多天线的使用带来了空间复用增益,可以大幅度提升容量。但对于特定终端,能支持的复用层数,受限于接收天线的数目。现在大家所使用的终端(手机)标配的接收天线数目为两个,因此能支持最大复用层数为两层。未来使用4收天线的终端将成为主流。5G NR将标配的接收天线数目提升了一倍。相比2收、4收终端可以大幅提升下行速率。

    ●上下行解耦技术,补齐上行覆盖短板

    通过C-band大带宽和多天线接收技术,用户享受了更快的下载速率,但由于C-Band的传输特性,以及终端上行发射功率等限制,5G小区的上行覆盖受限严重。如果和现有1.8GHz的LTE共站部署,覆盖有明显短板,只有小区中心的部分用户才能享受5G带来的更高速率体验。

    上下行解耦就是针对这一问题提出的创新频谱使用技术,3GPP中的正式名称是 LTE-NR UL coexistence,用LTE低频空闲频谱共享给NR上行使用,既弥补了C-Band以及高频在上行覆盖上的不足,又充分利用了LTE空闲频谱的无线资源,一举两得,以通用的方案应用于NSA和SA的模式,使得提供5G基础覆盖的同时,又能节省运营商部署成本,是加速5G部署的必备特性。

    华为与英国领先运营商EE在伦敦商用网络上进行了上下行解耦的外场试验,试验结果表明,采用了上下行解耦后,3.5GHz的覆盖半径提升了73%,在用户体验提升10倍的前提下达到了与1.8GHz的同覆盖。

    全新物理层技术框架

    保障系统灵活性有效性

    ●新波形

    LTE下行支持CP-OFDM(没有DFT预变换)波形,上行仅支持DFT-s-OFDM的波形。NR在此基础上在上行也引入了CP-OFDM的波形,可以支持更加灵活的数据调度。同时NR的系统带宽利用率最高可达97%(LTE为90%),增加了运营商的频谱利用价值。

    ●灵活的空口设置

    和前代通信技术使用固定的15KHz子载波间隔和1ms的子帧长度相比,5G NR引入了更加灵活的空口设置,比如灵活的子载波间隔(数据在不同band上支持15KHz到120KHz的子载波间隔)和灵活的帧结构(全下行,全上行,下行为主和上行为主的帧结构),以适应不同的信道类型和业务类型。并且不同的业务类型(如eMBB和uRLLC)可以通过FDM的方式同时发送,提高了系统传输的灵活性。

    ●增强的多天线技术

    5G NR引入了多项多天线增强技术,大幅提高了频谱效率、小区覆盖和系统灵活性。

    提高频谱效率:

    对于单用户而言,基于非码本的上行传输机制,减少了前代通信技术使用码本进行预编码,所产生的量化误差,可提供更精确的信道信息,有效的增强上行频谱效率;

    对于多用户而言,相对于LTE所支持的4流,5G NR上下行支持正交12流的多用户配对,并且通过增强的干扰测量和反馈技术,可显著提高上下行频谱效率。

    对于TDD来说,探测参考信号 (SRS) 可以在不同的载波之间,或者同一载波的不同天线之间切换发送,利用信道互易性,进一步提升TDD系统的信道反馈精度和频谱效率;

    增强小区覆盖: 

    5G NR采用波束赋型的测量和反馈机制,可同时应用于初始接入、控制和数据信道。波束赋型(Beamforming)是多天线技术的一种,是指gNodeB/UE对PDSCH/PUSCH(Physical Downlink /Uplink Shared CHannel)上/下行信号进行加权,形成对准UE/gNodeB的窄波束,将发射能量对准目标用户,从而提高目标UE/gNodeB的解调信噪比。

    对于初始接入来说,改进了LTE时期基于广播的机制,升级为基于波束赋型的机制,从而提高了系统覆盖率;采用波束赋形,可增强控制信道的覆盖范围,从而扩大了小区半径,也可以提高传输成功率,尤其适应于高频传输。

    此外,还有增强的导频设计,如解调导频、相位跟踪导频和时频跟踪导频,相对于LTE来说,可以有效地减小开销,提供更精确信道的信息。

    ●全新的信道编码

    和前代通信技术数据信道用turbo码、控制信道用TBCC等编码方式相比,5G NR采用了全新的信道编码方式,即数据信道用LDPC编码,控制信道和广播信道用Polar编码。这一改进可以提高NR信道编码效率,适应5G大数据量,高可靠性和低时延的传输需求。    

    ●CU-DU 分离技术

    通过引入中央控制单元(Central Unit),一方面,在业务层面可以实现无线资源的统一管理、移动性的集中控制,从而进一步提高网络性能;另一方面,在架构层面,CU既可以灵活集成到运营商云平台,也可以专有硬件环境上用云化思想设计,实现资源池化、部署自动化,降低OPEX/CPAX的同时提升客户体验。

    全新网络架构

    使能一网多营

    基于服务架构的核心网定义、端到端的5G网路切片技术将催生新的商业模式,助力行业与社会的数字化转型。

    ●服务化架构

    和4G基于网元和网元间点对点接口的网络系统架构相比,5G核心网控制面为基于服务的网络架构(Service Based Architecture, SBA)。服务化架构支持网络功能和服务的按需部署,使能灵活的网络切片;减少新网络业务的TTM,实现业务的快速创新。服务化架构采用组件化、可重用、自包含等原则定义网络功能,网络功能通过其通用的服务化接口向其它允许使用其服务的网络功能提供服务。

    什么是5G NR技术?一文带你深入了解5G NR技术

    图1. 服务化架构的本地路由的漫游场景

    ●网络切片

    5G系统架构和前几代移动通信系统相比最显著的关键区别就是网络切片。4G网络某种程度通过“专有核心网”的特性支持网络切片。对比而言,5G网络切片是一个更强大的概念,它包括整个PLMN。在3GPP 5G系统架构的范围内,网络切片是指一组3GPP定义的特征和功能,它们一起组成向UE提供服务的一个完整PLMN网络。

    网络切片允许根据控制按需的把网络功能组成PLMN,这些网络功能根据特定应用场景提供其功能及所定义的服务。比如可以有手机切片、车联网切片、远程医疗切片、物联网切片等。网络切片技术的应用将带领通信行业与其他行业深度融合,也必将催生新的商业模式,加速行业数字化转型步伐。

    什么是5G NR技术?一文带你深入了解5G NR技术

    图2. 3GPP 5G网络切片部署场景

    ●边缘计算

    边缘计算通过将应用服务向网络边缘迁移,实现服务内容本地化,减少传输时延和对网络回传高带宽的需求。同时实现网络和应用的双向交互,有效提升了移动网络的智能化水平,促进网络和业务的融合来提升服务水平。

    边缘计算技术成为5G网络原生支持的特性,边缘计算的思路融入到整个5G系统的设计的各方面:网络和应用双向交互的通信架构;用户面的灵活部署和灵活选择,包括应用对用户面选择的影响;多锚点的会话(同时接入本地和云端)服务连续性支持(SSC mode);本地接入网络的支持(LADN);适应多种业务的灵活的QoS机制。

    ●统一鉴权框架

    统一鉴权框架通过支持新的鉴权协议(如EAP)和融合的鉴权接口、网元,使5G网络可以支持多种信任状,融合不同类型的接入技术和终端类型,提高运营商网络面向新业务场景和垂直行业的可扩展性。

