5G移动通信技术培训

2016-09-18 1 大唐移动通信设备有限公司 5G移动通信技术培训 -中国通信企业协会通信工程建设分会 5G系统演进概述 5G标准全球进展 5G系统发展策略 5G系统需求分析 5G系统典型应用 大唐移动5G成果 目录 二、 5G系统核心能力指标 四、 5G系统先进无线技术 一、 5G系统标准发展概述 五、 5G系统新型网络架构 三、 5G系统网络建设挑战 六、 5G系统关键网络技术 交流答疑 交流答疑 2016-09-18 2 4G掀起新一轮信息化浪潮，5G升华通信的价值 社会信息化趋势 宽带互联网成为变革的基础支撑 力量 信息传输能力增强，不再是瓶颈 “互联网+”拓展通信外延 通信网络成为基础设施 5G将面向全社会的信息化，提 供全连接服务 移动通信与计算技术的代际演进 移动通信 跨代演进 计算技术 跨代演进 1G(1980s) 语音语音 2G(1990s) 语音和文本语音和文本 5G(2020s) 大数据大数据/众连接众连接/ 场景体验场景体验 4G(2010s) 移动互联网移动互联网 3G(2000s) 多媒体多媒体 场景连接 的时代 2016-09-18 3 5G典型场景 5G将面向未来社会的信息化，提供高速接入和全面的连接 5G标准化进展与计划 20162017201820192020 R14: 5G study items R16: The completed 5G standard R15: The first 5G standard Non-standalone NR Standalone NR 2017.32018.62019.9 2018年12月份向ITU提交部分标准化(R15)的规范，包含 eMBB和URLLC的标准内容，支持新 空口Non-standalone和Standalone两种部署方式；LTE-A Pro R14和R15版本内容； 2019年12月份向ITU提交完整标准化(R16)的规范，包含完整的eMBB、mMTC和URLLC三个 场景内容； LTE-A Pro R16版本内容； 2016-09-18 4 3GPP 5G第一个标准版本R15 R15的标准化内容 工作模式：支持standalone和non-standalone 支持的Non-standalone NR表示使用LTE作为控制面anchor Standalone NR表示NR包含全部的控制面 业务应用：增强移动宽带(eMBB)、低时延和高可靠(URLLC); 大连接物 联网(mMTC)将在R16进行标准规范的制定 频谱：6GHz以下和6GHz 以上 网络演进 3GPP所定义的5G标准包含两部分 新空口(NR)标准化规范（全面满足5G KPI指标和需求） LTE-A Pro标准化规范（部分满足5G KPI指标和需求） 2016-09-18 5 工信部5G试验整体规划 5G技术研収试验划分为三个阶段： 阶段1：关键技术验证（2016.01-2016.09）： 验证5G关键技术性能，加快推进5G关键技术研収，推劢5G关键技术标准共识形成 阶段2：技术方案验证（2016.06-2017.09）： 开展单基站5G概念样机性能测试，验证5G技术方案性能 阶段3：系统验证（2017.06-2018.10） 多天线技术演进 天线数目持续增大，提升频谱效率与网络容量 4G: 8T8R 8阵列天线 8通道 4G： 8T8R 4G+： 3D-MIMO 5G： MassiveMIMO 4G+ 64T64R 64通道 128天线 3维赋形 5G 128T128R 大规模空间复用 2016-09-18 6 网络架构：分层覆盖 宏微融合，超密集组网，提升流量密度 4G： 蜂窝+热点 4G+： 异构组网 5G： 超密集组网 同异频组网， 载波聚合 干扰协调 U/C分离 双连接 多点协作 eICIC 虚拟小区 虚拟MIMO 用户为中心网络 基站智能睡眠等 物联网技术发展 物联网风起云涌，垂直行业拓展面临技术竞争，必须从4G开始部署，5G增强 4G： MTC 4G+： eMTC，NB-IoT 5G： 低功耗大连接 带宽1.4M 速率1M cat0 eMTC： 带宽1.4M 速率1M Cat-M NB-IoT： 带宽200k， 速率几十k 上行3.75k 指标与NB- IoT接近 继续优化功 耗、接入能 力等，引入 非正交多址 提升效率、 NB- IoT 部 署 方 案 保护带带内独立载波 2016-09-18 7 车联网到低时延高可靠 由辅助安全到自动驾驶 4G： 连续覆盖大网 4G+： LTE-V 5G：uRLLC 低时延高可靠 交通信息 共享 导航 娱乐 辅助安全 D2D/D2I 资源管理 自动驾驶 智能制造 远程控制 灵活的网络架构 产业布局 围绕5G场景布局技术研究与产业推动 Industry automation Work and play in the cloud Augmented reality Self Driving Car ITU-R 统 一 的 验 证 平 台 统 一 的 标 准 框 架 高可靠和低时延通信 FUTURE IMT 3D