5G网络建设与维护 课件 项目1-3 5G无线网络原理 -5G无线网络规划

项目1

5G无线网络原理人类对通信需求的不断提升和通信技术的突破创新，推动着移动通信系统的快速演进。5G不再只是从2G到3G再到4G的网络传输速率的提升，而是将“人-人”之间的通信扩展到“人-网-物”３个维度的万物互联，打造全移动和全连接的数字化社会。目标：掌握移动通信的发展与演进；掌握MassiveMIMO的定义与原理；了解5G物理层的知识；掌握5G网络的组网架构。1.1移动通信网络演进历程1.25G无线网络架构1.35G无线网络特征1.1移动通信网络演进历程移动通信的特点-可移动性▍什么是可移动性？它是移动通信区别于固定通信的根本特征，指用户在保持通信连接不中断的前提下，能够在广阔的地理区域内自由移动的能力。这种“无缝连接”的体验，不仅是用户对网络的基本诉求，更是现代移动通信网络架构设计的核心目标与技术基石。01切换(Handover/Handoff)当用户设备(UE)从一个基站（小区）的覆盖范围移动到另一个基站时，网络自动将通信链路从“源基站”平滑转移至“目标基站”的过程。它是保障用户在移动中通话、视频或数据业务不中断的关键技术，实现了“边走边聊”的连续体验。02漫游(Roaming)当用户离开归属网络(HPLMN)的覆盖区域，进入其他运营商的拜访网络(VPLMN)时，依然能接入网络并享受服务的能力。它打破了地域和网络的边界限制，实现了“一机在手，走遍全球”的跨网互联，是移动通信全球化服务的重要保障。1.1移动通信网络演进历程移动通信的特点-电波传播条件复杂看不见的信号旅程：无线信号并非直线传播，而是在建筑、地形、植被构成的复杂环境中穿梭。传播过程中会因反射、折射、绕射和遮挡产生强度、相位、时延的随机变化，形成了移动通信中“不确定性”的物理基础。▍四大核心传播效应：决定信号的“命运”01路径损耗信号强度随传输距离增加而自然衰减，是最基础的传播损耗，距离越远，衰减越显著。02阴影衰落受高楼、山体等大型障碍物遮挡，造成的“慢衰落”，导致局部区域信号强度整体偏低。03多径效应信号经多条反射路径到达终端，波形叠加引发“快衰落”和干扰，是影响信号质量的关键。04多普勒频移终端高速移动时，接收信号频率发生偏移，影响解调精度，在高铁、车联网场景尤为明显。1.1移动通信网络演进历程移动通信的特点-噪声和干扰严重01核心定义：无线环境的“信号污染”在开放的无线空间中，有用信号常被各类无用的噪声与干扰淹没。它们直接降低信噪比（SNR），导致数据传输速率下降、误码率飙升，严重时甚至会造成通信链路中断，是影响5G网络质量的核心挑战之一。02内部干扰：网络自身的“邻里矛盾”同频干扰：相邻小区复用相同频率导致的干扰，是蜂窝网络最主要的干扰源。

导频污染：多个基站的导频信号强度相近，终端无法准确锁定服务小区，降低信道估计精度。03外部干扰：环境中的“不速之客”杂散干扰：Wi-Fi、雷达、微波炉等其他电子设备的信号“窜入”5G接收频段。

互调干扰：多个强信号通过器件非线性特性，产生新的干扰频率分量，影响正常解调。1.1移动通信网络演进历程移动通信的特点-系统和网络结构复杂01多用户并发通信的资源博弈移动通信是典型的多用户共享系统，需通过FDMA、TDMA、CDMA等多址技术，解决成千上万个用户同时接入时的干扰问题。系统必须动态协调频率、时隙与码道资源，确保在有限的频谱带宽内，实现高并发、低干扰的稳定通信，这是网络设计的基础难点。02异构网络的无缝融合与互通移动通信网并非孤立存在，它需要与固定电话网（PSTN）、卫星通信网、互联网及各类专用网络实现物理与逻辑层面的深度互联。这不仅涉及硬件设备的对接，更包含信令协议的转换、数据格式的适配以及跨网业务的协同，形成了纵横交错的复杂网络拓扑结构。结构复杂性带来的技术挑战与价值这种复杂性要求网络具备极强的鲁棒性和扩展性。从接入网的基站协同，到核心网的路由调度，再到与外部网络的协议转换，每一层都需要精密设计。正是这种复杂的结构，支撑起了全球无缝覆盖、万物互联的通信愿景，成为数字经济时代的信息高速公路基石。1.1移动通信网络演进历程移动通信的特点-频谱利用率高且设备性能力好01频谱复用技术：资源效能最大化移动通信系统通过时分、频分或空分复用技术，让多个用户或小区在不同维度共享同一频谱资源。这一技术突破了频谱资源稀缺的瓶颈，大幅提升了单位频带内的用户接入量与数据传输效率，是支撑海量连接的核心技术手段。02环境适应性：全天候稳定运行无论是基站还是终端设备，均需在高温、高湿、沙尘、严寒等极端户外环境下保持稳定。工业级的硬件防护设计与智能温控技术，确保了通信设备在复杂气候与物理条件下持续可靠工作，保障网络服务的连续性。核心价值总结：频带利用率的提升直接决定了通信网络的容量上限，是降低运营成本、支撑业务增长的关键；而设备的高可靠性则是移动通信“随时随地、永不掉线”承诺的物理基础。二者结合，构建了移动通信网络高效、稳定、广覆盖的坚实底座，为移动互联网的普及与发展提供了不可或缺的技术保障。1.1移动通信网络演进历程移动通信系统的发展-1G