    5G标准的制定,遵循一定的规划与节奏进行的。3GPP将5G标准分成2个大的阶段来完成,第一个是Release15,主要面向eMBB场景,包括:NSA(Non-Standalone, 非独立组网)和SA(Standalone,独立组网)两个阶段。独立组网标准就是使用5G NR以及5G核心网,将在2018年6月完成;第二个是Release16,将在2019年12月完成,主要面向uRLLC和mMTC两大场景。

    展望2018,全球产业链将进一步围绕3GPP 5G NR标准,继续投入产品研发,加速5G商用部署的进程,实现5G时代的万物感知、万物互联、万物智能的宏伟蓝图。

    更多相关内容
  • 第1章对5G做了简单介绍。第2章描述了标准化的过程和相关的组织,比如3GPP和ITU。第3章介绍了可用于移动通信的频段以及发掘可用新频段的流程。 有关LTE及其演进的概述请参阅第4章。 第5章是对NR的概述
  • 5G NR Architecture, Technology, Implementation, and Operation of 3GPP NR Standards.
  • 1.移动通信领域5G NR理论速率计算详解,包括FDD和TDD协议,通俗易懂,小白也能理解,也会学会怎么计算 2.不停留在理论层面,从实际产品层面出发,将所有影响5G NR速率的因素一一进行计算说明 3.对于手机等终端能理解...
  • 5G NR 帧结构

    2021-01-06 04:31:07
    不同的是,5G NR定义了灵活的子构架,时隙和字符长度可根据子载波间隔灵活定义,这样可以满足5G要支持更多的应用场景,其中,超高可靠低时延(URLLC)是未来5G的关键服务,需要比LTE时隙更短的帧结构。
  • 该文档描述了5G通信技术,包括标准、频谱、具体技术描述、UE接入、RF指标等内容,全面而有条理。 适合5G通信技术入门和有4G LTE学习经验的各位同仁参考学习。
  • 5G NR_the next generation wireless access technology_fixed
  • 5G NR Matlab.rar

    2019-05-13 10:59:04
    5G-NR release 15 版本 空口仿真Matlab源码,新鲜出炉。
  • 5G NR小区搜索算法的研究及FPGA实现.pdf
  • 5G NR 培训PPT,主要介绍5GNR与4GLTE的区别及5G新特性,包括Qos Flow,SDAP,双链接及主要的信令流程
  • 这是一个估算平均信道容量的示例,其中无线信道由 5G 工具箱中提供的 Mathworks 5G CDL 模型建模。... GitHub 链接: https : //github.com/Naren920421/Capacity-Estimation-on-the-Mathworks-5G-NR-CDL-Model
  • 5G NR物理层过程,5G物理层理论。包括小区搜索、随机接入、数据业务流程等。
  • 亲测好用,挺不错的资源,需要的人,就快来下载吧!很有用的!5G NR _ the next generation wireless access technology-Academic Press (2018)
  • 图解5G NR帧结构

    2018-12-29 15:09:13
    该文档详细介绍了5G NR帧结构,对正在学习5G技术的通信人有一定的积极作用
  • 5G NR _ the next generation wireless access technology-Academic Press (2018).pdf
  • 5G NR无线网络扩展型皮站技术要求--硬件分册
  • 中兴5G NR产品介绍_864904(1).pdf
  • 5G中SSB块中相关信号的生成和在时偏域资源格上的映射,包括SSS、PSS、PBCH和PBCH DMRS的生成与映射
  • 5G NR波形文件合计,使用与N5182B 72B
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  • 5G NR学习理解系列——利用matlab工具生成5G NR信源

    千次阅读 多人点赞 2022-02-22 20:33:21
    LTE/NR学习理解系列——利用matlab工具生成5G NR信源前言NR工具箱的使用直接使用代码 前言 既然发现了4G LTE toolbox的matlab工具箱,那5G NR是否也有类似的工具箱呢,一查,果然也有,不过matlab版本要2021b才有...

    提示:文章写完后,目录可以自动生成,如何生成可参考右边的帮助文档

    5G NR学习理解系列——利用matlab工具生成5G NR信源


    前言

    既然发现了4G LTE toolbox的matlab工具箱,那5G NR是否也有类似的工具箱呢,一查,果然也有,不过matlab版本要2021b才有图形化app生成NR信源。没办法,网上搜集资源,安装上。

    NR工具箱的使用

    暂时没有找到怎么输入指令直接打开,只能通过matlab的app菜单,找到

    在这里插入图片描述
    这个按钮,打开,选择

    在这里插入图片描述
    用法很简洁,都不需要用文字来描述了,看图就知道怎么操作了,跟4G LTE的操作差不多

    在这里插入图片描述

    里面有我们常用的一些测试模式,例如TM11、TM31之类的。而且可以设定CELL ID,而我们做同步,解出CELLID,也就需要这些信息就行了。还多了一个可以设置采样率的选项,这点很好哦
    不过似乎没看到哪里可以配置时隙配比的,不知道是没有这个接口配置,还是暂时我没发现。这个以后要是找到了再来补充了。

    直接使用代码

    但每次通过这样使用tool界面还是有点麻烦,需要手动生成,导出数据(mat格式),然后在把mat数据导入到需要仿真的程序中。

      newData1 = load('-mat', 'TEST.mat');
      lte_data = newData1.waveStruct.waveform;
      lte_data = lte_data.';(这个转置,看实际是否需要)
    
    

    可惜,暂时还没找到类似于4G LTE的lteTestModel函数来替代上述图形交互过程。
    不过,在上面图形化界面导出按钮中,可以选择
    在这里插入图片描述
    可以得到以下代码

    % Generated by MATLAB(R) 9.11 (R2021b) and 5G Toolbox 2.3 (R2021b).
    % Generated on: 22-Feb-2022 20:09:27
    
    %% Generating NR Test Models waveform
    % NR Test Models configuration
    cfgDLTM = nrDLCarrierConfig;
    cfgDLTM.Label = 'NR-FR1-TM3.1a';
    cfgDLTM.FrequencyRange = 'FR1';
    cfgDLTM.ChannelBandwidth = 100;
    cfgDLTM.NCellID = 1;
    cfgDLTM.NumSubframes = 20;
    cfgDLTM.WindowingPercent = 0;
    cfgDLTM.SampleRate = 122880000;
    cfgDLTM.CarrierFrequency = 0;
    
    %% SCS specific carriers
    scscarrier = nrSCSCarrierConfig;
    scscarrier.SubcarrierSpacing = 30;
    scscarrier.NSizeGrid = 273;
    scscarrier.NStartGrid = 0;
    
    cfgDLTM.SCSCarriers = {scscarrier};
    
    %% Bandwidth Parts
    bwp = nrWavegenBWPConfig;
    bwp.BandwidthPartID = 1;
    bwp.Label = 'BWP1';
    bwp.SubcarrierSpacing = 30;
    bwp.CyclicPrefix = 'normal';
    bwp.NSizeBWP = 273;
    bwp.NStartBWP = 0;
    
    cfgDLTM.BandwidthParts = {bwp};
    
