电子与信息学院 - scut.edu.cn · lte lte-a imt2020 . 8 . open mobile programmable agile...
TRANSCRIPT
3
5G，是英文fifth-generation的缩写，指的是移动电话系统第五代，也是4G之后的延伸。
英国 韩国-Nomadic Local Area Wireless Access（Nola） 中国-IMT2020 欧盟
5G Public-Private Partnership (5G PPP)
4
5G标准研究立项（Study Item）从3GPP R14（2016年）开始。2015年WRC（WRC-15）将针对6GHz以下的频谱提出相关技术方案，到2019年，将针对6GHz之上的频谱。5G的商用部署预计将始于2020年。
2014年初，华为宣布在高频段无线5G空中环境下实现115Gbps的峰值传输速率，刷新无线超宽带数据传输纪录
华为宣布与阿联酋电信（Etisalat）合作，为2020年世博
会场馆提供5G网络保障。
5
华为与欧盟及产业界各方共同推动5G公私合作联盟（5GPPP Association，5G Public-Private Partnership Association），并成为董事会成员；参加由设备商、运营商、高校和科研机构联合发起的欧盟第七框架计划（FP7，Framework Programm7）项目“构建2020年信息社会的无线移动通信领域关键技术”（METIS，Mobile and wireless communications Enablers for the Twenty-twenty Information Society），该项目是H2020（Horizon 2020）计划下的5GPPP网络基础设施大型研究项目。
同时，作为英国5GIC创始成员之一、中国5G研究国家项目的发起者之一，华为积极参与项目的制定、规划和执行。
6
Yesterday Now Future
2G 3G 4G 5G
GSM/EDGE WCDMA HSPA HSPA+
LTE LTE-A IMT2020
8
Open
Mobile
Programmable
Agile
Sustainable
Scalable
Secure
Reliable
Standardized
Flexibility Robustness
Multi domain performance
Energy Performance
Critical machine type of communications
Global standard
10 50403020 60 8070 901 542 63
5G Complementary Bands for Capacity, 45GHz available 5G Primary bands
GHz
VisibleLight
Cellular Bands
Requirement >500MHzfor IMT-2020
45GHz available for future Cellular Access and Self-Backhaul
频谱：3-6 GHz为主流
中国电信：3400MHz-3500MHz共100M带宽。 中国联通：3500MHz-3600MHz共100M带宽。 中国移动：2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz频段，其中2515-2575MHz、2635-2675MHz和4800-4900MHz频段为新增频段，2575-2635MHz频段是中国移动现有的TD-LTE（4G）频段。
Source – ITU-R M.2083 ‘IMT Vision – Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2020 and beyond
Legacy Bands
3 GHz 30 GHz 700 MHz
New Bands
18 27
mmWave
RFIC
Wide
Coverage
Antenna
mmWave System/RFIC/Ant. New Channel Coding Network Slicing
< 6 GHz Massive MIMO Massive Connectivity (IoT) Low Latency NW
Half -Wavelength
Grant-Free
Multiple Access
Grant-based
Multiple Access
eNB
UE
3~4 Step eNB
UE
1 Step
① Radio Information
② TCP Rate Control
Server Mobile BS Data
LDPC (Low-Density Parity-Check )
16
eMBB 典型应用包括超高清视频、虚拟现实、增强现实等。这类场景首先对 带宽要求极高，关键的性能指标包括 100Mbps 用户体验速率（热点场景可达 1Gbps）、数十 Gbps 峰值速率、每平方公里数十 Tbps 的流量密度、每小时 500km 以上的移动性等。 URLLC典型应用包括工业控制、无人机控制、智能驾驶控制等。这类场景聚焦对时延极其敏感的业务，高可靠性也是其基本要求。自动驾驶实时监测等要求毫秒级的时延，汽车生产、工业机器设备加工制造时延要求为十毫秒级，可用性要求接近100%。 mMTC典型应用包括智慧城市、智能家居等。这类应用对连接密度要求较高，同时呈现行业多样性和差异化。智慧城市中的抄表应用要求终端低成本低功
17
18
19
2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024
Rel-12 Rel-13 Rel-14
Rel-14 SI (SA1/RAN)
Rel-15
Rel-15
Rel-16
Rel-16
4G in 3GPP
5G in 3GPP
5G PPP j1
WRC’15 WRC’19
VisionITU Requirements / Method Proposals
5G PPP j2 5G PPP j35G PPP Set-upEC 5G PPP
ONF, Open Daylight, OPNFV, Open Stack…SDN/NFV
EC FP7 Pre-5G METIS, 5GNOW…EC FP7j1: Specificationj2: Developmentj3: Experimentation
Winter Olympics in South Korea
FIFA World Cup in Russia
Summer Olympics in Japan
5G Deployment and CommercializationTrialsRadio ExperimentsMobile
Networks
Wkp
IMT-2020
Specifications
Evaluation
Note: Other Regions events under elaboration
EU-TW Workshop 2017 Bruxelles | Dr. Calvanese Strinati Emilio| 27/06/2017
3GPP release 15 acceleration:
• The previous project plan for 5G NR (as part of 3GPP Release 15) was allowing standard-compliant 5G NR deployment around 2020
• Actual agreed plan is to introduce an earlier intermediate milestone to complete technical specifications related to a configuration called Non-Standalone 5G NR
• to enable large-scale trials and deployments starting in 2019.