此时中国的通信服务，仍然是以固定电话系统的建设为主，各地大力发展固网建设，却还是难以满足广大人民群众安装电话的热情。

虽然此时国外已经开始建设移动通信网络系统，但是国内主流观点认为，移动通信系统耗资巨大，是发达国家的”洋玩具“，不适合我们国家的国情。直到1984年，一个关键人物做出了一个关键决定，改变了中国现代通信的历史，这个人就是时任广州市市长的叶选平。1.1移动通信网络演进历程移动通信系统的发展-2GGSM（GlobalSystemforMobileCommunications）；D-AMPS（Digital-AdvancedMobilePhoneService）；PDC（PersonalDigitalCellular）；基于CDMA技术的IS-95等。特点采用频分多址，时分多址及码分多址（CDMA技术）相结合的通信方式。改善了语音通话质量，提高了保密性，有效防止了并机盗打，而且为移动用户提供了无缝的国际漫游。为了适应数据业务的发展需要，在第二代技术中还诞生了2.5G、2.75G，也就是GSM系统的GPRS、EDGE和CDMA系统的IS-95B、1x等技术，提高了数据传送能力。1994年9月，广东省首先建成了GSM数字移动通信网，初期容量为5万户，于同年10月试运行。1996年，我国研制出自己的数字蜂窝系统全套样机，完成了接入公众网的运行试验，并逐步实现了产业化开发。1996年12月，广州建起我国第一个CDMA试验网。1997年10月，广州、上海、西安、北京4个城市通过了CDMA试验网漫游测试，同年11月，北京试验点向社会开放。1.1移动通信网络演进历程移动通信系统的发展-3G

第三代移动通信技术也就是IMT-2000（InternationalMobileTelecommunications-2000），也称为3G（3rd-Generation）。相比第二代移动通信系统，它能提供高的速率、更好的移动性和更丰富的多媒体综合业务。美国提出的cdma2000；欧洲提出的WCDMA；中国提出的TD-SCDMA。2001年3月由中国电信科学技术研究院与西门子合作提出的TD-SCDMA正式被接纳为第三代移动通信的标准。TD-SCDMA也是中国几千年以来通信行业第一个完整的国际技术标准。1.1移动通信网络演进历程移动通信系统的发展-4G

业界对新一代移动通信核心技术的界定则主要是指采用OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，即正交频分复用）调制技术的OFDMA多址技术。ITU在IMT-2000标准中要求，3G必须满足传输速率在移动状态144kbps、步行状态384kbps、室内2Mbps，而ITU的IMT-Advanced标准中则要求4G在使用100M信道带宽时，频谱利用率达10bps/Hz，理论传输速率达到1000Mbps。1.1移动通信网络演进历程移动通信系统的发展-4GLTE分为TDD（时分双工）和FDD（频分双工）两种双工方式，其中TDD双工方式更适用于非对称频谱。2010年10月的ITU-RWP5D会议上，LTE-Advanced技术和802.16m技术被确定为最终的IMT-Advanced阶段国际无线通信标准。

我国主导发展的TD-LTE-Advanced技术通过了所有国际评估组织的评估，被确定为IMT-Advanced国际无线通信标准之一。

截止2019年12月，全球791个运营商已经建立了LTE网络，其中有236个LTE-TDD(TD-LTE)networks，中国标准TD-LTE已经成为名副其实的国际标准。1.1移动通信网络演进历程移动通信系统的发展-5G2015年10月26日至30日，在瑞士日内瓦召开的2015无线电通信全会上，国际电联无线电通信部门(ITU-R)正式批准了三项有利于推进未来5G研究进程的决议，并正式确定了5G的法定名称是“IMT-2020”伴随着ITU5G计划的推出和实施，中国推进5G网络的步伐明显加速。中国5G技术研发试验在政府的领导下，依托国家科技重大专项，由IMT-2020（5G）推进组负责，正在积极实施。1.1移动通信网络演进历程移动通信系统的发展-5GITU对IMT2020愿景的描述Source:ITUR.M.[IMT.VISION]10Gbit/s1百万连接每平方公里1mseMBB（增强型MBB）uRLLC（超高可靠性与超低时延业务）mMTC（海量连接的物联网业务）IMT-2020vs.IMT-Advanced在关键性能指标上的对比3x1ms1Mdevices/km210Gbit/s100X峰值速率(Gbit/s)用户体验速率(100Mbit/s)频谱效率移动性(500km/h)时延连接数密度(设备/平方公里)区域流量能力(10Mbps/m2

)网络功耗效率IMT-AdvancedIMT-20201.1移动通信网络演进历程3GPP协议标准发展与演进ITUITU（InternationalTelecommunicationUnion），简称“国际电联”、“电联”或“ITU”。它是联合国的一个专门机构，也是联合国机构中历史最长的一个国际组织。1865年5月17日由法、德、俄、意、奥等20个欧洲国家的代表在巴黎签订《国际电报公约》宣告成立。随着电话与无线电的应用与发展，ITU的职权不断扩大。ITU负责主管信息通信技术事务的联合国机构，负责分配和管理全球无线电频谱与卫星轨道资源，制定全球电信标准，向发展中国家提供电信援助，促进全球电信发展。

2012年ITU无线通信部分（ITU-R)在5D工作组（WP5D)的领导下启动了“面向2020和未来IMT”的项目，提出5G移动通信空中接口的要求。WP5D制定了工作计划、时间表、流程和交付内容。需要强调的是WP5D暂时使用“IMT-2020”这一术语代表5G。根据时间表的要求，需要在2020年完成“IMT-2020技术规范”。1.1移动通信网络演进历程3GPP最初的工作范围是为第三代移动通信系统制定全球适用技术规范和技术报告。第三代移动通信系统基于的是发展的GSM核心网络和它们所支持的无线接入技术，主要是UMTS。随后3GPP的工作范围得到了改进，增加了对UTRA长期演进系统的研究和标准制定。3GPP3GPP协议标准发展与演进1.1移动通信网络演进历程3GPP协议标准发展与演进5G从3GPPRelease15开始LTE-APro20165G

NewRATRel-152017201820195GPhase1.15GPhase1.25GPhase2Rel-16Rel-14NRNSA（非独立RAT）NRSA（独立RAT）Full-IMT2020NR