video, UHD screens Gigabytes in a second Smart Home/Building Smart City Voice 大连接机器类通信 增强的移动宽带 技术布局 核心技术研究 大规模天线、 PDMA、UDN等 系统设计 新空口 新网络架构 标准化 IMT-2020 3GPP、ITU 技术验证 关键技术、系统、 组网特性 应用示范 AR/VR、车联网 物联网、工业控制 产业布局 芯片、系统设备 仪表、安全 大唐5G技术与产业布局 需求及场景驱动 2016-09-18 8 构建5G核心技术积累，体现技术特色 流量密度 5G需求 技术指标 网络能效 用户体验速率 频谱效率 峰值速率 移动速度 5G关键技术布局 大规模天线 超密集组网 非正交多址（PDMA） 高频段传输 信道编码调制 灵活频谱共享 终端直传 空口设计 连接密度 超低时延 5G典型 应用场景 eMBB M-MTC uRLLC TDD优势技术 控制与转发分离 移动边缘计算 新型移动性和连接管理 网络功能重构 网络切片 新型的统一QoS框架 平台及管理编排 网络能力开放 新波形 工信部5G技术测试第一阶段顺利完成 参与工信部5G一阶段技术规范制定，并按 计划完成所有项目测试 5G综合验证平台，首家支持3.5GHz频段， 支持256天线，符合一阶段设备规范 大规模天线测试峰值4Gbps，业内最佳 非正交多址测试接入能力较4G提升至 300% 超密集组网业内首家实现并验证，流量密 度10Tbps/km2，支持虚拟小区 MassiveMIMO 有源天线 5G BBU 5G 测试终端 UDN 小基站 室外密集部署 无线测试 2016-09-18 9 ITU-5G系统指标 中国5G系统之花 5G系统指标分析 5G系统效率指标 5G系统效能提升 目录 二、 5G系统核心能力指标 四、 5G系统先进无线技术 一、 5G系统标准发展概述 五、 5G系统新型网络架构 三、 5G系统网络建设挑战 六、 5G系统关键网络技术 交流答疑 交流答疑 5G 数据 连接 用户体 验 关键需求1 1000倍流量， 密度10Tbps/Km2 关键需求2 1000亿连接， 密度100万/Km2 关键需求 10Gbps峰值速率，100M/1Gbps用户 体验，ms 级端到端时延，99.999%可 靠性，1/1000比特成本，1/1000功耗 5G关键性能需求指标 频谱效率： 5-10倍 能耗效率：1000倍 比特成本：1/1000 大唐白皮书 ；愿景需求 2016-09-18 10 5G关键指标 5G相对4G的性能明显提升 20 关键 指标 流量密度连接密度时延移动性能效用户体验速率谱效峰值速率 ITU取 值 10 Tbps/ Km2 1M/km21ms 500 km/h 100 x100Mbps3x5x 1020 Gbps 来源: ITU-R M.IMT.vision 5G应用场景和关键技术指标 ITU定义的5G关键指标 2016-09-18 11 5G关键指标先进性 指标ITU愿景解读 频谱效率3-5X主要技术：大规模天线、非正交多址 峰值速率10/20Gbps大带宽，多流传输，高阶调制 时延1ms空口帧结构、编解码、重传机制、网络架构 流量密度10Tbps/Km2 极限承载能力，超密集组网、站间协作 用户体验速率100M/1Gbps 用户随时随地体验，挑战大 移动速度500Km/h 超高速铁路，主要用低频段 连接密度1M/Km2 物联网，关键技术：非正交多址、免调度等 能耗效率100倍 传输技术、芯片技术、组网方案 5G典型业务 2016-09-18 12 典型低时延高可靠业务 目录 二、 5G系统核心能力指标 四、 5G系统先进无线技术 一、 5G系统标准发展概述 五、 5G系统新型网络架构 三、 5G系统网络建设挑战 六、 5G系统关键网络技术 交流答疑 交流答疑 5G网络建设难点 5G网络CRAN组网 5G网络BBU池化 5G网络天馈方案 5G网络深度覆盖 5G网络工建策略 2016-09-18 13 融合创新 100Mbps 1Gbps 10Gbps IMT-2020技术愿景 新的频谱使用 新的空口传输技术 新的网络架构 更灵活的网络连接 支持更多的应用场景 多领域跨界融合 多系统融合 多RAT/多层次/多连接融合 多模多业务对于终端的影响 LTE-HI/小小区持续增强 先进天线技术 更智能化的的网络管理和无线资源管理 演进 无所不在的服务 5G移动宽带系统将成为面向2020年以后人类信息社会需求的无线移动通信系统。 5G不再仅仅是更高速率、更大带宽、更强能力的空中接口技术，而是面向业务应用和用户体验的智能网 络。它是一个多业务多技术融合的网络，通过技术的演进和创新，满足未来包含广泛数据和连接的各种 业务的快速发展需要，提升用户体验。 