    %% Synchronization Signals Burst
    ssburst = nrWavegenSSBurstConfig;
    ssburst.BlockPattern = 'Case B';
    ssburst.TransmittedBlocks = [1 0 0 0];
    ssburst.Period = 10;
    ssburst.NCRBSSB = [];
    ssburst.KSSB = 0;
    ssburst.DataSource = 'MIB';
    ssburst.DMRSTypeAPosition = 2;
    ssburst.CellBarred = false;
    ssburst.IntraFreqReselection = false;
    ssburst.PDCCHConfigSIB1 = 0;
    ssburst.SubcarrierSpacingCommon = 30;
    ssburst.Enable = false;
    ssburst.Power = 0;
    
    cfgDLTM.SSBurst = ssburst;
    
    %% CORESET and Search Space Configuration
    coreset = nrCORESETConfig;
    coreset.CORESETID = 1;
    coreset.Label = 'CORESET1';
    coreset.FrequencyResources = 1;
    coreset.Duration = 2;
    coreset.CCEREGMapping = 'noninterleaved';
    coreset.REGBundleSize = 2;
    coreset.InterleaverSize = 2;
    coreset.ShiftIndex = 0;
    
    cfgDLTM.CORESET = {coreset};
    
    % Search Spaces
    searchspace = nrSearchSpaceConfig;
    searchspace.SearchSpaceID = 1;
    searchspace.Label = 'SearchSpace1';
    searchspace.CORESETID = 1;
    searchspace.SearchSpaceType = 'common';
    searchspace.StartSymbolWithinSlot = 0;
    searchspace.SlotPeriodAndOffset = [1 0];
    searchspace.Duration = 1;
    searchspace.NumCandidates = [8 8 0 0 0];
    
    cfgDLTM.SearchSpaces = {searchspace};
    
    %% PDCCH Instances Configuration
    pdcch = nrWavegenPDCCHConfig;
    pdcch.Enable = true;
    pdcch.Label = 'PDCCH1';
    pdcch.Power = 0;
    pdcch.BandwidthPartID = 1;
    pdcch.SearchSpaceID = 1;
    pdcch.AggregationLevel = 1;
    pdcch.AllocatedCandidate = 1;
    pdcch.SlotAllocation = 0:7;
    pdcch.Period = 10;
    pdcch.Coding = false;
    pdcch.DataBlockSize = 20;
    pdcch.DataSource = 'PN23';
    pdcch.RNTI = 0;
    pdcch.DMRSScramblingID = 1;
    pdcch.DMRSPower = 0;
    
    cfgDLTM.PDCCH = {pdcch};
    
    %% PDSCH Instances Configuration
    % PDSCH 1
    pdsch1 = nrWavegenPDSCHConfig;
    pdsch1.Enable = true;
    pdsch1.Label = 'Partial band PDSCH sequence with 256QAM modulation scheme (target, RNTI = 0) (Full downlink slots)';
    pdsch1.Power = 0;
    pdsch1.BandwidthPartID = 1;
    pdsch1.Modulation = '256QAM';
    pdsch1.NumLayers = 1;
    pdsch1.MappingType = 'A';
    pdsch1.ReservedCORESET = [];
    pdsch1.SymbolAllocation = [0 14];
    pdsch1.SlotAllocation = 0:6;
    pdsch1.Period = 10;
    pdsch1.PRBSet = 3:272;
    pdsch1.VRBToPRBInterleaving = 0;
    pdsch1.VRBBundleSize = 2;
    pdsch1.NID = [];
    pdsch1.RNTI = 0;
    pdsch1.Coding = false;
    pdsch1.TargetCodeRate = 0.4785;
    pdsch1.TBScaling = 1;
    pdsch1.XOverhead = 0;
    pdsch1.RVSequence = 0;
    pdsch1.DataSource = 'PN23';
    pdsch1.DMRSPower = 0;
    pdsch1.EnablePTRS = false;
    pdsch1.PTRSPower = 0;
    
    % PDSCH Reserved PRB
    pdsch1ReservedPRB = nrPDSCHReservedConfig;
    pdsch1ReservedPRB.PRBSet = 0:2;
    pdsch1ReservedPRB.SymbolSet = [0 1];
    pdsch1ReservedPRB.Period = 1;
    
    pdsch1.ReservedPRB = {pdsch1ReservedPRB};
    
    % PDSCH DM-RS
    pdsch1DMRS = nrPDSCHDMRSConfig;
    pdsch1DMRS.DMRSConfigurationType = 1;
    pdsch1DMRS.DMRSReferencePoint = 'CRB0';
    pdsch1DMRS.DMRSTypeAPosition = 2;
    pdsch1DMRS.DMRSAdditionalPosition = 1;
    pdsch1DMRS.DMRSLength = 1;
    pdsch1DMRS.CustomSymbolSet = [];
    pdsch1DMRS.DMRSPortSet = [];
    pdsch1DMRS.NIDNSCID = [];
    pdsch1DMRS.NSCID = 0;
    pdsch1DMRS.NumCDMGroupsWithoutData = 1;
    
    pdsch1.DMRS = pdsch1DMRS;
    
    % PDSCH PT-RS
    pdsch1PTRS = nrPDSCHPTRSConfig;
    pdsch1PTRS.TimeDensity = 4;
    pdsch1PTRS.FrequencyDensity = 2;
    pdsch1PTRS.REOffset = '00';
    pdsch1PTRS.PTRSPortSet = [];
    
    pdsch1.PTRS = pdsch1PTRS;
    
    % PDSCH 2
    pdsch2 = nrWavegenPDSCHConfig;
    pdsch2.Enable = true;
    pdsch2.Label = 'Partial band PDSCH sequence with 256QAM modulation scheme (target, RNTI = 2) (Full downlink slots)';
    pdsch2.Power = 0;
    pdsch2.BandwidthPartID = 1;
    pdsch2.Modulation = '256QAM';
    pdsch2.NumLayers = 1;
    pdsch2.MappingType = 'A';
    pdsch2.ReservedCORESET = [];
    pdsch2.SymbolAllocation = [2 12];
    pdsch2.SlotAllocation = 0:6;
    pdsch2.Period = 10;
    pdsch2.PRBSet = 0:2;
    pdsch2.VRBToPRBInterleaving = 0;
    pdsch2.VRBBundleSize = 2;
    pdsch2.NID = [];
    pdsch2.RNTI = 2;
    pdsch2.Coding = false;
    pdsch2.TargetCodeRate = 0.4785;
    pdsch2.TBScaling = 1;
    pdsch2.XOverhead = 0;
    pdsch2.RVSequence = 0;
    pdsch2.DataSource = 'PN23';
    pdsch2.DMRSPower = 0;
    pdsch2.EnablePTRS = false;
    pdsch2.PTRSPower = 0;
    
    pdschreserved = nrPDSCHReservedConfig;
    pdschreserved.PRBSet = 0:2;
    pdschreserved.SymbolSet = [0 1];
    pdschreserved.Period = 1;
    
    pdsch2.ReservedPRB = {pdschreserved};
    
    pdschdmrs = nrPDSCHDMRSConfig;
    pdschdmrs.DMRSConfigurationType = 1;
    pdschdmrs.DMRSReferencePoint = 'CRB0';
    pdschdmrs.DMRSTypeAPosition = 2;
    pdschdmrs.DMRSAdditionalPosition = 1;
    pdschdmrs.DMRSLength = 1;
    pdschdmrs.CustomSymbolSet = [];
    pdschdmrs.DMRSPortSet = [];
    pdschdmrs.NIDNSCID = [];
    pdschdmrs.NSCID = 0;
    pdschdmrs.NumCDMGroupsWithoutData = 1;
    
    pdsch2.DMRS = pdschdmrs;
    
    pdschptrs = nrPDSCHPTRSConfig;
    pdschptrs.TimeDensity = 4;
    pdschptrs.FrequencyDensity = 2;
    pdschptrs.REOffset = '00';
    pdschptrs.PTRSPortSet = [];
    
    pdsch2.PTRS = pdschptrs;
    