NGCN和NRNAS定义，SA架构（eMBB/uRLLC）Full5G标准，mMTC能力定义；SoftAI/D2D/D-TDD/FlexibleDuplex增强能力定义

NSA定义，eMBBNumerology、帧结构NativeM-MIMO&波形NR业务目标eMBBuRLLCmMTC18年H2预期NSA终端面世19年H1预期SA终端面世011.1移动通信网络演进历程R17▍标准化里程碑：从功能定义到协议定稿01功能冻结·2022年3月锁定RedCap、NTN等关键技术的功能框架与特性集，完成技术方案的最终确认，为后续协议文本编写划定边界。02协议冻结·2022年6月完成3GPPR17全套协议文本的最终定稿与发布，标志着标准正式成熟，产业链启动芯片、终端及基站的产品研发。▍四大核心升级：拓展5G应用新边界RedCap(NR-Light)—轻量级物联网引擎专为中低速IoT设计，降低终端成本与功耗约50%，平衡速率与覆盖，是工业物联网与消费级IoT规模化部署的关键。NTN非地面网络—天地一体化覆盖首次将卫星作为5G官方接入网节点，突破地面基站的地理限制，实现海洋、荒漠等偏远区域的无缝连接。高精度定位—厘米级空间感知利用增强型参考信号与多天线算法，实现20-30厘米级定位精度，赋能自动驾驶、智慧仓储与精准导航。Sidelink侧链路—设备直连增强强化终端间直接通信能力，支持更高吞吐量与更低时延，助力V2X车路协同、公共安全应急通信与近场数据共享。031.1移动通信网络演进历程R18(5G-Advanced)▍2024年6月18日正式冻结——标志着5G从“规模建设”迈向“深度智能化与场景化”的关键升级，开启万物智联新时代。01.AI原生：网络智能化重构将AI/ML深度植入协议栈，实现网络的自配置、自优化与自愈愈。不再是外挂式应用，而是网络内生的“大脑”，大幅提升资源利用率与服务质量，为自动驾驶、工业控制提供低时延保障。02.ISAC：通信感知一体化革命性突破！同一套硬件同时实现无线通信与雷达感知功能。基站不仅能传数据，还能“看见”周围环境，赋能智慧交通（车路协同）、安防监控、智能家居等全新场景，实现“感知即服务”。03.NTN增强：天地一体化覆盖进一步优化非地面网络架构，实现卫星与地面5G网络的无缝融合。解决偏远地区、海洋、航空等传统网络覆盖盲区，提供高可靠的广域连接，是实现全球无缝通信的关键一步。04.侧链路扩展：免授权直连通信突破传统蜂窝网限制，支持在非授权频谱上实现设备间直接通信（D2D）。大幅降低时延与成本，广泛应用于工业自动化、无人机编队、应急救灾及车联网V2X等场景。1.1移动通信网络演进历程1.25G无线网络架构1.35G无线网络特征1.25G无线网络架构移动通信网络的拓扑结构📡接入网(AccessNetwork)用户侧的“快递站”，即基站系统。负责与手机等终端直接通信，是连接用户与网络的“最后一公里”，保障信号的接入与传输。🛣️承载网(TransportNetwork)连接基站与核心网的“高速公路”。负责海量数据的高速转发与传输，是保障网络通畅、低时延的关键通道。🧠核心网(CoreNetwork)整个网络的“调度指挥中心”。负责用户身份鉴权、移动性管理、会话控制及业务数据的智能路由与分发。1.25G无线网络架构基站的结构接入网包括无线接入和有线接入。在现代移动通信网络架构中，接入网是指无线接入网，它是离用户最近的子网。无线接入网通常指的是基站系统，它一般由基站设备和天馈系统组成BBU(BuildingBasebandUnit）基带单元：主要负责信号调制RRU(RemoteRadioUnit）射频拉远单元：主要负责射频处理馈线：连接RRU和天线天线：主要负责线缆上导行波和空气中空间波之间的转换1.25G无线网络架构5G组网架构01非独立组网(NSA)—过渡式部署方案核心逻辑：锚定4G核心网(EPC)与基站，5G仅作为“高速数据通道”，信令控制仍依赖4G网络。核心优势：复用现有4G基础设施，部署速度快、成本低，能快速实现5G的广覆盖与体验升级。典型架构：Option3x（当前主流），主要面向增强型移动宽带(eMBB)场景。02独立组网(SA)—5G终极目标架构核心逻辑：基于全新的5G核心网(5GC)，基站独立运行，彻底摆脱对4G网络的依赖，重构端到端架构。核心优势：支持网络切片、超低时延(uRLLC)与海量连接(mMTC)，是赋能工业互联网等垂直行业的关键。典型架构：Option2，是实现5G万物互联愿景与商业价值的必经之路。1.25G无线网络架构5G组网架构选项-Option2

该架构很简单，就是5G基站连接5G核心网，这是5G网络架构的终极形态，简单的代价就是，要建成这样一张5G网络，需要新建大量的基站和核心网，代价不菲。想想看，光中国移动就有将近230万个4G站点，要是再同样大的一张5G网络得花多少钱？1.25G无线网络架构5G组网架构选项-Option3术语解释:双连接：顾名思义,就是手机能同时跟4G和5G都进行通信,能同时下载数据、一般情况下,会有一个主连接和从连接；控制面锚点：双连接中的负责控制面的基站就叫做控制面锚点；分流控制点：用户的数据需要分到双连接的两条路径上独立传送，这个分流的位置就叫分流控制点。非独立组网要比独立组网复杂得多,这也是省钱所必须要付出的代价。1.25G无线网络架构5G组网架构选项-Option3

该系列的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部署初期，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。3系列分为3,3a和3x这3个选项，关键在于数据分流控制点的不同。