• Non-Standalone (NSA) 5G NR
• It will utilize the existing LTE radio and core network as an anchor for mobility management and coverage while adding a new 5G carrier.
Make it quickly and working, then the market will push for technology patches
23
对于5G的网络架构，在3GPP TSG-RAN 第 72 次全体大会上，提出了8个选项，如下图所示：
SA是目标架构， 《中国电信5G技术白皮书》明确优选SA架构组网
SA NSA
24
是纯4G的组网架构，和5G没有关系
5G基站连接 5G核心网，这是5G网络架构的终极形态，可以支持 5G的所有应用。
把 4G基站升级增强之后连到了5G核心网之上，前景也不乐观。
把5G基站连到4G核心网，还独立组网？这样 5G基站有力使不出，也太憋屈了。
25
选项3系列基站连接的核心网是4G核心网，控制面锚点都在4G，适用于5G部署的最初阶段，覆盖不连续，也没太多业务，纯粹是作为4G无线宽带的补充而存在。
4G基站真是既当爹又当妈 把数据分流控制点放在了4G核心网上 数据分流控制点放在了5G基站上，成为了5G非独立组网部署的首选
26
选项7系列核心网已经切换到了5G核心网，为了和5G核心网连接，4G基站也升级为增强型4G基站。控制面锚点还是在4G上，适用于5G部署的早中期阶段，覆盖还不连续，但由于已经部署了5G核心网，除了最基本的移动宽带之外，其他两个业务mMTC和uRLLC也可以被支持了。7系列同样分为7，7a和7x这3个选项，关键区别也在于数据分流控制点的不同。
27
选项4系列5G彻彻底底地成为了主角。核心网早已切换为5G核心网，5G基站也成为了控制面锚点，彻底当家做主。选项4和4a的区别仅在于数据分流控制点是在5G基站还是5G核心网。
28
路径1：一步到位，直接上选项2终极形态。这是土豪的最爱。 路径2：选项1 → 选项3x → 选项7x → 选项4 → 选项2，中间的步骤都是可选的。 路径2看起来很复杂，而且多次投资比一次投资总共花的钱要更多。但是，风险小啊，走一步看一步也是明智之选。
5G NR NSA-mode
(w/ LTE anchor)
Simulations, Prototypes &
PoCs Mass Market
Service
5G Standalone Development (5G system architecture & core)
Field Trials
5G NR Early Drop
2018 2019 2020 2025 2017
ⓒ 2017. Samsung Electronics. All rights reserved.
5G – Standalone vs Non-Standalone
30/13
4G
5G
EPC
5G-CN
Today – 4G Access Device attaches to LTE/4G radio and Evolved Packet Core (EPC) Early 5G – Non-Standalone Device attaches to 5G-NR, which routes either via 4G Base Station to EPC, or direct to EPC 5G Standalone Device attaches to 5G-NR and 5G Core Network.