融合、演进、创新的5G网络 5G频率使用预测 中国会考虑低频段热点，满足室内室外的部分容量需求 2016-09-18 14 5G需求与场景驱动构建新网络架构 Industry automation Work and play in the cloud Augmented reality Self Driving Car 高可靠和低时延通 信 FUTUR E IMT 3D video, UHD screens Gigabytes in a second Smart Home/Buildin g Smart City Voice 大连接机器类通 信 增强的移动宽带 接入平面，引入多站点协作、多 连接机制和多制式融合技术，构 建更灵活的接入网拓扑 控制平面，基于可重构的集中的网络控制 功能，提供按需的接入、移动性和会话管 理，支持精细化资源管控和全面能力开放 转发平面具备分布式的数据转发和 处理能力，提供更动态的锚点设置 ，以及更丰富的业务链处理能力 5G演进影响分析 网络架构发展变化满足智能化、可重构、按需切片需求 增加集中节点实现站间协同 各种小站型实现灵活部署和自组网 架构 组网 资源 配置 建设 模式 传输 影响 综合考虑，话务密集区相比4G初期，传输需求增加100倍以上 空口效率提升510倍，同带宽配置所需传输资源提升 5G引入更多新频率资源，传输能力需要提升 热点地区基站密度增大，高频段大带宽站点传输要求高 集中式处理，进一步增加协作区域内传输资源的消耗 利于节省传输资源的一些考虑： 本地分流和内容缓存：本地业务卸载、内容缓存应该可以节省 50% 左右的回传资源 协作处理，尽量限制协作范围，并按需启动合作 站址资源，原有制式资源利旧，新型小基站利于新站建设 频谱资源，现有频谱资源的整合，加入新增5G频段 资源利旧，多系统多制式资源协同利用 蜂窝网演进升级，形成5G基本网络框架（如Massive MIMO） 新频段建设热点，按需增加容量（小基站、毫米波等） 频率共享，设备共享，众包建设都成为可能 2016-09-18 15 BBU集中化部署，多站协作提升网络性能 D-RAN：目前宏站的分布式架构，通过站间光纤直连或自定义X2接口方式，实现站间CA和站间下行Comp。但是应用场 景比较受限，“站间光纤直连”仅适用于同机房的场景下，“X2接口”由于PTN网络的时延比较大，使得软件性能有影响 C-RAN：通过 “增加框间连接板”或“基带处理板接口”连接方案，实现BBU集中化，处理高效，软件性能无影响 干扰协调 功率控制 D-MIMO CoMP 站间CA 在无需支持双连接的情况下，由两个基站为同 一个UE提供数据传输服务，提高UE吞吐量， 提升用户感知，并通过调整UE在主辅载波的 数据量实现基站间的负载均衡，提升系统性能。 BBU集中化后，中心调度节点可周期性的收集信 息，触发集中处理，统筹分配协作资源，以此 获得全网最佳的协作效果。 通过周期性收集管辖范围内各基站上报的信 息，维护基站干扰关系矩阵，可以确定全局 最优的频率资源分配策略并指示给各个基站 ，进行本地用户级的资源调度和功率分配。 可达到最全面的干扰协调效果。 在BBU集中化的架构下，可以知道整 个网络的信息，有助于使用合适的功 控算法使网络工作于最优状态。 BBU集中化扩大了可处理的天线阵列 规模，叠加D-MIMO特性，通过集中 式的多用户调度、天线选择，联合预 编码传输，使得干扰大幅降低、网络 容量成倍提升。 BBU集中化，面向未来向5G发展，实现软件可定义的灵活网络架构，集 中式BBU池可以灵活实现虚拟小区、网络切片、边缘计算、U/C分离等 新功能，提升重点区域的网络能力与竞争力 30 方案1：彩光模块可用于降低光纤资源数量需求 应用方案：通过彩光模块+光复用器（ODM），实现将多种波长的光信号合并或者分解，并在一条光纤上传 输的作用。彩光模块在BBU侧和RRU，需要按照原定的拓扑结构对应关系采用相同规格（波长）的型号。光 复用器根据采用的技术和设计不同，分为无源光复用器和有源光复用器，有源光复用器具备光信号的放大整 形作用，更适合长距离（超过20km）的传输。 节省资源 兼容性强 传输距离远 造价低廉 易安装、易维护 彩光模块，波分复用技术方案器件，单根光纤上同时 承载多路光数据流，有效解决光纤资源问题。 目前可用于基站的彩光模块有2.5G和10G两种。 2016-09-18 16 软件定义的核心网 开放平台, 基于 SDN/NFV 的公衡划分 高层集中加 多种网络架构并存 传统 BBU+RRU , 分布式 picoRRU 一体化Smallcell 新前传接口，物理层 或层二前置 RRU BBU S1/X2 Smallcell New Front Head CPRI Large scale antenna RF PHY L2 L3 CPRI Local RRM/SON CPRI antenna RF CPRI Switch pRRU PHY antenna RF L2 L3 Local RRM/SON PHY antenna RF L2 PHY antenna RF Centralized L3+ Centralized RRM/SON Edge vEPC NFV app L2? SDN/NFV vEPCvGW CDN SW ASIC L1 Head antenna SeGW Edge cloud Core cloud Internet App 方案2：新网络架构 D F E P H Y L 2 L 3 R F RRU A n t R R M / S O N BBU S1/X2 Integrated BS New Fronthead Centrialized L3+ CP RI CP RI D F E R F A n t Antenna 基站架构 2016-09-18 17 天线形态发展 平板天线8天线双极化智能天线有源天线 室内双极化吸顶天线多维天线大规模天线 大规模天线技术有效解决高层覆盖 在覆盖高层建筑时，往往只能覆盖到部分楼层，高层覆盖存在难点 通过在有源天线引入水平阵子和垂直阵子，可以在水平波束赋形的基础上，进行垂直波束赋 形，这种技术称为3D MIMO。 