从图中可以看出,选项3的数据分流控制点在4G基站上,也就是说,4G不但要负责控制管理,还要负责把从核心网下来的数据分为两路,一路自已发给手机,另一路分流到5G去发给手机。4G基站必须要软件升级才能其备这样的能力。1.25G无线网络架构5G组网架构选项-Option33a做了一些改进，把数据分流控制点放在4G核心网上，由核心网向4G和5G基站分发用户面数据。虽说这样要比选项3好得多，但4G核心网也要来个大的升级才行。1.25G无线网络架构5G组网架构选项-Option3优势1.标准化完成时间最早，有利于市场宣传；2.对5G的覆盖没有要求，支持双连接来进行分流，用户体验好；3.网络改动小，建网速度快，投资相对少劣势1.5G基站跟现有4G基站必须搭配干活，需要来自同一个厂商，灵活性低。2无法支持5G核心网引入的相关新功能和新业务。适用场景：5G商用初期热点覆盖，能够实现5G快速商用，推荐适用选项3X3GPP还定义了Option1、4、5、6、7等类型的5G组网架构，但是一般无运营商大规模采用。1.25G无线网络架构5G网络架构及网络接口从宏观上5G网络架构可分为5G核心网(NGC)和无线接入网(NG-RAN)两大部分。AMF·接入与移动性管理定位：5G核心网的“门卫”与“交通警察”，掌控用户接入的第一道关卡与移动秩序。01接入鉴权：负责终端身份核验、安全认证与接入授权，筑牢网络安全防线。02移动性管理：实时追踪终端位置，管控基站间切换，保障通信不中断。03信令枢纽：处理所有控制面信令交互，协调核心网与基站的指令传达。SMF·会话管理功能定位：5G核心网的“会话管家”，全权负责数据连接的建立、维护与资源调度。01会话全控：建立、修改和释放PDU会话，打通用户数据传输的核心通道。02地址分配：动态分配IP地址与DNS配置，实现终端的网络身份标识。03QoS保障：精准调度网络资源，为高清视频、云游戏等业务保障服务质量。1.25G无线网络架构5G网络架构及网络接口从宏观上5G网络架构可分为5G核心网(NGC)和无线接入网(NG-RAN)两大部分。UPF(UserPlaneFunction)——5G核心网的“数据搬运工”01数据路由与转发：作为用户面数据的核心枢纽，负责终端与外部数据网络（如互联网）之间的数据包高速转发，是承载视频、下载、IoT等所有业务数据流的“传输大动脉”。02流量管控与计费：实时统计用户数据用量，为运营商计费系统提供精准依据；同时支持流量整形、QoS流映射与速率限制，保障高优先级业务（如通话、直播）的体验。AUSF·鉴权服务器功能专注于用户身份的安全校验，存储并管理鉴权密钥与安全参数。在终端接入网络时执行双向鉴权，防止非法设备接入，是保障5G网络接入安全的第一道防线。PCF·策略与计费控制充当网络的“策略大脑”，基于用户套餐、业务需求和网络负载，动态制定QoS策略（如速率保障）与计费规则，实现差异化服务管理，平衡资源利用与用户体验。UDM·统一数据管理5G核心网的“用户数据中枢”，集中存储用户签约信息（套餐权限、业务开通状态）与身份标识。为全网元提供数据查询与同步服务，确保业务开通与鉴权的准确性。1.25G无线网络架构5G网络架构及网络接口从宏观上5G网络架构可分为5G核心网(NGC)和无线接入网(NG-RAN)两大部分。01服务化架构(SBA)核心理念：将传统一体化的网络节点，拆解为一系列独立、可互操作的“网络功能服务”，实现控制面与用户面的彻底解耦。形象比喻：如同“乐高积木”，每个功能模块独立存在，可按需灵活组合、替换或升级，不再受限于硬件整机的迭代周期。核心优势：架构开放灵活，支持快速引入第三方应用；部署升级高效，大幅降低运维成本，加速新业务上线。02云原生设计(Cloud-Native)核心理念：5G核心网深度融合云计算技术，基于通用硬件构建，充分利用虚拟化、分布式架构的优势，实现资源的池化管理。关键技术：采用容器化部署与微服务架构，结合编排技术实现网络功能的弹性伸缩，根据流量负载自动调度计算资源。核心价值：资源利用率最大化，从容应对突发流量高峰（如演唱会、节假日）；支持业务快速部署与弹性扩缩容。1.1移动通信网络演进历程1.25G无线网络架构1.35G无线网络特征1.35G无线网络特征5G移动性管理通过合理的功率分配，可以实现一定的小区覆盖。但是用户在移动过程中，超出小区的合理覆盖范围时，就需要考虑切换覆盖。移动性管理是移动网络下的一项基本功能，主要用于保证手机能够在移动的情况下享受无中断的业务服务。5G的移动性管理根据网络架构的不同可以分为以下2种（1）NSA场景移动性管理此场景主要为主辅小区