    % PDSCH 3
    pdsch3 = nrWavegenPDSCHConfig;
    pdsch3.Enable = true;
    pdsch3.Label = 'Partial band PDSCH sequence with 256QAM modulation scheme (target, RNTI = 0) (Partial downlink slots)';
    pdsch3.Power = 0;
    pdsch3.BandwidthPartID = 1;
    pdsch3.Modulation = '256QAM';
    pdsch3.NumLayers = 1;
    pdsch3.MappingType = 'A';
    pdsch3.ReservedCORESET = [];
    pdsch3.SymbolAllocation = [0 6];
    pdsch3.SlotAllocation = 7;
    pdsch3.Period = 10;
    pdsch3.PRBSet = 3:272;
    pdsch3.VRBToPRBInterleaving = 0;
    pdsch3.VRBBundleSize = 2;
    pdsch3.NID = [];
    pdsch3.RNTI = 0;
    pdsch3.Coding = false;
    pdsch3.TargetCodeRate = 0.4785;
    pdsch3.TBScaling = 1;
    pdsch3.XOverhead = 0;
    pdsch3.RVSequence = 0;
    pdsch3.DataSource = 'PN23';
    pdsch3.DMRSPower = 0;
    pdsch3.EnablePTRS = false;
    pdsch3.PTRSPower = 0;
    
    pdschreserved = nrPDSCHReservedConfig;
    pdschreserved.PRBSet = 0:2;
    pdschreserved.SymbolSet = [0 1];
    pdschreserved.Period = 1;
    
    pdsch3.ReservedPRB = {pdschreserved};
    
    pdschdmrs = nrPDSCHDMRSConfig;
    pdschdmrs.DMRSConfigurationType = 1;
    pdschdmrs.DMRSReferencePoint = 'CRB0';
    pdschdmrs.DMRSTypeAPosition = 2;
    pdschdmrs.DMRSAdditionalPosition = 1;
    pdschdmrs.DMRSLength = 1;
    pdschdmrs.CustomSymbolSet = [];
    pdschdmrs.DMRSPortSet = [];
    pdschdmrs.NIDNSCID = [];
    pdschdmrs.NSCID = 0;
    pdschdmrs.NumCDMGroupsWithoutData = 1;
    
    pdsch3.DMRS = pdschdmrs;
    
    pdschptrs = nrPDSCHPTRSConfig;
    pdschptrs.TimeDensity = 4;
    pdschptrs.FrequencyDensity = 2;
    pdschptrs.REOffset = '00';
    pdschptrs.PTRSPortSet = [];
    
    pdsch3.PTRS = pdschptrs;
    
    % PDSCH 4
    pdsch4 = nrWavegenPDSCHConfig;
    pdsch4.Enable = true;
    pdsch4.Label = 'Partial band PDSCH sequence with 256QAM modulation scheme (target, RNTI = 2) (Partial downlink slots)';
    pdsch4.Power = 0;
    pdsch4.BandwidthPartID = 1;
    pdsch4.Modulation = '256QAM';
    pdsch4.NumLayers = 1;
    pdsch4.MappingType = 'A';
    pdsch4.ReservedCORESET = [];
    pdsch4.SymbolAllocation = [2 4];
    pdsch4.SlotAllocation = 7;
    pdsch4.Period = 10;
    pdsch4.PRBSet = 0:2;
    pdsch4.VRBToPRBInterleaving = 0;
    pdsch4.VRBBundleSize = 2;
    pdsch4.NID = [];
    pdsch4.RNTI = 2;
    pdsch4.Coding = false;
    pdsch4.TargetCodeRate = 0.4785;
    pdsch4.TBScaling = 1;
    pdsch4.XOverhead = 0;
    pdsch4.RVSequence = 0;
    pdsch4.DataSource = 'PN23';
    pdsch4.DMRSPower = 0;
    pdsch4.EnablePTRS = false;
    pdsch4.PTRSPower = 0;
    
    pdschreserved = nrPDSCHReservedConfig;
    pdschreserved.PRBSet = 0:2;
    pdschreserved.SymbolSet = [0 1];
    pdschreserved.Period = 1;
    
    pdsch4.ReservedPRB = {pdschreserved};
    
    pdschdmrs = nrPDSCHDMRSConfig;
    pdschdmrs.DMRSConfigurationType = 1;
    pdschdmrs.DMRSReferencePoint = 'CRB0';
    pdschdmrs.DMRSTypeAPosition = 2;
    pdschdmrs.DMRSAdditionalPosition = 1;
    pdschdmrs.DMRSLength = 1;
    pdschdmrs.CustomSymbolSet = [];
    pdschdmrs.DMRSPortSet = [];
    pdschdmrs.NIDNSCID = [];
    pdschdmrs.NSCID = 0;
    pdschdmrs.NumCDMGroupsWithoutData = 1;
    
    pdsch4.DMRS = pdschdmrs;
    
    pdschptrs = nrPDSCHPTRSConfig;
    pdschptrs.TimeDensity = 4;
    pdschptrs.FrequencyDensity = 2;
    pdschptrs.REOffset = '00';
    pdschptrs.PTRSPortSet = [];
    
    pdsch4.PTRS = pdschptrs;
    
    cfgDLTM.PDSCH = {pdsch1,pdsch2,pdsch3,pdsch4};
    
    %% CSI-RS Instances Configuration
    csirs = nrWavegenCSIRSConfig;
    csirs.Enable = false;
    csirs.Label = 'CSIRS1';
    csirs.Power = 0;
    csirs.BandwidthPartID = 1;
    csirs.CSIRSType = {'nzp'};
    csirs.CSIRSPeriod = 'on';
    csirs.RowNumber = 1;
    csirs.Density = {'three'};
    csirs.SymbolLocations = {0};
    csirs.SubcarrierLocations = {0};
    csirs.NumRB = 273;
    csirs.RBOffset = 0;
    csirs.NID = 1;
    
    cfgDLTM.CSIRS = {csirs};
    
    % Generation
    [waveform,info] = nrWaveformGenerator(cfgDLTM);
    
    Fs = info.ResourceGrids(1).Info.SampleRate; 								 % Specify the sample rate of the waveform in Hz
    
    %% Visualize
    % Spectrum Analyzer
    spectrum = dsp.SpectrumAnalyzer('SampleRate', Fs);
    spectrum(waveform);
    release(spectrum);
    
    

    ncellid 配置0到1007

    waveform就是我们所需要的时域信源数据了,默认是生成20ms的数据

    这样就不用每次打开那个APP进行操作了,直接代码就可以改cellid,对于目前我只关注下行同步来说应该足够了。

    还有一个问题就是我暂时还不清楚哪个字段是修改时隙配比的,5G那一堆定义太多了也一时半会看不明白。/(ㄒoㄒ)/~~

    那我上面这个配置生成的是什么时隙配比的信源呢,

    20ms数据叠成4个5ms来显示

    在这里插入图片描述
    至少是一个5ms周期函数。且5ms存在3.7146ms的下行数据。经过分析

    (7+6/14)*0.5 = 3.7143与上述信源的时间最为贴近
    在这里插入图片描述

    从这个网站内容截图如下 https://www.txrjy.com/thread-1184207-1-1.html

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

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  • 史上最完整的5G NR介绍

    千次阅读 2020-12-17 19:59:16
    史上最完整的5G NR介绍 目录 史上最完整的5G NR介绍 5G部署选项 5G NR频谱 5G NR物理层 5G部署选项 一说到“部署选项”这事,说实话,我觉得自己有点“奇葩”。 大家都知道我的前辈叫“4G”,4G系统构架主要...