在3D MIMO技术下，可以分裂出指向不同楼层位置的波瓣，在减少了天面建设需求的同时， 也通过多个并行数据流传输，提高了频率利用效率。 3D MIMO有利于： 在密集的城市环境中对不同楼层 的室内覆盖 降低对邻小区干扰 实现小区内多用户干扰协调 2016-09-18 18 大规模天线对规划的影响 网络架构 大规模天线不改 变基础的网络架 构 站址可重用 每个基站的容量 和覆盖灵活性提 升 规划优化 垂直赋形能力， 覆盖仿真 干扰抑制能力， 干扰仿真 容量规划 广播波束选择 虚拟小区分裂 工程 站址选择：大规 模天线用于宏蜂 窝，或高层楼宇 穿透覆盖 体积重量较大， 对施工有影响 供电：功率较大 传输：数倍带宽 36 宏+微实现深度覆盖 一层宏站：解决室外及室内浅层覆盖 TDRU348FA 85A30 TDRU358DTDRU348D 二层微站：室外补盲补热及室内深度覆盖 三层室分及皮站：解决室内深度覆盖 六扇区：360度全覆盖，软件升级提升网络深度覆盖 能力，增加接入用户数 1、完善产品序列满足FD宏覆盖需求 2、新产品新技术进一步挖掘现网潜能 EBS5236DmTDRU352D 1、室外微站可挂墙、灯杆安装，满足四期建设精确覆盖的需求 pRU352fBS3221 1、传统室内基站+室内分布系统解决重要场景室内覆盖 2、室内新型皮站无需布放室分系统，快速建网 TDRU342E TDRU341F AE 16T16R 增大网络覆盖 mTDRU342D 产品设计需易于安装、美化、扩容，便于快速建网，满足业务发展需求 2016-09-18 19 云化评估方法 综合指数评估 收集近36个月投诉数据、小区高干扰、弱覆 盖、无线接通率等相关指标进行统计分析并发 现可能存在的问题。 深度覆 盖评估 仿真评估 利用规划工具，对网络整体情况进行仿真评估，分析 发现深度弱覆盖区域，进行站址规划，并评估新建站 给网络带来的变化 MR数据评估 利用大唐MORPHO智能平台，基于MR数据自动 准确识别深度弱覆盖区域，并提供站点建设建议 优化评估 道路：使用Outum自动测试工具 小区内：使用CoolTest手机APP测试工具，操作简单，携 带方便，可深入楼宇采集定位问题 CoolTest测试数据和Outum道路测试可共同导入分析，定 位深度覆盖问题 新建评估 针对网络问题区域，输出新建站点建议并仿真评估 弱覆盖评估 直观显示弱覆盖区域位置 站点建设类型以及站点价值评估 按优先级给予高价值热点弱覆盖区 域建站建议 一 键 输 出 建 站 点 业务实时查看网络参数显示通用测试室分测试 通用测试数据分析界面 信令分析界面 现网评估 仿真评估现网RSRP覆盖发现深度弱覆盖区域 高频段传输 高频段通信是5G新空口满足10Gbps峰值速率和10Tbps/km2 吞吐量的最有效技术。 5959-64647171-76768181-86869292-100100 5959100100 4040.555959 4040.55-4242.334747.22-4848.44-5050.225050.44-5252.66 2424.6565-2727-2929.553131.88-3333.44 20204040.55 55.9259252020 55.925925-77.1451451010-1010.661212.7575-1313.25251414.33-1515.3535 高高 优优 先先 级级 中中 优优 先先 级级 频率单位：GHz 4747 潜在频谱 组网方式 Blind spotBlind spot Corner case LOS area1 NLOS area1 F_low F_high interference 毫米波规划问题 传播模型 穿透能力 直射/非直射性能 室内 or 室外 无成熟规划工具 2016-09-18 20 5G工建整体策略探讨 网络架构设计 集中式/分布式 数据中心为核心的 网络，本地分流、 边缘计算 传输架构与带宽 有线无线结合 施工 站址 宏站 小站站址储备，灯 杆等 供电，新能源？ 铁塔公司界面？ 建设模式 运营商建设基础网 络 小基站众包？ 共享模式？ 目录 二、 5G系统核心能力指标 四、 5G系统先进无线技术 一、 5G系统标准发展概述 五、 5G系统新型网络架构 三、 5G系统网络建设挑战 六、 5G系统关键网络技术 交流答疑 交流答疑 采用收集小纸条 的方式，将学员 问题汇总给讲师。 