（PrimarySecondaryCell，PSCell）变更。根据目标小区与源小区是否同站，分为站内PSCell变更和站间PSCell变更。（2）SA场景移动性管理根据UE的状态可以分为连接态的移动性管理、Inactive态和空闲态的移动性管理。对于连接态移动性管理，根据执行的流程可以分为切换和重定向；对于Inactive态和空闲态的移动性管理，称为小区重选。1.35G无线网络特征NSA场景移动性管理NSA组网时EN-DC场景是指：主站为LTE基站，即MastereNodeB（简称MeNB）；辅站为5G基站，即SecondarygNodeB（简称SgNB）。NR的所有信令通过eNodeB下发。gNodeB的测量控制模块产生的测量控制消息通过X2口传递给eNodeB，由eNodeB下发给UE。UE将测量结果上报给eNodeB，eNodeB通过X2口将测量报告传递给gNodeB进行PSCell变更流程。1.35G无线网络特征NSA场景移动性管理NSA场景下，当终端从一个NR小区移动到另一个NR小区时，为了保证业务的连续性，触发UE进行PSCell变更1.35G无线网络特征NSA场景移动性管理-PSCell变更1.35G无线网络特征SA场景移动性管理连接态移动性管理通常简称为切换，它是指对于在小区间移动的同步态的RRC连接态的UE，为了保障移动过程中的UE能够持续的接受网络服务，gNodeB对UE的空口状态保持监控，判断是否需要变更服务小区的过程。基于连续覆盖网络，当UE移动到小区覆盖边缘时，服务小区信号质量变差，邻区信号质量变好时，则触发基于覆盖的切换，有效地防止了由于小区的信号质量变差而造成的掉话，如下图所示。基于覆盖的切换示意图1.35G无线网络特征RRC状态模型图示为5GNRRRC状态转换机制。RRC_INACTIVE作为5G新增的核心状态，在基站侧保留上下文，实现了从“休眠”到“唤醒”的毫秒级快速切换，是平衡功耗与速率的关键设计。01RRC_IDLE（空闲状态）UE已完成网络注册，但基站与核心网均不保留用户上下文。此状态下终端功耗最低，适合待机场景，但因需重建信令连接，业务接入延迟相对较长。02RRC_CONNECTED（连接状态）UE与基站建立活跃信令连接，支持高速率、低时延的数据传输，是语音与数据业务的承载状态。由于需维持持续连接，此状态下终端功耗最高。03RRC_INACTIVE（非激活状态·5G核心创新）介于空闲与连接之间的轻量化状态。基站保留UE上下文但释放核心网连接，实现了<100ms的快速业务恢复，完美平衡了终端低功耗与业务低时延的需求。1.35G无线网络特征MassiveMIMO大规模天线（MassiveMIMO）技术天线阵子数是影响MassiveMIMO性能的关键，阵子数越多，波束越窄，能力就越集中。在大规模MIMO系统中，基站配置大量的天线数目通常有几十、几百甚至几千根，高于现有MIMO系统天线数目的1~2个数量级以上1.35G无线网络特征5G物理层-时域资源1.35G无线网络特征5G物理层-时域资源一个无线帧长度为10ms；每个无线帧由10个长度为1ms的子帧构成；1.35G无线网络特征5G物理层-频域资源NR的频域资源包括了RG、RE、RB、REG、CCE、RBG：（1）RG:ResourceGrid，PHY层资源组，上下行分别定义(每个Numerology都有对应的RG定义)。时域：1个子帧。频域：传输带宽内可用RB资源。（2）RE：ResourceElement，PHY层资源的最小粒度。时域：1个OFDM符号。频域：1个子载波。（3）RB：ResourceBlock，数据信道资源分配基本调度单位，用于资源分配type1。频域：12个连续子载波。1.35G无线网络特征5G物理层-频域资源NR的频域资源包括了RG、RE、RB、REG、CCE、RBG等。（4）RBG：ResourceBlockGroup，数据信道资源分配基本调度单位，用于资源分配type0，降低控制信道开销。频域：{2，4，8，16}个RB。（5）REG：ResourceElementGroup，控制信道资源分配基本组成单位。时域：1个OFDM符号。频域：12个子载波(1PRB)。（6）CCE：ControlChannelElement，控制信道资源分配基本调度单位。频域：1CCE=6REG=6PRB。CCE聚合等级：分为1、2、4、8、161.35G无线网络特征5G物理层-频域资源资源单元(RE)对于每一个天线端口p，一个OFDM符号上的一个子载波（子载波间隔配置μ对应的子载波间隔为2μ*15KHz）对应的一个单元叫做资源单元；资源块(RB)一个时隙中，频域上连续的12个RE为一个资源块；1.35G无线网络特征5G的信道-信道映射（下行）1.35G无线网络特征5G的信道-信道映射（上行）本章先介绍了通信的整体发展历史，再讲解了移动通信系统从第一代向第五代演进的过程，接下来讲解了5G网络的整体架构，包括无线接入网、承载网和核心网；最后对5G无线接入网的物理层进行了较为详细的讲解。通过本章的学习，读者应该熟悉移动通信网络发展历程，并对5G网络整体架构有一定的了解。项目2