EPC
eNB gNB
5GC
eNB gNB
Migrate
5G Radio in NSA Mode
5G in SA Mode
CP UP
UPF + PGW-U
UE
Nx
S5-U
S5-C
S6a
S11
N1
N4
N7
N2
S1-U
5G RAN
AMF
S1-MME
HSS + UDM
SMF + PGW-C
N11
N3
PCRF + PCF
N15
N8
UE
MME
N10
E-UTRAN
SGW-C
SGW-U
4G Architecture 5G Architecture
User Plane
Control Plane
New for 5G – RAN architecture extensions
33
UE
Other RAN innovations • CoMP – UE attached to multiple cells to provide greater reliability • Small cell support – greater indoor coverage, increased cell density, self-backhauling • 5G-NR in unlicensed bands – extension of mobile ecosystem • Session management split from mobility management – enabler for RAN slicing • D2D, V2X – devices connecting directly, with no network
New Air Interface • CP-OFDM – to introduce flexibility in OFDM and mitigate
Inter Symbol Interference • Massive MIMO – large numbers of bearers to increase
bandwidth in sub-6GHz bands • mmWave – provides access to broad frequency bands for
higher bandwidths • Beam Forming – extends range/cell size for mmWave bands • Shortened TTI – reduces latency • Flexibility in band sizing – allows previously unavailable
bands to be used
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
LTE 业务信道采用 Turbo 码，控制信道采用卷积码。 NR 业务信道采用 可并行解码的 LDPC 码、控制信道主要采用 Polar 码。NR采用的信道编码理论性能更优，具有更低时延和更高吞吐量等特点。
46
47
1.非正交多址接入技术 （Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA）
我们知道3G采用直接序列码分多址（Direct Sequence CDMA ，DS-CDMA）技术，手机接收端使用Rake接收器，由于其非正交特性，就得使用快速功率控制（Fast transmission power control ，TPC)来解决手机和小区之间的远-近问题。
而4G网络则采用正交频分多址（OFDM）技术，OFDM不但可以克服多径干扰问题，而且和MIMO技术配合，极大的提高了数据速率。由于多用户正交，手机和小区之间就不存在远-近问题，快速功率控制就被舍弃，而采用AMC（自适应编码）的方法来实现链路自适应。
48
NOMA希望实现的是，重拾3G时代的非正交多用户复用原理，并将之融合于现在的4G OFDM技术之中。
从2G，3G到4G,多用户复用技术无非就是在时域、频域、码域上做文章，而NOMA在OFDM的基础上增加了一个维度——功率域。
新增这个功率域的目的是，利用每个用户不同的路径损耗来实现多用户复用。
49
实现多用户在功率域的复用，需要在接收端加装一个SIC（持续干扰消除），通过这个干扰消除器，加上信道编码（如Turbo code或低密度奇偶校验码（LDPC)等），就可以在接收端区分出不同用户的信号。
50
NOMA可以利用不同的路径损耗的差异来对多路发射信号进行叠加，从而提高信号增益。它能够让同一小区覆盖范围的所有移动设备都能获得最大的可接入带宽，可以解决由于大规模连接带来的网络挑战。
NOMA的另一优点是，无需知道每个信道的CSI（信道状态信息），从而有望在高速移动场景下获得更好的性能，并能组建更好的移动节点回程链路。
51
2. FBMC（滤波组多载波技术） 在OFDM系统中，各个子载波在时域相互正交，它们的频谱相互重叠，因而具有较高的频谱利用率。OFDM技术一般应用在无线系统的数据传输中，在OFDM系统中，由于无线信道的多径效应，从而使符号间产生干扰。为了消除符号问干扰(ISl)，在符号间插入保护间隔。插入保护间隔的一般方法是符号间置零，即发送第一个符号后停留一段时间(不发送任何信息)，接下来再发送第二个符号。在OFDM系统中，这样虽然减弱或消除了符号间干扰，由于破坏了子载波间的正交性，从而导致了子载波之间的干扰(ICI)。因此，这种方法在OFDM系统中不能采用。在OFDM系统中，为了既可以消除ISI，又可以消除ICI，通常保护间隔是由CP（Cycle Prefix ，循环前缀来)充当。CP是系统开销，不传输有效数据,从而降低了频谱效率。
52
而FBMC利用一组不交叠的带限子载波实现多载波传输，FMC对于频偏引起的载波间干扰非常小，不需要CP（循环前缀），较大的提高了频率效率。
53
4. 大规模MIMO技术（3D /Massive MIMO） MIMO技术已经广泛应用于WIFI、LTE等。理论上，天线越多，频谱效率和传输可靠性就越高。
大规模MIMO技术可以由一些并不昂贵的低功耗的天线组件来实现，为实现在高频段上进行移动通信提供了广阔的前景，它可以成倍提升无线频谱效率，增强网络覆盖和系统容量，帮助运营商最大限度利用已有站址和频谱资源。
我们以一个20平方厘米的天线物理平面为例，如果这些天线以半波长的间距排列在一个个方格中，则：如果工作频段为3.5GHz，就可部署16副天线；如工作频段为10GHz，就可部署169根天线。。。。。
54
55
56
MIMO系统一般写作AxB MIMO，A表示基站的天线数，B表示手机的天线数。
57
（1）天线数 传统的网络的天线基本是
2天线、4天线或8天线，而Massive MIMO指的是通道数达到64/128/256个。
（2）信号覆盖的维度 传统的MIMO信号只能在水
平方向移动，垂直方向是不动的，信号类似一个平面发射出去，而Massive MIMO，是信号水平维度空间基础上引入垂直维度的空域进行利用，信号的辐射状是个电磁波束。
（3）集成了射频单元RRU。
58 简单来说，AAU=RRU+天线阵列
59
波束赋形：在基站上布设天线阵列，通过射频信号相位的控制 ，使得相互作用后的电磁波的波瓣变得非常狭窄，并指向它所提供服务的手机，而且能跟据手机的移动而转变方向。这种空间复用技术，由全向的信号覆盖变为了精准指向性服务，波束之间不会干扰，在相同的空
间中提供更多的通信链路，极大地提高基站的服务容量。
Beamforming技术产生指向性波束
60
假设在一个周围建筑物密集的广场边上有一个全向基站（红色圆点），周围不同方向上分布3台终端（红、绿、蓝X）。
未采用Massive MIMO场景下，当红色终端和基站通信时，无线传播路径是这样的。..