讲师选择较为集 中的问题进行回 答。 约0.5个小时。 2016-09-18 21 目录 二、 5G系统核心能力指标 四、 5G系统先进无线技术 一、 5G系统标准发展概述 五、 5G系统新型网络架构 三、 5G系统网络建设挑战 六、 5G系统关键网络技术 交流答疑 交流答疑 5G无线技术概述 大规模天线技术 5G新型多址技术 5G密集组网技术 5G新型双工技术 5G密集组网技术 5G网络高频技术 5G调制编码技术 需求推动移动通信技术持续演进 移动通信技术具有代际演进的规律 -全球移动通信经过1G、2G和3G三个发展阶段，正从3G向4G演进 -当前各国正在积极推进5G技术研究 1980s1990s2000s2010 短信社交应用在线、互动、游戏语音 移动互联网和物联网为5G发展提供广阔发展空间 -预计2010年到2020年全球移动数据流量增长将超过200倍，我国将增长300倍以上 -预计到2020年，全球移动终端数量将超过100亿，其中我国将超过20亿 - 预计到2020年全球物联网设备连接数为500亿，其中我国将超过100亿 虚拟现实、 “零”时延感知 2020 有好强爽悦 2016-09-18 22 GPRS/EDG E 峰值速率(UL:DL) 0.47/0.47Mbps 3GPP阵营(GSM) WCDMA 峰值速率 5.76/14.4Mbps HSPA TD- SCDMA 峰值速率 0.55/1.68Mbps TD-HSPA EV-DO Rel.0 峰值速率：1.8/3.1Mbps D0 Rel .A CDMA 2000 1x 3GPP2阵营(CDMA) LTE FDD 峰值速率 (20MHz) 50M/150Mbps LTE TDD 峰值速率 (20MHz) 10M/110Mbps LTE-A 峰值速率 500M1Gbps Mobile WiMAX 802.16e 峰值速率 75Mbps Mobile WiMAX 802.16m 峰值速率 500M1Gbps WiMAX阵营 TDMACDMAOFDMA 2G3G3.9G4G 移动通信技术演进完成时：4G 移动通信技术演进进行时：4.5G 接入技术：SOMA（半正交频分多址） 将小区中心用户和边缘用户分配在同一个时频资源块上， 通过功率资源（两用户功率相差较大场景）对两用户进行 区分，从而提高资源利用率，获得更高吞吐量。 中心 用户 边缘 用户 OFDMA 边缘用户 SOMA 中心用户 分配1/5功率 分配4/5 功率 频率频率 功率功率 调制技术：256QAM（256阶正交振幅调制） 相对4G的64QAM承载6bit，采用256QAM可承载8bit，同 样的时频资源块上能容纳更多数据，提升了空口吞吐量。 256QAM64QAM 多天线技术：Massive MIMO（ 3D BF、8T8R以上 MIMO ）、Massive CA（ 8载波以上） 8载波以上载波聚合 4T4RMIMO 8T8R以上MIMO Massive MIMO 物联网技术：LTE-M LTE-M是为满足运营商开拓物联网需要提出新的一种蜂窝网络技术， 采用窄带技术（带宽从4G的180kHz降低到下行15kHz、上行5kHz ） 相对4G覆盖提升200倍（功率谱密度提升36倍，最大64个TTI Bundling提升5.5倍），单小区支持110万连接数（LTE-M的RB数 提高36倍）。 3D BF通过水平、 垂直两维波束赋形 提供最大32。4G只 有水平维度的波束 赋形，最大8流 Massive CA 3D BF 水平 方向 波束 水 平 方 向 波 束 垂直 方向 波束 2016-09-18 23 移动通信技术演进将来时：5G 移动通信技术演进： 愿景 4G4.5G5G 人与人互联物联网万物互联 高清视频、简单物联 网、车联网 4k超高清视频、物联 网、车联网 全息视频、虚拟现实、自 动驾驶、物联网、车联网、 智能家居、穿戴式设备 2016-09-18 24 5G的主要驱动力 5G业务与应用面临的挑战 增大带宽提升SINR增强覆盖增加频效 超密集组网 D2D M2M 新多址技术 大规模天线 新双工模式 频谱拓展 频谱共享 大规模聚合 绿色通道 干扰管理 2016-09-18 25 中国5G之花 5G场景与技术需求 用户体验速率100Mbps 空口时延：1ms 端到端时延：ms级 可靠性：接近100% 用户体验速率1Gbps 用户峰值速率数十Gbps 流量密度数十Tbps/km2 低功耗/低成本/广覆盖 海量连接（1e6-1e7/km2） 2016-09-18 26 挑战 频谱 资源 信道 功率 干扰 器件 无缝 接入 5G发展技术需求 多频段、多 接入模式、 小的覆盖半 径给网络技 术带来挑战 新型通信技 术和高频段 开发给半导 体技术带来 挑战 海量设备带来的 能耗增加为绿色 通信的要求带来 挑战 信道在高速移动 条件下的恶化和 高频段信道的开 发为高传输速率 技术带来挑战 有限的频谱资源一直以来 制约着无线通信系统性能 提升 小区密集化以及移动设备的 增加导致的干扰制约网络容 量增长和传输速率增加 5G：颠覆性技术在哪里？ 