5G无线网络产品结构5G网络继承了4G网络架构并有所发展演进，基站模块及功能上也与4G相似。通过对5G网络产品结构的进一步了解，能够把握移动通信网络产品的发展历程，了解各个功能模块的作用和安装方法，为今后的学习和工作打下基础。目标：了解华为BBU5900的硬件结构及主要技术特性；理解RRU/AAU等设备的结构及主要技术特性；掌握5G无线站点设备的典型配置；掌握5G无线基站组成；掌握5G无线基站各模块的主要技术指标。2.15G基站产品概述2.25G基站模块介绍2.35G基站设备典型配置2.15G基站产品概述截至2025年9月中国5G基站建设累计已超过470万个，已全面覆盖所有地级市城区和县城城区，覆盖广度与深度仍在持续拓展。5G应用融入71个国民经济大类，“5G+工业互联网”项目数超1万个，全国行政村通5G比例超过80%。中国5G发展现状2.15G基站产品概述基站在网络中的位置及功能什么是5G基站？技术标准中称为gNodeB（gNB），是5G无线接入网（RAN）的核心节点，如同“信息中转站”，直接与手机、物联网终端进行无线信号交互，是实现5G高速率、低时延、广连接的物理基础。01无线资源调度统筹管理频谱、时隙与功率资源，智能分配给多用户，解决信道拥堵，保障通信公平与高效。02数据高速处理完成用户数据的基带调制解调与射频信号转换，支撑Gbps级的数据吞吐与低时延传输。03连接控制中枢处理信令交互，负责终端的接入认证、连接建立与释放，实现移动中的无缝切换。04核心网交互桥作为无线侧与核心网的网关，完成协议转换与数据路由，打通终端到云端的通信链路。2.15G基站产品概述基带单元主要完成上行/下行基带数据处理、信号同步等功能。5G当前支持多种基带单元，包括5900系列和3910系列BBU2.15G基站产品概述射频单元射频单元主要实现射频信号的调制和解调、功率放大、滤波、双工等功能，这些功能共同确保了无线通信的高效和稳定。AAU是5G主流的射频单元。2.15G基站产品概述基站的类型分布式基站是指基站射频模块采用可拉远的射频单元，如RRU/AAU。由于RRU/AAU和基带模块之间采用光纤连接，距离可以拉远，所以目前主流采用的是分布式基站。2.15G基站产品概述分布式基站（DistributedBaseStation，DBS）常见的应用场景5G站点分类-宏站场景2.15G基站产品概述5G站点分类-室内场景室内分布是覆盖室内环境的站型，可以部署在机场、会展中心、交通枢纽、体育馆、酒店、写字楼、购物中心、办公楼、居民楼等。分布天线系统DAS形式为采用离线无源DAS安装方式，其中，由施主天线将无线系统耦合至蜂窝基站，并利用同轴传输线路将信号重新定向至目标传输天线，实现信号的均匀分布。2.15G基站产品概述5G站点分类-室内场景室内分布是覆盖室内环境的站型，可以部署在机场、会展中心、交通枢纽、体育馆、酒店、写字楼、购物中心、办公楼、居民楼等。新型数字室分系统主要通过BBU连接大量低功率pRRU对室内环境进行覆盖。其主设备包括BBU、RHUB(射频远端汇聚单元)和pRRU，配套设备包括GPS天线、机柜、站点供电设备和相关线缆等。2.15G基站产品概述5G站点分类-隧道场景隧道场景的特点是空间狭小且封闭，存在填充效应，这使得无线传播环境相对复杂。常见的隧道覆盖方案包括RRU+定向天线、RRU+泄漏电缆这两种。对于长度小于200m的短隧道，采用RRU+高增益窄波束天线来对隧道内部进行覆盖，可以在隧道一侧出入口设置定向天线向隧道内部进行覆盖。对于长度大于200m的隧道，则可以在隧道内侧顶端架设天线，并配合隧道两侧出入口的天线，共同对隧道中间部分的区域采用RRU+泄漏电缆的方式对隧道内部进行覆盖。泄漏电缆沿着隧道壁进行布放。这种方式施工难度较小，并且能够很好地适应隧道弯曲多变的特征。2.15G基站产品概述2.25G基站模块介绍2.35G基站设备典型配置2.25G基站模块介绍BBUBBU容量指标指单个BBU最大支持小区数、最大吞吐量、最大RRC连接用户数及最大数据无线承载数.2.25G基站模块介绍BBU的逻辑结构BBU采用模块化设计，由基带子系统、整机子系统、传输子系统、互联子系统、主控子系统、监控子系统和时钟子系统组成。2.25G基站模块介绍BBU5900必配单板2.25G基站模块介绍UMPT单板UMPT(UniversalMainProcessing&Transmissionunit)为通用主控传输单元1、槽位：必配,最多2块,配置在6号槽或7号槽，工作模式为主备模式。2、型号：当前设备版本为UMPTe。3、功能完成基站的配置管理、设备管理、性能监视、信令处理等功能。为BBU内其他单板提供信令处理和资源管理功能。提供USB接口、传输接口、维护接口，完成信号传输、软件自动升级、在LMT或U2000上维护BBU的功能。4、外观：2.25G基站模块介绍UBBP单板UBBP(UniversalBaseBandProcessingunit)单板是通用基带处理板。1、槽位：必配,全宽板最多3块,全宽板槽位配置顺序为0>2>4。2、型号：当前设备版本为UBBPfw1。3、功能完成上下行数据基带处理功能。提供与RRU通信的CPRI接口。实现跨BBU基带资源共享能力。4、外观2.25G基站模块介绍FAN单板FAN是BBU5900的风扇模块1、槽位：必配,固定配置在16号槽位。2、型号：当前版本使用的风扇型号为FANf，最大散热能力为2100W。3、功能为BBU内其他单板提供散热功能。控制风扇转速和监控风扇温度，并向主控板上报风扇状态、风扇温度值

和风扇在位信号。支持电子标签读写功能。4、外观2.25G基站模块介绍UPEU单板UPEUe(UniversalPowerandEnvironmentinterfaceUnittypee)是通用电源环境接口单元1、槽位：必配，最多2块，在19号（默认）/18号槽位。2、型号：当前设备版本为UPEUe，一块UPEUe输出功率为1100W，两块UPEUe输出功率为2000W。3、功能UPEUe用于将-48V直流输入电源转换为+12V直流电源。提供2路RS485信号接口和8路开关量信号接口，开关量输入只支持干接点和OC(OpenCollector)输入。4、外观：UPEUe采用的是双路供电，没有电源开关。2.25G基站模块介绍USCU单板USCU(UniversalSatellitecardandClockUnit)为通用星卡时钟单元，单板型号为USCUb11、USCUb14。USCUb11、USCUb14面板外观一样，面板外观图如下：2.25G基站模块介绍UEIU单板UEIUb(UniversalEnvironmentInterfaceUnittypeb)是环境监控单元，单板型号为UEIUb，面板外观图如下：2.25G基站模块介绍RRU逻辑结构RRU采用模块化设计，根据功能分为：高速接口处理、供电处理、TRX、功率放大器（PowerAmplifier，PA）、低噪声放大器(LowNoiseAmplifier，LNA）和双工器或收发开关。2.25G基站模块介绍RRU典型型号当前版本RRU仅应用于1.8G上下行解耦场景,当前常用支持上下行解耦的RRU型号有RRU3971、RRU3959和RRU5258。RRU5258外观

2.25G基站模块介绍RRU典型型号RRU5258接口RRU5258的接口分为3个模块，分别是底部面板、配线腔面板以及指示灯面板。

2.25G基站模块介绍AAU一体化有源天线随着无线通信的发展，基站数量越来越多。在共建共享节约资源的大环境下，多运营商、多制式共用天面成为主流趋势，部分热点区域站点天面资源极其紧张。AAU通过将RRU和天线进行集成，体积缩小了，能在无法新增天面的地方利旧抱杆，快速部署。2.25G基站模块介绍AAU逻辑结构5G采用的是有源天线单元（ActiveAntennaUnit，AAU），AAU实际上就是射频和天线高度集成在一起的设备，它既是射频模块也是天线，目前主流的AAU型号有AAU5613、AAU5313和AAU5619。AAU56131、频段3.5GHz：3400MHz-3600MHz，3.7GHz：3600MHz-3800MHz，4.9GHz：4800MHz-5000MHz2、应用场景：室外宏站。

