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5G的关键技术

2023-02-22 射频学堂 阅读:
5G作为新一代的移动通信技术,它的网络结构、网络能力和要求都与过去有很大不同,有大量技术被整合在其中,5G 体现了创新、全面的移动无线通信技术的广度和深度。

5G作为新一代的移动通信技术,它的网络结构、网络能力和要求都与过去有很大不同,有大量技术被整合在其中,5G 体现了创新、全面的移动无线通信技术的广度和深度lU8ednc

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5G NR 中定义了以下三个使用场景:lU8ednc

» 增强型移动宽带 (eMBB):指的是与传统移动宽带相比更高的 目标 5G 峰值和平均数据速率、更大容量和覆盖范围。eMBB 规定 了 5G 设计能够在下行链路 (DL) 中达到 20Gbps 的数据速率, 在上行链路 (UL) 中达到 10Gbps 的数据速率。lU8ednc

» 海量机器类通信 (mMTC):支持包含几十亿互联设备和传感器的 5G IoT 使用场景。该使用场景既涵盖偶尔传输数据、需要较长 电池续航时间的低数据速率/小带宽设备,也包括大带宽/高数据 速率的设备。lU8ednc

» 超高可靠性低时延通信 (URLLC):侧重于支持需要防止故障的应用 实时通信。例如自动驾驶汽车、工业互联网、智能电网、基础设施 保护和智能交通系统。lU8ednc

一、波形的提升lU8ednc

OFDM技术避免多径衰落能力强,频谱效率高,实现也较为简单,广泛应用于LTE、LTE-A等系统中。但该技术中的基带波很容易会受到干扰的方波,而5G无线网络系统中,要求单位达到吉赫的带宽,从而实现极高速率的数据传输,然而在频率较低的频率区域中,得到不间断的频谱资源较为困难。下图是2G-5G波形的演变。lU8ednc

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5G的波形在OFDM的基础上,对波形增加滤波器,FBMC是对每个子载波加滤波器,能够实现带外频率扩展的降低。下图是4G波形与5G波形的仿真对比,从图中可以看出FBMC大大提升了邻道指标。lU8ednc

5G将被应用于大规模物联网,这意味着会有数十亿设备在相互连接,5G势必要提高多路传输的效率,以应对大规模物联网的挑战。为了相邻频带不相互干扰,频带内和频带外信号辐射必须尽可能小。lU8ednc

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二、大规模MIMOlU8ednc

MIMO在4G中就得到了应用,但是在4G中应用MIMO的一般都是基站,对于终端,最多能够支持接收采用多路,但是发射就是单路。如下图所示。lU8ednc

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5G则不同,话说5G的超高下载速率主要来自MIMO技术,主要靠在空中同时传输多路不同的数据来成倍地提升网速。lU8ednc

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MIMO5G无线网络中是一项被认为关键、具有可行性的技术。但是要实现技术也需要一定的条件,比如当小区内采用正交的导频序列、小区间采用相同的导频序列组时,会存在有导频污染的问题,导致上、下行数据传输的信干比无法随基站天线数增加相应变化。另外,若在基站侧部署大规模多天线技术,在一定程度上会增加成本的投入,在实际场景中,大规模多天线还要能够灵活地适应复杂的天线电环境,这是该技术面临的挑战。lU8ednc

三、全双工技术lU8ednc

早期的无线通信中通信技术主要分为FDD,TDD,在5G中全双工技术首次被提及。lU8ednc

5G全双工情况如下:lU8ednc

全双工意味着DL和UL在同一时间/频率资源中同时传输。与UL和DL之间的隔离相关,使用场景可分为以下几类。lU8ednc

情况1:基站和终端都有全双工对消器。lU8ednc

情况2:基站有全双工消除器,但终端可能没有。lU8ednc

案例1部署的一个示例如图所示。在基站或终端侧中,存在一些自干扰,例如从终端侧的UL传输到DL接收,或者从DL传输干扰到基站侧的UL接收。在这种情况下,仅在网络中显示一个终端。根据情况,可能有多个终端正在基于基站的调度和MIMO能力进行类似于MU-MIMO的全双工。lU8ednc

在情况2中,终端不需要具有消除器。因此,终端复杂性问题得到缓解。是终端1和终端2没有全双工(或自干扰)消除器,但基站有。通过基站调度可以避免/减少从终端2到终端1的干扰。在基站中,情况类似于情况1,并且基站可以通过其自身的消除器来消除自干扰。lU8ednc