需要技术和策略 突破 5G：解 决三个主 要问题？ 容量不足 能耗高 提升用户体验 频谱利用 无线接入 无线传输 无线组网 业务与终端 产生颠覆 性技术的 五个方向 2016-09-18 27 解决思路 更多频谱10 新频段技术 异构协同10 无线网络架构革新 蜂窝WLAN 广播卫星新频段 互联网 异构协同：建立高效、开放、可扩 展、可信、智能的无线网络体制 需要技术 和体制的 革新 高效协作 用户新技术 新频谱 新体制 更高频谱效率 10 无线传输和接入 5G无线技术路线 2016-09-18 28 5G空口关键技术演进 类型细类4G4.5G5G 容量 接入技术OFDMASOMA（半正交频分多址） GMFDM（通用多载波频 分多址） 双工方式半双工半双工全双工（同时同频收发） 调制64QAM256QAM256QAM 带宽20M20M100M及其以上（高频段） CA4CC U-LTE Massive CA: 8CC及其以 上，包括T+F CA Massive CA MIMO2*2 MIMO、4*4 MIMO Massive MIMO: 8T8R及 其以上 Massive MIMO：64T64R 及其以上 时延降低时延1ms TTIShorter TTI（0.5ms）0.1ms TTI 连接数 更多连接 数 固定15kHz子载波 Narrow Band-M2M （LTE-M） D2D（LTE-D） 可变带宽子载波 架构网络架构扁平化IP化网络架构Cloud EPCNFV、SDN 5G主要无线技术特征 2016-09-18 29 技术原理 当基站侧天线数远大于用户天线数时，基 站到各个用户的信道将趋于正交。 用户间干扰将趋于消失，而巨大的阵列增 益将能够有效地提升每个用户的信噪比， 从而能够在相同的时频资源共同调度更多 用户。 功能和优势 若基站配置400根天线，在20MHz带宽的 同频复用TDD系统中，每小区用MU- MIMO方式服务42个用户时，即使小区间 无协作，且接收/发送只采用简单的 MRC/MRT时，每个小区的平均容量也可 高达1800Mbps。 应用场景 城区宏覆盖、高层建筑、室内外热点、郊 区、无线回传链路 技术方案 面向异构和密集组网的massive MIMO网络构架与组网方案 Massive MIMO物理层关键技术 大规模有源阵列天线技术 大规模天线与高频段的结合 5G无线关键技术（1）-大规模天线技术（1/5） 5G无线关键技术（1）-大规模天线技术（2/5） 4G：3GPP LTE-A标准 4G：3GPP LTE标准 5G 3G：WCDMA HSPA+标准 大规模天线：基站使用大规模天线 阵列（几十甚至上百根天线） 支持SISO，22MIMO， 44MIMO。下行峰值速率 100Mb/s。 支持22MIMO，下行峰值速率 42Mb/s 最多支持88MIMO，下行峰值速率1Gb/s 3G：WCDMA HSPA标准 只能使用SISO，下行峰值速 率7.2Mb/s MIMO技术的演进 密集站点MIMOC-RAN分布MIMO 2016-09-18 30 何为大规模天线：大量天线为相对少的用户 提供同传服务 系统容 量 10倍 100 倍 能量效 率 发射能 量 1 大规模天线有效提高谱效率 系统容量和能量效率大幅度提升 上行和下行发射能量都将减少 用户间信道正交，干扰和噪声将被消除 信道的统计特性趋于稳定 优势 信道状态信息获取（导频污染问题） 信道测量与建模（不同场景信道） 发射机和接收机设计（降低复杂度） 天线单元及阵列设计（低能耗天线） 挑战 大规模天线被公认为5G关键技术之一 5G无线关键技术（1）-大规模天线技术（3/5） 大规模天线应用场景：中心式天线系统 适用于宏蜂窝小区，中心基站使用大规模天线 微小区为大部分用户提供服务，而大规模天线基站为微小区范围外的用户提供服务， 同时对微小区进行控制和调度 5G无线关键技术（1）-大规模天线技术（4/5） 2016-09-18 31 大规模天线应用场景：分布式天线系统 多根天线分布在区域内联合处理(C-RAN) 适用于高用户密度或者室内场景 5G无线关键技术（1）-大规模天线技术（5/5） 5G网络大规模MIMO工程 2016-09-18 32 基于PAS的维度扩展？ Conventional BTS Remote Radio Head 选址、射频线缆布置、维护成本 RRH结构同样需要考虑上述问题 5G网络大规模MIMO工程 5G网络大规模MIMO工程 Active Antenna System (AAS) 更多的基带可控通道，维度扩展成为可能 2D AAS阵列中的水平/垂直基带可控通道 UE-specific 3D-MIMO 垂直扇区化 灵活的 RET 多RAT独立tilt调整 降低功率损耗，更高的最大发射功率 顺应C-RAN趋势：云计算+AAS 降低维护成本 2016-09-18 33 技术原理 PDMA图样分割多址接入（Pattern Division Multiple Acess）是一种基 于多用户通信系统整体优化的新型 非正交多址接入技术，通过发送端 和接收端的联合设计，在发送端采 用功率/空间/编码等多种信号域的单 独或者联合非正交特征图样区分用 户，在接收端采用SIC方式实现准最 优多用户检测。 