    史上最完整的5G NR介绍 

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    史上最完整的5G NR介绍 

    5G部署选项

    5G NR频谱

    5G NR物理层


    5G部署选项

    一说到“部署选项”这事,说实话,我觉得自己有点“奇葩”。

    大家都知道我的前辈叫“4G”,4G系统构架主要包括无线侧(即LTE)和网络侧(SAE),准确点讲,这个4G系统构架在3GPP里叫EPS(Evolved Packet System,演进分组系统),EPS指完整的端到端4G系统,它包括UE(用户设备)、E-UTRAN(演进的通用陆地无线接入网络)和EPC核心网络(演进的分组核心网)。

    ▲EPS、EPC、E-UTRAN、SAE和LTE的技术定义

    这个EPS是为移动宽带而设计的。

    从3G演进到4G,我称之为”整体演进“,即包括接入网和核心网的EPS整体演进到4G时代。

    可到了5G我这儿就不一样了,那个3GPP组织把接入网(5G NR)和核心网(5G Core)拆开了,要各自独立演进到5G时代,这是因为5G不仅是为移动宽带设计,它要面向eMBB(增强型移动宽带)、URLLC(超可靠低时延通信)和mMTC(大规模机器通信)三大场景。

    于是,5G NR、5G核心网、4G核心网和LTE混合搭配,就组成了多种网络部署选项。

    这就像商家推出的多款套餐组合,总有一款适合你。

    嗯,主要有这些组合套餐:选项3/3a/3x、7/7a/7x、4/4a为非独立组网(NSA)构架,选项2、5为独立组网(SA)构架。

    选项3系列:3/3a/3x

    2017年12月完成的3GPP Release 15 NSA NR标准正是基于选项3系列。

    在选项3系列中,UE同时连接到5G NR和4G E-UTRA,控制面锚定于E-UTRA,沿用EPC(4G核心网),即“LTE assisted,EPC Connected”。

    对于控制面(CP),它完全依赖现有的4G系统——EPS LTE S1-MME接口协议和LTE RRC协议。

    但对于用户面(UP),存在变数,这就是选项3系列有3、3a和3x三个子选项的原因。

    选项3、3a和3x有啥区别呢?

    选项3

    选项3其实就是参考3GPP R12的LTE双连接构架,在LTE双连接构架中,UE在连接态下可同时使用至少两个不同基站的无线资源(分为主站和从站);双连接引入了”分流承载“的概念,即在PDCP层将数据分流到两个基站,主站用户面的PDCP层负责PDU编号、主从站之间的数据分流和聚合等功能。

    LTE双连接不同于载波聚合,载波聚合发生于共站部署,而LTE双连接可非共站部署,数据分流和聚合所在的层也不一样。

    选项3指的是LTE与5G NR的双连接(LTE-NR DC),4G基站(eNB)为主站,5G基站(gNB)为从站。

    但是,选项3的双连接有一个缺点——受限于LTE PDCP层的处理瓶颈。

    众所周知,5G的最大速率达10-20Gbps,4G LTE的最大速率不过1Gbps,LTE PDCP层原本不是为5G高速率而设计的,因此在选项3中,为了避免4G基站处理能力遭遇瓶颈,就必须对原有4G基站,也就是双连接的主站,进行硬件升级。

    升级后的4G基站,或者说R15版本的4G基站,叫eLTE eNB,同时,迁移入5G核心网的4G基站也叫eLTE eNB,因为5G核心网引入了新的NAS层,这在后面会讲到。e就是enhanced,增强版的意思。

    但一定有运营商不愿意对原有的4G基站升级,于是,3GPP就推出了两个“变种”选项——选项3a和3x。

    嗯!总有一款套餐适合你!

    选项3a

    选项3a和选项3的差别在于,选项3中,4G/5G的用户面在4G基站的PDCP层分流和聚合;而在选项3a中,4G和5G的用户面各自直通核心网,仅在控制面锚定于4G基站。

    你不是嫌升级4G基站麻烦吗,这下我跳过4G基站得了。

    选项3x

    选项3x可谓选项3的一面镜子。为了避免选项3中的LTE PDCP层遭遇处理瓶颈,其将数据分流和聚合功能迁移到5G基站的PDCP层,即NR PDCP层。

    反正我5G基站的处理能力很强嘛,这下不用担心处理瓶颈的问题了。

    从目前来看,除了中国运营商,全球很多领先运营商都宣布支持选项3系列,以实现最初的5G NR部署。

    原因很简单:

    1)选项3系列利旧4G网络,利于快速部署、抢占市场,而且成本还不高;

    2)目前5G三大场景中,eMBB是最易实现的,选项3系列可谓是LTE MBB场景的升级版。

    比如美国运营商,可选择选项3系列,在现有的LTE网络上搭配他们的5G毫米波固定无线。

    这些运营商对选项3家族的青睐程度可表示为:选项3x > 选项3a > 选项3。选项3x面向未来,无需对原有的LTE基站升级投资;选项3a简单朴素;至于选项3,由于要对LTE网络再投资,嫌弃它的人比较多一点。

    可是,中国运营商为啥不爱选项3系列呢?至少目前中国电信已宣布5G采用独立部署方式。

    因为梦想更大啊!

    接下来介绍完选项2你就明白了!

    选项2

    选项2就是独立组网,一次性将5G核心网和接入网一起”打包“迈进5G时代,与前4G网络少有藕断丝连的瓜葛。

    这种方式的优点和缺点都很明显。一方面,它直接迈向5G,与前4G少有瓜葛,所以减少了4G与5G之间的接口,降低了复杂性。

    另一方面,与选项3系列依托于现有的4G系统用5G NR来补盲补热点的方式不同,选择选项2的运营商背后一定隐藏着更大的野心——一旦宣布建设5G网络,就意味着大规模投资,建成一个从接入网到核心网完整独立的5G网络。

    选项7系列

    选项7系列包括7、7a和7x三个子选项,类似于选项3,可以把它看成是选项3系列的升级版,选项3系列连接LTE核心网(EPC),而选项7系列则连接5G核心网,即“LTE assisted,5G CN Connected”,NR和LTE均迁移到新的5G核心网。

    选项4系列

    选项4系列包括4和4a两个子选项。在选项4系列下,4G基站和5G基站共用5G核心网,5G基站为主站,4G基站为从站。

    选项4系列要求一个全覆盖的5G网络,因而采用小于1GHz频段来部署5G的运营商比较青睐这种部署方式,比如美国T-Mobile计划用600MHz部署5G网络。

    选项5

    选项5将4G基站连接到5G核心网,与选项7类似,但没有与NR的双连接。

    也就是说,选择选项5的运营商只考虑核心网演进到5G,但并不将无线接入网演进到5G NR。大概是为了减少投资,而又看好具备网络切片能力的5G核心网吧!估计有些4G专网会喜欢这一部署方式吧!