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比较案例2和案例1,显然对终端复杂度的要求很小。但另一方面,情况1允许更多的全双工操作,而不管发射机/接收机终端的情况如何。因此,基站将在如何调度资源方面具有更大的灵活性。假设在同一子帧中同时调度两个终端,情况1可以获得比情况2理想的两倍吞吐量。lU8ednc

NR Operating BandlU8ednc

Uplink (UL) operating bandBS receive终端 transmitlU8ednc

Downlink (DL) operating bandBS transmit 终端 receivelU8ednc

Duplex ModelU8ednc

FUL_low   –  FUL_highlU8ednc

FDL_low   –  FDL_highlU8ednc

n1lU8ednc

1920 MHzlU8ednc

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1980 MHzlU8ednc

2110 MHzlU8ednc

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2170 MHzlU8ednc

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1850 MHzlU8ednc

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1910 MHzlU8ednc

1930 MHzlU8ednc

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1990 MHzlU8ednc

FDDlU8ednc

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1710 MHzlU8ednc

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1785 MHzlU8ednc

1805 MHzlU8ednc

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1880 MHzlU8ednc

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n5lU8ednc

824 MHzlU8ednc

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849 MHzlU8ednc

869 MHzlU8ednc

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894MHzlU8ednc

FDDlU8ednc

n7lU8ednc

2500 MHzlU8ednc

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2570 MHzlU8ednc

2620 MHzlU8ednc

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2690 MHzlU8ednc

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880 MHzlU8ednc

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915 MHzlU8ednc

925 MHzlU8ednc

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960 MHzlU8ednc

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832 MHzlU8ednc

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862 MHzlU8ednc

791 MHzlU8ednc

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703 MHzlU8ednc

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748 MHzlU8ednc

758 MHzlU8ednc

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803 MHzlU8ednc

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2570 MHzlU8ednc

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2620 MHzlU8ednc

2570 MHzlU8ednc

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2620 MHzlU8ednc

TDDlU8ednc

n41lU8ednc

2496 MHzlU8ednc

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2690 MHzlU8ednc

2496 MHzlU8ednc

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2690 MHzlU8ednc

TDDlU8ednc

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1432 MHzlU8ednc

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1517 MHzlU8ednc

1432 MHzlU8ednc

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1517 MHzlU8ednc

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1427 MHzlU8ednc

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1432 MHzlU8ednc

1427 MHzlU8ednc

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1432 MHzlU8ednc

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1710 MHzlU8ednc

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1780 MHzlU8ednc

2110 MHzlU8ednc

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2200 MHzlU8ednc

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1695 MHzlU8ednc

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1710 MHzlU8ednc

1995 MHzlU8ednc

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2020 MHzlU8ednc

FDDlU8ednc

n71lU8ednc

663 MHzlU8ednc

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698 MHzlU8ednc

617 MHzlU8ednc

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652 MHzlU8ednc

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1427 MHzlU8ednc

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1470 MHzlU8ednc

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3300 MHzlU8ednc

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3800 MHzlU8ednc

3300 MHzlU8ednc

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 4200 MHzlU8ednc

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4400 MHzlU8ednc

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5000 MHzlU8ednc

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5000 MHzlU8ednc

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880 MHzlU8ednc

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703 MHzlU8ednc

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1920 MHzlU8ednc

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四、网络切片lU8ednc

  就是把运营商的物理网络切分成多个虚拟网络,每个网络适应不同的服务需求,这可以通过时延、带宽、安全性、可靠性来划分不同的网络,以适应不同的场景。通过网络切片技术在一个独立的物理网络上切分出多个逻辑网络,从而避免了为每一个服务建设一个专用的物理网络,这样可以大大节省部署的成本。lU8ednc

  在同一个5G网络上,通过技术电信运营商会把网络切片为智能交通、无人机、智慧医疗、智能家居以及工业控制等多个不同的网络,将其开放给不同的运营者,这样一个切片的网络在带宽、可靠性能力上也有不同的保证,计费体系、管理体系也不同。在切片的网络中,各个业务提供商,不是如4G一样,都使用一样的网络、一样的服务。很多能力变得不可控。5G切片网络,可以向用户提供不一样的网络、不同的管理、不同的服务、不同的计费,让业务提供者更好地使用5G网络。lU8ednc

责编:Ricardo
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