主要功能和优势 对于大容量持续业务信道，使系统 整体频谱效率提升1-2倍；对于大容 量随机突发业务，缩短数据包传输 时延并提升用户接入体验。 技术方案 发射端图样设计 导频设计 与MIMO结合 低复杂度检测算法 DecDec SICSIC检测检测 u u3 3 DecDec SICSIC检测检测 u u1 1 u u1 1 u u2 2 u u2 2 u u4 4 u u4 4 u u3 3 功率域功率域 空域空域 码域码域 用户用户u u1 1和和u u2 2的的 图样叠加图样叠加 用户用户u u3 3和和u u4 4 的图样叠加的图样叠加 P P1 1 P P2 2 码流码流1 1 码流码流2 2 码流码流3 3 + +- - + + - - 1,22,2ss1,42,4ss * 1,12,1ss * 1,32,3ss 1,52,5ss1,32,3ss1,12,1ss 1,1s1,2s1,4s * 1,1s * 1,3s 1,5s1,3s1,1s * 1,2s * 2,1s * 2,3s 2,5s2,3s * 2,2s 2,1s 2,1s2,2s 1,12,1ss * 1,22,2ss 发送端发送端 接收端接收端 5G无线关键技术（2）-非正交多址接入技术（1/4） 应用场景 宏蜂窝及宏微蜂窝异构网络 分布式多天线或密集小区 低时延高可靠等极端场景 图样分割多址接入 5G无线关键技术（2）-非正交多址接入技术（2/4） 1G 2G 3G4G 可规避用户间干扰 系统实现容易 优势 根据信息论，正交多址系统可达容 量次优 挑战 正交多址接入技术 已有通信标准都采用正交接入技术 2016-09-18 34 复杂度（Complexity）容量（Capacity） 非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access: NOMA) 两个用户同时占用所有 可用带宽 弱用户先解码强干扰， 消除干扰的影响，再解 码自己的消息。 可实现最优容量，并改 善弱用户可达速率 NOMA 5G无线关键技术（2）-非正交多址接入技术（3/4） F-OFDM波形技术：根据业务灵活配置 SCMA稀疏码本多址：多维调制、扩频 PDMA图样多址：功率域、空间域、码域 MUSA多用户多址：非线性SIC接收机 5G无线关键技术（2）-非正交多址接入技术（4/4） 2016-09-18 35 小基站根据上下行业务量灵活自适应 上下行信号对称统一消除上下行干扰 宏站管理、控制；小站业务、低功率 灵活双工全双工 自干扰抑制 空间域：天线位置、空间零陷波束、高隔离收发天线。 射频域：构建与接收自干扰信号幅相相反的对消信号。 数字域：残存线性与非线性自干扰进行重建消除。 TX RX 5G无线关键技术（3）-双工技术（1/5） 灵活双工技术 5G无线关键技术（3）-双工技术（2/5） 基本原理 随着在线视频业务的增加，以及社交网络的推广，未来移动流量呈现出多变特性：上下行业 务需求随时间、地点而变化等，目前通信系统采用相对固定的频谱资源分配将无法满足不同小 区变化的业务需求。 灵活双工能够根据上下行业务变化情况动态分配上下行资源，有效提高系统资源利用率。 应用场景 低功率节点的小基站 低功率的中继节点 2016-09-18 36 全双工通信技术 在现有基础上，理论上信道容量提升1倍 多天线对消方案 时分双工 上下行链路同频，分时 频分双工 上下行链路分频，同时 全双工 上下行链路同频，同时 目前国外已建立试验平 台，国内开展研究较少 5G无线关键技术（3）-双工技术（3/5） 5G无线关键技术（3）-双工技术（4/5） 需要解决的关键技术问题：设备 核心问题是本地设备自己发射的同时同 频信号（即自干扰）如何在本地接收机中进 行有效抑制。涉及的通信理论与工程技 术研究已在业界全面展开，目前形成了空域、 射频域、数字域联合的自干扰抑制技术路线， 20MHz带宽信号自干扰抑制能力超过了 115dB。 空域自干扰抑制主要依靠天线位置优化、 空间零陷波束、高隔离度收发天线等技术手 段实现空间自干扰的辐射隔离； 射频域自干扰抑制的核心思想是构建与接 收自干扰信号幅相相反的对消信号，在射频 模拟域完成抵消，达到抑制效果； 数字域自干扰抑制针对残余的线性和非线 性自干扰进一步进行重建消除。 2016-09-18 37 5G无线关键技术（3）-双工技术（5/5） 需要解决的关键技术问题：组网 同时同频全双工释放了收发控制的自由度，改变了网络频谱使用的传统模式，将会带来 用户的多址方式、无线资源管理等技术的革新，需要与之匹配高效的网络体系架构。 业界普遍关注和已经初步研究的方向包括： 全双工基站与半双工终端混合组网的架构设计 终端互干扰协调策略 全双工网络资源管理 全双工LTE的帧结构 仿真条件： 9对频点反向复用，将特定空间划分成9个区域，并为每个区域分配了特定频率对。 