3、通道数：64通道。4、输出功率：200W。

5、配置场景：2*100M小区。6、尺寸：795mmx395mmx220mm2.25G基站模块介绍AAU5613/AAU5313/AAU5619外观2.25G基站模块介绍AAU5313①频段。a．3.5GHz：3400MHz～3600MHz。b．3.7GHz：3600MHz～3800MHz。②应用场景：室外宏站。③通道数：32通道。④输出功率：200W。⑤配置场景：2×100MHz小区。⑥尺寸：699mm×395mm×220mm2.25G基站模块介绍AAU5619①频段：2.6GHz中，2515MHz～2675MHz。②应用场景：室外宏站。③通道数：64通道。④输出功率：240W。⑤配置场景a．TDL：最多支持6载波，带宽为20MHz。b．NR：最多支持1载波，带宽为60/80/100MHz。c．TN：最多支持1个NR载波和3个TDL载波。⑥尺寸：965mm×470mm×195mm。2.25G基站模块介绍室分系统LampsiteLampSite解决方案是华为推出的无线多模深度覆盖解决方案，支持5G，LampSite解决方案的功能模块可灵活组合成不同制式的无线解决方案，可以广泛应用于写字楼、商场、酒店等室内场景。LampSite由BBU+RHUB+pRRU三部分组成，室分和宏站的基带单元是一样的。2.25G基站模块介绍pRRU5931①功能：pRRU5931功能结构如图6-16所示。a．将基带信号调制到发射频段，经滤波放大后，通过天线发射。b．接收通道从天线接收射频信号，经滤波放大后，采用零中频技术将射频信号下变频，经模/数转换为基带信号后发送给DCU或BBU进行处理。c．通过光纤/网线传输CPRI数据。d．支持内置天线。e．支持通过PoE/DC供电。f．支持多频多模灵活配置。2.25G基站模块介绍pRRU5931接口（1）设备锁（2）ETHCPRI_E1（3）CPRIRX/TX（4）PoE/DCCPRI_E02.25G基站模块介绍pRRU5931接口2.15G基站产品概述2.25G基站模块介绍2.35G基站设备典型配置2.35G基站设备典型配置室外宏站组网场景典型配置5G基站中最常见的是室外宏站。室外宏站站型的机房一般在本楼宇内，其中部署3个扇区，使用64T64R的AAU部署MassiveMIMO小区，由于机房距离天面较远，因此AAU从机房配电柜中的EPU02D取电。2.35G基站设备典型配置室外宏站场景主设备常见的主流配置由3台型号为AAU5613的射频模块和1台型号为BBU5900的基带模块组成。BBU内配置1块基带板UBBPg3、1块主控板UMPTg3、1块风扇单板FANf以及1块电源单板UPEUe;时钟为BDS;CPRI拓扑为星形。室外宏站组网场景典型配置2.35G基站设备典型配置常见的室外宏站共设置3个扇区，它们覆盖不同的方位，每个扇区都开通1个100MHz带宽的MassiveMIMONRTDD小区。于UBBPg3支持3个100MHz的NRTDD小区(64T64R),因此站卢配置1块基带板即可。室外宏站组网场景典型配置2.35G基站设备典型配置室内分布组网场景典型配置室内分布(简称室分)组网场景按照部署位置可以分为机场、会展中心、交通枢纽、写字楼和居民楼等。室内分布站型一般采用Lampsite，机房布置在室内，通常部署1个RHUB和4个pRRU。其中，每个pRRU承载1个小区;pRRU和RHUB之间采用光电混合缆连接;电源柜向主设备机柜中的DCDU(DataConcentratorandDistributionUnit,直流配电单元)提供直流电，DCDU向BBU及RHUB供电。2.35G基站设备典型配置室内分布组网场景典型配置室分场景主设备包括有4台射频模块pRRU5963、1台基带模块BBU5900和1台汇聚单元RHUB5963e。其中，BBU内配置1块基带板UBBPg3、1块主控板UMPTg3、1块风扇单板FANf以及1块电源单板UPEUe;时钟为IPClock;CPRI拓扑为星形。2.35G基站设备典型配置室内分布组网场景典型配置站点的4个扇区覆盖不同位置，每个扇区开通1个100MHz带宽的4T4RNRTDD小区。由于UBBPg3最高支持12个100MHz的NRTDD小区(4T4R)，因此站点配置1块基带板即可。本项目对5G无线网络产品结构做了全面的介绍，具体分为5G基站产品概述、5G基站模块介绍和5G基站设备典型配置3个小节。通过本章的学习，读者应该对5G无线网络产品结构有一定的了解，并充分了解本书的内容规划和学习目标。项目3

