5G无线网络关键技术及应用

时间秒杀一切 提交于 2020-08-11 19:48:30

1、概述

5G三大应用场景:

  • eMBB:增强移动宽带场景
  • mMTC:低功耗大连接场景
  • uRLLC:低时延高可靠场景

5G八大关键能力:

  • 流量密度、连接数密度、时延、移动性、能效、用户体验速率、频谱效率、峰值效率

 2、5G网络架构

(1)5G网络逻辑架构

  • 接入平面:统一多无线接入技术的融合,无限资源调度与共享
  • 控制平面:控制集中化、简单化、服务差异化、开放化
  • 转发平面:用户面下沉分布式网关,移动边缘内容与计算

(2)网元与接口

  • 5G核心网(NGC)

    三个主要功能模块:AMF、UPF、SMF。

  • 无线接入网

    gNB或者ng-eNB

  • 接口
  1. Xn接口:gNB和ng-eNB通过Xn接口相互连接。
  2. NG接口:gNB和ng-eNB通过NG接口连接到5GC。
  3. NG-C接口:gNB和ng-eNB通过NG-C接口连接到AMF。
  4. NG-U接口:gNB和ng-eNB通过NG-U接口连接到UPF。
  5. F1-C接口:gNB-DU和gNB-CU之间的信令。
  6. F1-U接口:gNB-DU和gNB-CU之间的数据流。

  CU:中心单元

  DU:分布单元

(3)5G基站部署方案

  • 传统BBU+RRU方案
  • 一体化基站方案
  • CU-DU分离

3、大规模天线技术

3G:WCDMA HSPA标准 只能使用SISO,下行峰值速率7.2Mb/s
3G:WCDMA HSPA+标准 支持2x2MIMO,下行峰值速率42Mb/s
4G:3GPP LTE标准 支持SISO、2x2MIMO、4x4MIMO,下行峰值速率100Mb/s
4G:3GPP LTE-A标准 最多支持8x8MIMO,下行峰值速率1Gb/s
5G 大规模天线:基站使用大规模天线阵列

    Massive MIMO:大规模天线,被公认的5G关键技术之一。

优势:

  • 系统容量和能量效率大幅度提升。
  • 上行和下行发射能量将减少。
  • 用户间信道正交,干扰和噪声将会被消除。
  • 信道统计特性将会趋于稳定。

挑战:

  • 信道状态信息获取
  • 信道测量与建模
  • 发射机与接收机设计
  • 天线单元及阵列设计

4、UDN技术

(1)UDN(超密集组网部署)

  • 技术原理

    增加单位面积小基站的密度,通过在异构网络中引入超大规模低功率节点实现热点增强、消除盲点、增强网络覆盖、提高系统容量。

  • 功能优势

    满足热点地区500-1000的流量增长的需求。

  • 技术方案

    干扰管理、5G高密度小区的网络架构、移动性管理、连接管理、节能、SON。

(2)降低干扰措施

  • 有选择关闭无用户小小簇
  • D-MIMO(分布式MIMO)多天线联合发送
  • 集中控制和C-RAN技术
  • 多小区帧资源协调

5、全频谱接入技术

全频谱接入涉及6GHz以下低频段和6GHz以上高频段,其中低频段是5G的核心频段,用于无缝覆盖;高频段作为辅助频段,用于热点区域的速率提升。

(1)毫米波通信

  mmWave,30-300GHZ,1-10mm,毫米波可用于室内短距离通信。

(2)高频主要技术

  • 高频信道测量与建模
  • 高频新空口
  • 组网技术
  • 器件

6、新型多址

  • FDMA(频分多址)、TDMA(时分多址)、CDMA(码分多址)、OFDMA(正交多址)
  • 优势:
  1. 可以避免用户干扰。
  2. 系统容易实现。

(1)新型多址

  •   非正交多址(NOMA)

        优势:NOMA技术接收端和发送端处理过程简单可观、易于实现、是其最大优点。

        缺点:功率域的用户层不宜过多,否则系统复杂性将徒然增加,系统性能下降比较快。

  •   PDMA(大唐提出):寻址能力比较强,信道容量大,频谱利用率高。系统比较复杂。

        功率域、空间域、码域。

  •   MUSA(中兴提出)

        非线性SIC接收机。

(2)新型多载波

  OFDM传输波形技术:OFDM是当前WiFi和LTE标准中高速无线通信的主要传信模式。

  5G候选新波形:F-OFDM、FBMC(滤波器组多载波)、UFMC

7、先进调制编码

  • 空间调制:SM
  • 频率正交幅度调制:FQAM
  • 5G信道编码LDPC码和Polar码

    LDPC码:应用于大数据方面,相比于turbo码更优。一种具有稀疏校验矩阵的分组纠错码。几乎适用于所有的信道。

        Polar码:控制消息与广播信道。

8、终端直通技术

技术原理:满足移动互联网和物联网应用场景扩大对于时延、高可靠的要求。

D2D技术:引入副链路,数据传输经过宏基站。

优势:

  • 拓展网络范围。
  • 无线P2P功能。
  • 终端近距离通信,高速率低时延低功耗。

    在该技术的应用下,用户通过D2D 进行通信连接,避开了使用蜂窝无线通信,因此不使用频带资源。而且,D2D 所连接的用户设备可以共享蜂窝网络的资源,提高资源利用率。

9、双工技术

CCFD:同频同时全双工。CCFD无线通信设备使用相同的时间、相同的频率,同时发射和接收无线信号,使得无线通信链路的频谱效率提高了一倍。

 

 

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