仿真结果：随着用户数的增加，频率被反向复用的概率增加，全双工载波利用率相对半双工提升明显；在干扰容限 允许的条件下，空间大粒度区域划分更有利于全双工网络频谱效率的增加。 技术原理 增加单位面积内小基站的密度，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、改善网络覆盖、提高系统容量。 功能和优势 满足热点地区500-1000倍的流量增长的需求 （几十Tbps/k, 1百万连接/k ，1Gbps用户 体验速率） 应用场景 密集街区、密集住宅、办公室、公寓、大型集 会、体育场、购物中心、地铁 技术方案 5G高密度小区的网络架构 干扰管理 移动性管理 连接管理 多层，多RAT融合组网 节能 SON 现代办公 大型露天集会地铁 密集商业区 5G无线关键技术（4）-超密集组网（1/5） 2016-09-18 38 超密集组网UDN场景 5G无线关键技术（4）-超密集组网（2/5） 超密集组网关键技术 干扰抑制与管理移动性管理联合传输与反馈 5G无线关键技术（4）-超密集组网（3/5） 2016-09-18 39 信息密度非均匀新组网架构面临的主要问题 距离 业务量 容量 覆盖 宏蜂窝 微小区WLAN 60GHz 宏蜂窝 微小区 WLAN 60GHz 3G 4G 新频谱 微小区 WLAN 60G Hz 宏蜂窝 信息密度非均匀下的异 构无线组网新技术 问题1:异构无线网络如何协同工作 问题2:复杂环境下信道如何建模 问题3:异构非均匀业务需求环境下如何高效传输 5G无线关键技术（4）-超密集组网（4/5） 多系统 多分层 多小区 多载波 + 3.5GHz 2.6GHz 2.1GHz 1.9GHz 1.8GHz 室内热点密集城区近郊&郊区 宏站 宏站 LTE-HI LTE-HI 900MHz 800MHz 农村、山区 精细化覆盖是5G的重要发展方向 5G无线关键技术（4）-超密集组网（5/5） 2016-09-18 40 难点一 精准定位困难 难点二 场景多而复杂 难点三 入场难 成本高 5G深度覆盖建设难点思考 准确定位深度覆盖区域 对于弱覆盖，热点及信号盲区等深度覆盖区域精确分析定位 充分利用既有站址进行建设，针对覆盖场景合理选择器件及产品 优先信号覆盖建设 多系统融合的室分建设是深度覆盖的优先选择，增加多通道建设提升用户感知 室外宏微站信号分布式联合组网也可有效解决部分场景下的深度覆盖问题 采用分层组网 Macro/Micro/Pico/Femto分层组网解决热点区域的不同需求，兼顾补热补盲 合理设置分层网络的分流参数，平衡负载及用户感知 新型设备及特性补充覆盖 微站、一体化基站、NanoCell、Relay等新型组网形式灵活补充覆盖 不同应用场景下的开启网络优化的特性功能，降低干扰提升感知 5G深度覆盖综合化解决方案 基于网络结构分析、室分强化、分层组网、新设备补充四个维度解决5G深度覆盖问题 2016-09-18 41 深度覆盖产品 具体场景深度覆盖 点线 高速场景深度覆盖 面 综合场景深度覆盖 基础网络覆盖室外深度覆盖室内深度覆盖 宏站BBU+分布式RRU BBU+RRU/深度覆盖产品 5G网络深度覆盖解决方案 宏站作为基本覆盖层，结合室外+室内深度覆盖实现点线面形式的立体化无缝5G网络覆盖 点线面 分布式皮站适用于大面积高容量室分覆盖 机场等交通枢纽大型商城 大型场馆高档酒店 场景共性： 人流密集，补盲与补 热必须兼顾 高端用户集中，用户 体验的需求突出 物业协调难度大，对 外观和隐蔽性要求高 5G网络深度覆盖解决方案 2016-09-18 42 5G网络室内覆盖解决方案 移动网络经过多年发展，目前对道路、普通楼宇的覆盖效果已经较为理想。但随 着城市的高速发展，高层楼宇的室内覆盖问题日益突出，5G将面临严峻挑战。 “超高” 盲区 “密集” 阴影 在传统的组网方式中，城市地区 基站天线高度一般在30m左右， 而高层建筑高度往往在60m以上 由于高层楼宇的密集分布，对信号 的相互阻挡增加的新的阴影区域， 造成部分楼宇侧面及底层信号较弱 难接通 质量差 无法上网 合理规划小区容量、充分考虑高容量保障场景的载频扩容及深度覆盖等需求 小基站局部热点补充 频段3频段1频段2 深度覆盖补热 载波聚合 小区分裂 MU-MIMO 负荷分担 5G重点场景深度覆盖解决方案 2016-09-18 43 技术原理 满足移动互联网和物联网的应用场景的扩 大所带来的对时延和可靠性的特殊要求。 主要功能和优势 端到端ms级用户面时延 真正永远在线体验: 10ms 控制面时延 可靠性高达99.999%以上 应用场景 实时云计算、增强现实、在线游戏、远程 医疗等 智能交通、智能电网、实时远程控制等 紧急通信 技术方案 新的网络架构 新的空口设计 高层信令过程设计 接入过程和方法设计 智能交通工业控制 紧急通信 RN RTT(0.1ms) PL(10-6) Unicast Relay Multicast TTI(20us) PL(10-3) 1. 随机接入 2. 同步，资 源分配 4. 连接建立 T1