采用Massive MIMO场景下，并引入精准的波束赋形后，情况就神奇的变成这样了。..
5.认知无线电技术（Cognitive radio spectrum sensing techniques）
认知无线电技术最大的特点就是能够动态的选择无线信道。在不产生干扰的前提下，手机通过不断感知频率，选择并使用可用的无线频谱。
61
6.超宽带频谱 信道容量与带宽和SNR成正比，为了满足
5G网络Gpbs级的数据速率，需要更大的带宽。
频率越高，带宽就越大，信道容量也越高。因此，高频段连续带宽成为5G的必然选择。
得益于一些有效提升频谱效率的技术（比如：大规模MIMO），即使是采用相对简单的调制技术（比如QPSK),也可以实现在1Ghz的超带宽上实现10Gpbs的传输速率。
62
7. ultra-dense Hetnets（超密度异构网络） 立体分层网络（HetNet）是指，在宏蜂窝网络层中布放大量微蜂窝（Microcell）、微微蜂窝（Picocell）、毫微微蜂窝（Femtocell）等接入点，来满足数据容量增长要求。
到了5G时代，更多的物-物连接接入网络，HetNet的密度将会大大增加。
63
8. 多技术载波聚合（multi-technology carrier aggregation） 如果没有记错，3GPP R12已经提到这一技术标准。 未来的网络是一个融合的网络，载波聚合技术不但要实现LTE内载波间的聚合，还要扩展到与3G、WIFI等网络的融合。
多技术载波聚合技术与HetNet一起，终将实现万物之间的无缝连接。
64
65
66
依据5G提出的标准，CU、DU、AAU可以采取分离或合设的方式，所以，会出现多种网络部署形态：
① 与传统4G宏站一致，CU与DU共硬件部署，构成BBU单元。
② DU部署在4G BBU机房，CU集中部署。
③ DU集中部署，CU更高层次集中。
④ CU与DU共站集中部署，类似4G的C-RAN方式。
67
核心网示意图
4G核心网回顾
68
5G核心网架构特点： 5G 新型核心网架构支持控制与转发分离、网络功能模块化设
计、接口服务化和IT 化、增强的能力开放等新特性，以满足5G网络灵活、高效、开放的发展趋势。
5G 核心网实现了网络功能模块化以及控制功能与转发功能的完全分离。控 制面可以集中部署，对转发资源进行全局调度；用户面则可按需集中或分布式灵 活部署，当用户面下沉靠近网络边缘部署时，可实现本地流量分流，支持端到端 毫秒级时延。
69
5G核心网架构：
UPF（用户面功能）代替了SGW和PGW中的路由和转发功能
AMF和SMF代替了MME和SGW \ PGW控制面的功能
70
MEC(Multi-access Edge Computing)通过将计算存储能力与业务服务能力向网络边缘迁移，使应用、服务和内容可以实现本地化、近距离、分布式部署，从而一定程度解决了 5G eMBB、 URLLC、以及 mMTC 等技术场景的业务需求。同时 MEC 通过充分挖掘网络数 据和信息，实现网络上下文信息的感知和分析，并开放给第三方业务应用，有效提升了网络的智能化水平，促进网络和业务的深度融合。
71
网络切片，本质上就是将运营商的物理网络划分为多个虚拟网络，每一个虚拟网络根据不同的服务需求，比如时延、带宽、安全性和可靠性等来划分，以灵活的应对不同的网络应用场景。 实现网络切片，网络功能虚拟化（NFV，Network Function Virtualization）是先决条件。网络采用NFV 和SDN 后，网络切片才能真正实施。
网络切片,简单来说，就是把一张物理上的网络，按应用场景划分为N张逻辑网络。不同的逻辑网络，服务于不同场景。
