在聆听了今年由NYU WIRELESS(纽约大学专注于5G mmWave研究的一个机构)和诺基亚共同主办的、在布鲁克林纽约大学(Tandon)工学院举行的5G高峰论坛上的许多优秀的5G技术演讲后,我注意到5G NR这个术语。你可能还不熟悉5G NR,它指的是5G新无线电(New Radio)。高通公司(Qualcomm)评论说,NR是个复杂的话题,因为它涉及一种基于正交频分复用(OFDM)的新无线标准。

20170623-5G-NR-1 图1:5G无线电接入架构由LTE Evolution和New Radio Access Technology(新无线电接入技术,NR)组成,NR工作在1GHz到100GHz,不后向兼容LTE。

OFDM指的是一种“数字多载波调制方法”,其中“使用大量间隔紧密的正交子载波信号在几个并行数据流或信道上传输数据”。随着3GPP采用这一标准之后,NR这一术语被沿用下来,正如用LTE(long term evolution,长期演进)描述4G无线标准一样。

NR需要使用LTE以外的新无线电接入技术(RAT,Radio Access Technology)——它必须足够灵活,以支持从小于6GHz到高达100GHz的毫米波(mmWave)频段的更宽范围的频带。NR已经选择了基于OFDM的统一且更有能力的空中接口完成以后的任务。

OFDM是一种定义很好且广为人知的波形设计原理。4G(LTE及其目前为止的演进)和IEEE 802.11(WiFi)都使用OFDM作为无线发送数据的基本信号格式。基本上,OFDM使用大量并行窄带子载波而不是单个宽带载波来传输信息。

图2是高通公司高级副总裁Durga Malladi在2017年布鲁克林5G峰会给出的实施时间表。

20170623-5G-NR-2 图2:5G NR正加速成为5G的全球标准(图由Qualcomm提供)

为什么选OFDM?

选择OFDM的一些原因如下:

• OFDM是一种对接收器复杂度要求更低的可缩放波形

• OFDM的框架对MIMO空间复用更加有效,这意味着频谱效率更高

• OFDM允许诸如加窗/滤波等强化,以便增强本地化

• SC-FDM/SC-FDMA非常适合用于宏基站部署中的上行链路传输

5G面临的挑战拓展了通信技术的局限,为了满足5G NR积极的进度预期和技术诉求,标准机构和设计人员需要竭尽所能最充分地利用好计划用于5G空中接口的各频谱资源。

3GPP专注于三个关键的5G用例:

1.增强移动宽带(eMBB);

2.大规模机器通信(mMTC);

3.超可靠低延迟通信(URLLC)。

对于诸如面向eMBB的更高的网络容量和更高的峰值数据速率、面向mMTC的连接密度和能量效率以及面向URLLC的高可靠性和低延迟特性等情况的优先级来说,具有重要的关键绩效指标(KPI)。

采用的波形

华为研究员朱培英博士评论说,选择基于循环前缀的OFDM(CP-OFDM)波形可以实现比LTE更好的频谱约束(滤波或加窗)。下行链路(DL)和上行链路(UL)具有对称波形,并且对于UL具有互补DFT-OFDM,仅有一个数据流(图3)。

20170623-5G-NR-3 图3:5G NR采用的波形(华为提供)

比较OFDM与目前的LTE,我们发现OFDM中具有更好的可扩展性可以实现低得多的延迟——其往返时间(RTT)比当今的LTE低一个数量级。OFDM具有自包含的TDD子帧设计,能够实现更快更灵活的TDD切换和换向,同时支持新的部署场景(图4)。

20170623-5G-NR-4 图4:对TDD切换和换向来说,OFDM的自包含TDD子帧设计比LTE的8个HARQ接口更快、更灵活。

可调整性

与目前的LTE相比,OFDM的延迟可以被调整到短得多(图5)。

20170623-5G-NR-5 图5:相比LTE的8个HARQ接口,OFDM更容易调整到更低延迟。

5G必须具有前向兼容性,以便我们能够在将来灵活地逐步实现新的功能和服务。5G NR必须具有足够的可调整性才能满足不同的服务和设备的要求。它们包括大规模物联网、关键任务控制和增强移动宽带。参见以下频段分配示例。

低频段

600MHz、700MHz和850/900MHz等频段是分配在1GHz的低频段区域。这些频段通常用于更长的距离,例如大规模IoT(如爱立信为AT&T提供的每个蜂窝基站具有数百万个连接的大规模IoT)和移动宽带。

中频段

中频段区域为1GHz至6GHz,例如3.4-3.8GHz、3.8-4.2GHz和4.4-4.9GHz等频段。这些频段通常用于诸如关键任务应用和eMBB等。

高频段

高频段区域在24GHz(mmWave)以上,这些频段专用于“极端带宽”,如24.25-27.5GHz、27.5-29.5GHz、37-40GHz和64-71GHz。

我们需要开发新技术以满足5G NR的要求。