    选项6

    已被3GPP残忍抛弃,不再赘述。

    总结一下,运营商的5G部署路径主要有三种方式:

    ①非独立部署(NSA):LTE + 5G NR毫米波

    此种部署方式以美国Verizon和AT&T为代表,在现有的LTE网络上部署5G NR毫米波来补充覆盖热点或部署5G固定无线。

    ②非独立部署(NSA):LTE + 小于6GHz NR频段

    此种部署方式可快速实现更好的5G NR覆盖,但存在4G LTE和5G NR之间的接口和载波聚合等技术的复杂性。

    对于非独立部署,演进路径分为两条:

    路径一:选项3系列—>选项2:先部署5G无线接入网,再部署5G核心网,最后将5G无线接入网迁移到5G核心网。

    路径二:选项3系列—>选项7系列或者选项5:先部署5G无线接入网,再部署5G核心网,最后将4G和5G无线接入网一起接入5G核心网。

    ③独立部署

    就是直接部署一张完整的5G网络,简化了非独立部署向5G核心网迁移的过程,复杂性较低,但更要求完整成熟的5G覆盖和生态。

    5G NR频谱

    上面提到的各种组合套餐,都离不开最重要的原材料——频谱资源。

    5G NR如何定义和分配频谱?

    与2/3/4G时代不同,5G频谱分配的基本原则叫Band-Agnostic,即5G NR不依赖、不受限于频谱资源,在低、中、高频段均可部署。

    在R15版本中,定义了两大FR(频率范围):

    FR1:

    • 450MHz 到 6000MHz

    • 频段号从1到255

    • 通常指的是Sub-6Ghz

    FR2:

    • 从24250MHz到52600MHz

    • 频段号从257到511

    • 通常指的是毫米波mmWave(尽管严格的讲毫米波频段大于30GHz)

    与LTE不同,5G NR频段号标识以“n”开头,比如LTE的B20(Band 20),5G NR称为n20。

    目前3GPP已指定的5G NR频段具体如下:

    FR1

    FR2

    我们再比较一下LTE的频段分配:

    很明显,一些LTE频段也指定给了5G NR,但细心一点你还会发现,在有些频段号上,5G NR频段在LTE 频段上进行了合并或扩展,比如,LTE的B42 (3.4-3.6 GHz) 和B43 (3.6-3.8 GHz) 合并为5G NR的n78(3.4-3.8 GHz),且n77还进一步将其扩展到3.3-4.2GHz。

    原因有两点:①满足5G NR的大带宽需求②满足全球运营商在3.3-4.2GHz频段内的5G 部署需求。

    第①点不用解释,大家都懂的,主要说说第②点原因。

    嗯!其实一张图就看明白了:

    上图是全球各国在C波段的可用频段,可用频段范围参差不齐,而n77的频段范围刚好将其全部覆盖,通吃!

    值得一提的是,在FR1中引入了SUL和SDL,即辅助频段(Supplementary Bands),这是什么鬼?

    众所周知,手机的发射功率低于基站发射功率,3.5GHz的覆盖瓶颈受限于上行,工作于更低频段的SUL(上行辅助频段)就可以通过载波聚合或双连接的方式与下行3.5GHz配和,从而补偿3.5GHz上行覆盖不足的瓶颈,这大概和华为提出的上下行解耦是一致的吧。

    问题来了,上面列了这么多5G NR频段,先锋频段是哪些?

    主要有:n77、n78、n79、n28、n71。

    n77和n78,即C-BAND,是目前全球最统一的5G NR频段。

    n79也可能用于5G NR,主要推动国家是中国、俄罗斯和日本。

    n28就是传说中的700MHz,由于其良好的覆盖性,同样是香饽饽,在WRC-15上已经确定该频段为全球移动通信的先锋候选频段,如果这段频段不能充分利用,实在是太可惜了。

    n71就是600MHz,目前美国运营商T-Mobile已宣布用600MHz建5G。

    关于毫米波频段,美国、日本和韩国正在试验5G 28GHz毫米波频段,初期要实现5G固定无线接入代替光纤入户的最后几百米。

    不过,目前美日韩的28GHz并不在ITU WRC(世界无线电通信大会)考虑范围之内,尽管3GPP列入了这一频段(n257),但最终还需要ITU批准。

    至于n258,研究称该频段可能会影响卫星通信系统,或将因为要考虑足够的保护频带而进行调整。

     

    5G NR物理层

    波形和多址接入方案

    3GPP提出了许多波形选项,这是一道很难的选择题,需考虑与MIMO的兼容性、频谱效率、低峰均功率比(PAPR)、URLLC用例、实现复杂度等多种因素。

    目前3GPP Release 15已确定,CP-OFDM支持5G NR的上行和下行,也引入了DFT-S-OFDM波形与CP-OFDM波形互补。CP-OFDM波形可用于单流和多流(即MIMO)传输,而DFT-S-OFDM波形只限于针对链路预算受限情况的单流传输。

    对于5G mMTC场景,正交多址(OMA)可能无法满足其所需的连接密度,因此,非正交多址(NOMA)方案成为广泛讨论的对象。

    Numerologies

    Numerology这个概念可翻译为参数集,大概意思指一套参数,包括子载波间隔,符号长度,CP长度等。

    由于5G NR面向三大场景,要适用于大量的用例,因而需要一个可扩展且灵活的物理层设计,并且支持不同的、可扩展的Numerologies。

    ODFM的核心思想是将宽信道划分为若干正交子载波,子载波间隔(subcarrier spacing)、符号长度、循环前缀(cyclic prefix,CP)和TTI这一系列参数定义了OFDM如何划分子载波,Numerologies指的就是这些参数的不同搭配。

    Numerologies,里面隐藏着博大精深的——权衡之术,这很3GPP。

    子载波间隔:

    子载波间隔是符号时间长度(Symbol Duration)与CP开销之间的权衡——子载波间隔越小,符号时间长度越长;子载波间隔越大,CP开销越大。为了实现不同Numerologies之间的高复用率,3GPP确定了 ∆f * 2^m的原则。

    所谓 ∆f * 2^m,指5G NR最基本的子载波间隔与LTE一样,也是15kHz,但可根据15*(2^m) kHz,m ∈ {-2, 0, 1, ..., 5}灵活扩展,也就是说子载波间隔可以设为3.75kHz、7.5kHz、15kHz、30kHz、60kHz、120kHz...(如下表):

    如此一来,子载波间隔可随着其工作频段和UE的移动速度变化而变化,最小化多普勒频移和相位噪声的影响。

    CP长度:

    CP长度是CP开销和符号间干扰ISI之间的权衡——CP越长, ISI越小,但开销越大,它将由部署场景(室内还是室外)、工作频段、服务类型和是否采用采用波束赋形技术来确定。

    每TTI的符号数量:

    这是时延与频谱效率之间的权衡——符号数量越少,时延越低,但开销越大,影响频谱效率,建议每个TTI的符号数为2^N个,以确保从2^N到1个符号的灵活性和可扩展性,尤其是应对URLLC场景。

    总而言之,不同的Numerologies满足不同的部署场景和实现不同的性能需求,比如,子载波间隔越小,小区范围越大,这适用于低频段部署;子载波间隔越大,符号时间长度越短,这适合于低时延场景部署。

    帧结构

    甭管你怎么组合,采用哪种Numerologies,5G无线帧和子帧的长度都是固定的——一个无线帧的长度固定为10ms,1个子帧的长度固定为1ms,这与LTE是相同的,从而更好的保持LTE与NR间共存,利于LTE和NR共同部署模式下时隙与帧结构同步,简化小区搜索和频率测量。

    不同的是,5G NR定义了灵活的子构架,时隙和字符长度可根据子载波间隔灵活定义。

    所以,我们简单将5G帧结构划分为由固定结构和灵活结构两部分组成(如下图)。

    这就好比建房子,框架结构定好了,里面的空间可根据自己需要灵活布置。

    物理信道带宽

    在小于6GHz频段(FR1)下,5G NR的最大信道带宽为100MHz,在毫米波频段(FR2),5G NR的最大信道带宽达400MHz,远远大于LTE的最大信道带宽20MHz。

    但更值得一提的是,5G NR的带宽利用率大幅提升到97%以上(LTE的带宽利用率只有90%)。

    如何理解5G NR带宽利用率提升?

    做一道计算题:

    10MHz的4G信道有50个RB,每个RB有12个子载波,那么10MHz 4G信道总共600个子载波。由于每个子载波有15kHz的间隔,15*600就等于9000kHz或9MHz,这意味着在10Mhz的信道中,只有9MHz被利用,而大约1MHz被留下作为保护频带,所以LTE的带宽利用率只有90%。

    以此类推,20MHz的4G信道有100个RB,它仅使用了20MHz带宽中的18MHz;50MHz的4G信道有250个RB...

    猜猜看,50MHz的5G信道有多少个RB呢?275个。

    如下图,这是在不同的Numerologies下,不同的子载波间隔对应的最小和最大RB数计算表:

    调制方式

    上下行OFDM调制+CP:QPSK、16QAM、64QAM和256QAM。

    上行DFT-s-OFDM+CP:π/ 2-BPSK、QPSK、16QAM、64QAM和256QAM。

    上行增加了π/ 2-BPSK,主要考虑在mMTC场景下,数据速率低,以实现功放的更高效率。

    除了π/ 2-BPSK,5G NR与LTE-A使用的调制阶次是相同的,不过3GPP正在考虑将1024QAM引入。

    信道编码

    在信道编码上,5G NR与LTE完全不同。

    众所周知,LTE中控制信道采用TBCC,数据信道采用Turbo码,因为不同信道的有效载荷和需求不同, 5G NR应该与此类似。不过5G NR的数据信道采用LDPC码,代替了LTE的Turbo码;5G NR的广播信道和控制信道采用Polar码,代替了LTE的TBCC码。

    为什么数据信道用LDPC码代替Turbo码?

    Turbo码的特点是编码复杂度低,但解码复杂度高,而LDPC码刚好与之相反。考虑在eMBB场景下,码块大于10000且码率要达到8/9,这对于解码复杂度高的Turbo码是硬伤,而LDPC的解码算法相对更简单实用,刚好合适。

    这就像有首歌唱的,刚好遇见你。

    此外,LDPC本质上采用并行的处理方式,而Turbo码本质上是串行的,因而LDPC更适合支持低时延应用。

    至于Polar码,尽管提出较晚,但其兼具编码和解码复杂度低的特点,且非常灵活,在任何码长和码率下都具有良好的性能,当然成为了控制信道的不二选择。

    多天线技术和波束赋形

    考虑5G频谱分配原则为Band-Agnostic,在低、中、高频段均可部署,由于不同的频段有不同的无线特性,因此对MIMO系统的设计也不尽相同。

    再回头看看5G的频段分配表,较低的频段工作于FDD模式,FDD上下行工作于不同频段,上下行链路传播特性不同,因此引入下行CSI-RS和上行报告是必需的;同时,低频段的带宽较小,还需支持MU-MIMO来增强容量。对于这些频段,3GPP计划扩展和增强R13和R14的FD-MIMO技术,以支持64、128、256天线阵元,同时提供灵活的CSI采集和波束赋形。

    较高的频段工作于TDD模式,TDD上下行工作于同一频段,上下行链路传播特性基本相同,因此可充分利用TDD上下行信道的互易性,使得基站能够直接基于检测上行信道状态信息来确定下行发射预处理策略。

    对于高频段的毫米波,由于其传播损耗更大、覆盖距离更短,因此将引入更多数量的天线阵元,以增强波束赋形增益。不过,问题又来了,天线阵元越多,就意味着传统的数字波束赋形技术的系统设计越复杂,成本越高,5G NR就不得不又用到博大精深的权衡之术——混合波束赋形技术。

    另外,众所熟知的LTE用多种传输模式(TM)来实现和优化不同场景下的MIMO性能,但这些传输模式之间是无法实现动态切换的,它不能适应动态变化的场景,因此,5G NR将考虑传输模式的动态适应。

    5G NR用户面

    4G LTE用户面协议栈由PDCP、RLC和MAC层组成,其广泛支持从低速物联网终端到可达1Gbps的高速高端终端,为移动互联网和4G蜂窝物联网时代立下汗马功劳。

    5G NR用户面协议栈基于LTE设计,但时代不同,当然有差异。

    首先它引入了新的SDAP层,SDAP全称Service Data Adaptation Protocol,这个SDAP层很有意思,我们赶紧来介绍一下。

    我们依稀还记得,网优雇佣军曾经在2016年的时候吐过一次槽(不好意思,没控制住),大意是讲我们的无线网络不具备洞悉流量的能力,痛失实时改善用户体验的机会。

    5G以用户为中心,无非就是改善用户体验,当然要谈及QoS。但大家都知道的,4G网络的QoS是由核心网发起的、以承载为基本粒度的,而无线接入网不过是执行核心网的强制策略,就是一个打工的。

    这样的QoS机制缺点突出,QoS等级数量有限,无法实时调整,面向缤纷复杂的未来应用,这种预定义式的QoS方式太粗犷且缺乏灵活性。

    5G在这方面向前迈进了一大步。5G核心网支持基于IP流而不是EPS承载的QoS控制,从而实现更灵活和更精细的QoS控制。

    具体的讲,它通过5G 核心网和基站之间单独的PDU对话隧道来实现多个IP流的独立无线承载映射,在PDCP层之上引入SDAP层,SDAP层执行IP流和无线承载之间的映射。在SDAP层,在封装IP包时,IP头包含这些数据包的QoS标识符 (QFI)。

    新引入的SDAP层首次实现了真正的端到端的QoS机制。

    另外值得一提的是——PDCP层分集传输。

    5G要支持URLLC场景,要实现超可靠低时延通信,但是,无线信号变化莫测,用户行为捉摸不定,无线信号质量的恶化和基站的拥塞均受制于各种不可控因素,要想实现稳定的传输可靠性真的好难啊。

    怎么办呢?那就通过载波聚合和多连接技术,使用频率分集的方式来实现对单个终端的传输可靠性。

    如上图所示,数据包在PDCP层处理和复制,并通过每个RLC层,再通过相关的CC发送,接收端处理较早到达的数据包,同时抛弃较晚到达的复制的数据包。

    简而言之,就是在多个无线链路上传输相同的数据的方式,来抵御无线环境恶化带来的影响,保障通信链路的可靠性。


    5G NR控制面

    5G NR控制面使用的RRC协议基本与LTE一致,作为无线资源控制层,RRC负责连接管理、接入控制、状态管理、系统信息广播等功能。如下图所示:

    首先在RRC状态上,与LTE只有RRC IDLE和RRC CONNECTED两种RRC状态不同,5G NR引入了一个新状态——RRC INACTIVE。

    新引入RRC INACTIVE状态与3G的CELL_PCH差不多,其目的是降低连接延迟、减少信令开销和功耗,以适应未来各种物联网场景。

    在RRC INACTIVE状态下,RRC和NAS上下文仍部分保留在终端、基站和核心网中,此时终端状态几乎与RRC_IDLE相同,因此可更省电,同时,还可快速从RRC INACTIVE状态转移到RRC CONNECTED状态,减少信令数量。

    其次,在系统广播上,为了提高系统信息的资源使用效率,5G NR引入了点播功能,这意味着它不必像LTE基站一样要一直广播所有的系统信息,而是以按需的方式以指定的系统信息通知指定的终端。

    第三点值得一提的是,对于非独立部署,5G NR将RRC协议功能扩展了,以支持LTE-NR双连接中的RRC独立连接和RRC分集。

    RRC独立连接:在4G时代的LTE双连接中,仅主站负责与手机之间的RRC连接,而在LTE-NR双连接中,从站(即5G基站)也可负责与手机之间的RRC连接(如下图)。

    RRC分集是指主站的RRC消息可以被复制,并通过主站和从站向手机发送相同的消息,以RRC分集的方式提升手机接收RRC消息的成功率,以提升信令传输的可靠性(如下图)。

    最后好像应该展望一下未来吧,自我介绍应该是这样的。

    3GPP R15版本不过是5G技术之路的第一步,其主要是为了支持初期的eMBB和部分URLLC场景,未来还要支持更多的用例和垂直应用,未来还有更多的项目去研究。

    比如,需讨论SCMA、PDMA、MUSA、NCMA、NOCA、GOCA、IDMA、IGMA、RDMA...等等…各大厂家提出的各种多址方案,名字都快数不过来了。

    还有自回传、未授权频谱5G NR、应用于车联网的V2X、5G卫星通信接入、应用于无人机打开数字化天空的非地面网络等等。


     

     

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  • 5G基本原理/5G NR的关键技术

    千次阅读 2022-03-16 11:27:24
    主要介绍5G技术的基本原理,包括调制方式、波形设计、帧结构、参考信号以及信道编码方式等。

    主要参考:深入浅出5G移动通信/刘毅等编著. —北京:机械工业出版社,2019.1

    目录

    1、调制方式

    2、信道编码

    3、全新波形

    4、灵活帧结构

    5、物理层参考信号重设


    5G新空口(5G NR)的关键技术包括调制方式、波形、帧结构、参考信号设计、多天线传输、信道编码等。

    1、调制方式

    调制主要针对的是数据信道,控制信道、广播信道等略有差别。其基本原理:一个符号可以根据振幅和相位表示多个bit,倍数级提升频谱效率,如16QAM中,一个符号可承载4个bit。

    表1 3G到5G数据信道的调制方式
    3G4G5G

    QPSK(Quad-Phase Shift Keyed,正交相移键控)

    16QAM(Quadrature Amplitude Modulation,正交振幅调制)

    QPSK

    16QAM

    64QAM

    π/2-BPSK(Binary Phase Shift Keying,二进制相移键控):降低峰均功率比,提高小区边缘的覆盖和低数据率信号的功放效率

    QPSK

    16QAM

    64QAM

    256QAM:提高系统容量

    5G协议中已经给出调制映射公式,为使所有映射有一样的平均功率,需对映射进行归一化。映射后的复数值乘上一个归一化的量,即可得到输出数据。

    图1 5G调制映射公式

    2、信道编码

    信道编码选择的基本原则:

    • 编码性能:纠错能力以及编码冗余率;
    • 编码效率:复杂程度及能效;
    • 灵活性:编码的数据块大小,能否支持增量冗余的混合自动重传。

    5G NR的数据信道采用低密度奇偶校验编码(LDPC),控制信道采用极化编码(Polar)

    • LDPC编码:由奇偶校验矩阵定义,每一行代表一个编码位(bit),每一列代表一个奇偶校验方程。5G NR中的LDPC编码采用准循环结构(奇偶检验矩阵由更小的基矩阵定义)和速率兼容结构(基矩阵可进行高速率编码);
    • polar码:主要用于5G网络层1和层2的控制信令。

    3、全新波形

    5G的新波形要求支持其三大类用户场景,即eMBB、mMTC和URLLC。需要针对不同场景采用灵活的子载波等空口参数集(Numerology)以及信令和控制负荷最小化,以提升效率。

    LTE系统中的OFDM波形具有频谱效率高、易于实现、能有效抵抗多径衰落等特性,因此5G系统仍考虑基于OFDM来进行波形设计。但LTE系统存在子载波间隔和符号长度固定(无法支持多种移动性场景)、频谱旁瓣大(产生载波间干扰ICI和符号间干扰ISI)两大缺点。

    4、灵活帧结构

    5G取消了5M以下的LTE小区带宽,大带宽是5G的典型特征。

    • sub 6GHz小区最大小区带宽为100M;
    • 毫米波最大小区带宽为400M。

    5G NR采用多个不同的子载波间隔(Subcarrier Spacing)类型,4G只用单一的15 kHz的子载波间隔。5G NR采用参数μ来表述子载波间隔。

    定义频域上一个资源块(RB)包含12个子载波,对于不同的子载波间隔,RB频域资源大小不同,gNB支持的单载波带宽也各不相同。

    表2 gNB支持的单载波带宽
    μMinRBMaxRB

    Subcarrier Spacing

    (kHz)

    FreqBW Min

    (MHz)

    FreqBW Max

    (MHz)

    024275154.3249.5
    124275308.6499
    2242756017.28198
    32427512034.56396
    42413824069.12397.44
    52469480138.24397.44

    时域物理资源划分方面,采样时间计算公式

    时域方面,5G采用和4G相同的无线帧(10 ms)和子帧(1 ms),但在子帧中的时隙数量不同,每个时隙上定义的符号数也不同,符号根据时隙配置类型的不同而变化。5G各种时域配置如图。

    图3 5G时域配置

    5、物理层参考信号重设

    通信过程中,根据预先定义的标准参考信号X和实际接收到的参考信号Y求取方程中矩阵H的特征值,再配置H应用于其他未知数据信号的相干检测、解调、估计等,在5G的波束成形技术中也会协助求解类似的波束成形矩阵权值。

    为提高网络能效(能量利用效率),并保证向后兼容, 5G NR参考信号主要包括4种:解调参考信号(DM-RS)、相位追踪参考信号(PT-RS)、测量参考信号(SRS)以及信道状态信息参考信号(CSI-RS)。

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  • 5G NR 基础原理与关键技术

    千次阅读 2021-08-22 10:56:59
    基于 IUV 官网提供的视频资源,记录了 5G 技术的基本原理以及一些关键技术
  • 5G NR无线网络主设备规范—分布式皮站分册.pdf
  • 新一代5G NR 测试技术,适合于研发设计人员和光大研究人员参考。 学生朋友也可作为专业知识补充文档。扩宽知识面。

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