5G无线网络规划5G网络规划与前几代移动通信网络的规划流程大致相同，但是针对其自身的技术和业务特点，方法有所不同。通过对5G网络规划方法的学习，能够从理论上进一步了解5G移动通信网络规模估算的流程和方法，为今后的网络设计与建设打下基础。目标：掌握无线电波传播特性掌握5G无线网络规划流程掌握5G无线网络小区参数设计熟悉5G无线网络容量和覆盖估算3.1无线电波传播理论3.25G无线网络规划概述3.35G无线网络覆盖估算和容量估算3.45G无线网络小区参数设计3.1无线电波传播理论5G规划的重要意义5G作为新一代移动通信标准，其成功不仅依赖于先进的硬件设备和创新的数据处理技术，还深刻依赖于对无线电波传播特性与建模的精准掌握。无线电波的传播特性与传播模型在移动通信网络规划、优化及性能评估中扮演着至关重要的角色。深入理解无线电波的传播特性，建立准确的传播模型，对于提高无线通信系统的覆盖质量、减少信号衰落、优化网络布局具有重要意义。3.1无线电波传播理论无线电波的传播方式移动通信是移动体在运动中进行通信联系的，信号的传输必须依靠无线电波。发射机天线发出的无线电波，可以从不同的路径到达接收机。这些电波大体上可归结为直射、反射、绕射和散射等形式，其中反射、绕射和散射是影响移动通信中电波传播的基本形式。3.1无线电波传播理论无线电波的衰落特性无线信号通过移动信道使会遭受来自不同途径的衰减损耗1、自由空间传播损耗长区间中值随距基站的距离而变，其衰减特性一般服从距离的负指数律。它表明的是在以公里计的较大范围内较收信号的变化特性。2、阴影衰落在数百波长的区间内，信号的短区间中值也出现缓慢变动的特征。这就是阴影衰落。在较大区间内对短区间中值求平均就可得到长区间中值。3、多径衰落在数十波长的范围内，接收信号场强的瞬时值呈现快速变化的特征。这就是多径衰落，其衰落特性符合瑞利分布。3.1无线电波传播理论无线电波的衰落特性多径效应传播过程中会遇到各种建筑物、树木、植被以及起伏的地形，引起电波的反射、散射。到达移动台天线的信号不是由单一路径来的，而是多路径电波的合成。由于电波通过各个路径的距离不同，因而各条路径电波信号到达时间不同，相位也就不同。不同相位的多个信号在接收端叠加，有时同相叠加而增强，有时反相叠加而减弱。这样，接收信号的幅度将急剧变化，即产生了衰落。这种衰落是由于多径传播引起的，称为多径衰落。3.1无线电波传播理论无线电波的衰落特性多普勒效应多普勒效应指移动台在运动中通信时，相对速度引起的频率偏移。根据多普勒频移的公式，终端运动速度越快，多普勒频移越明显V：移动台速度：信号到达角度随着移动台靠近基站，即缩短移动台和基站之间的距离后，产生压缩效应，波长变短，频率增加，频偏增大。移动台远离基站，即增加移动台和基站之间的距离后，会使波长变长，频率降低。3.1无线电波传播理论无线电波传播模型常用传播模型3.1无线电波传播理论无线电波传播模型

Uma模型3.1无线电波传播理论无线电波传播模型Umi模型

3.1无线电波传播理论无线电波传播模型通用传播模型

3.1无线电波传播理论3.25G无线网络规划概述3.35G无线网络覆盖估算和容量估算3.45G无线网络小区参数设计3.25G无线网络规划概述5G网络频谱3.25G无线网络规划概述5G网络频谱3.25G无线网络规划概述5G网络频谱根据3GPP的标准定义，5GNR包括了两大频谱范围（FrequencyRange，FR）：频率范围名称对应的频率范围频段号俗称FR1410MHz-7125MHzn1~n256Sub-6G频段FR2FR2-124250MHz–52600MHzn257~n511毫米波（mmWave）频段FR2-252600MHz–71000MHz3.25G无线网络规划概述5G网络频谱国内运营商的工作频段3.25G无线网络规划概述5G网络频谱01.FR1(Sub-6GHz)—广覆盖主力频段覆盖450MHz~7.125GHz，核心是兼顾性能的C-Band。它损耗小、穿墙能力强，是实现城市与农村全域广覆盖的基石，为5G提供稳定的基础连接能力，是目前全球部署最广泛的频段。02.FR2(毫米波)—超高速率热点频段覆盖24.25GHz~52.6GHz，拥有极大的可用带宽。虽然覆盖范围小且对障碍物敏感，但能提供吉比特级的超高速率，是城市中心、机场、展会等高流量密度场景的“极速引擎”。频谱策略：通过“Sub-6GHz广覆盖打底+毫米波高容量补热”的高低搭配，构建全方位、多层次的5G网络能力，满足从基础连接到极致体验的多样化需求。3.1无线电波传播理论3.25G无线网络规划概述3.35G无线网络覆盖估算和容量估算3.45G无线网络小区参数设计3.35G无线网络覆盖估算和容量估算覆盖估算与容量估算02容量估算：保障业务吞吐需求目的：根据用户规模与业务模型，计算满足流量需求的基站数量。

公式：容量站点数=区域总吞吐量需求÷单站平均吞吐量

核心：解决网络“够不够用”，确保高并发下的用户体验。01覆盖估算：实现全域信号通达目的：基于地形环境与链路预算，计算消除盲区所需的基站数量。

公式：覆盖站点数=规划区域面积÷单站有效覆盖面积

核心：解决网络“有没有”，确保信号的连续覆盖与接入。🎯最终站点数决策：取两者最大值最终建站数量需满足“覆盖无死角、容量不拥塞”的双重标准，因此取容量估算与覆盖估算结果中的较大值。

示例：若某区域覆盖仅需12站，但容量测算需25站，则按25站建设，避免出现“有信号但网速慢”的短板效应，这是网络规划中平衡质量与体验的黄金法则。3.35G无线网络覆盖估算和容量估算覆盖估算流程

覆盖估算目的获得小区半径估算小区边缘速率估算站点数量几何计算小区覆盖半径:R站间距离:D=1.5*R站点覆盖面积=1.949*R*R3扇区站点小区覆盖半径:R站间距离:D=1.732*R站点覆盖面积=2.598*R*R全向站点3.35G无线网络覆盖估算和容量估算下行链路预算链路预算中，有两大类因素：确定性因素：一旦产品形态及场景确定，相应的参数也就确定，如：功率、天线增益、噪声系数、解调门限、穿透损耗、人体损耗等不确定性因素：链路预算还需要考虑一些不确定性因素影响，如，慢衰落余量、雨雪影响、干扰余量，这些因素不是随时或随地都会发生，当作链路余量考虑3.35G无线网络覆盖估算和容量估算基本参数汇总下行链路预算中最大允许路径损耗的计算基本参数3.35G无线网络覆盖估算和容量估算上行链路预算原理3.35G无线网络覆盖估算和容量估算上行链路预算主要参数参数名称类型参数含义典型取值TDD上下行配比公共5G支持灵活的上下行配比8∶2TDD特殊时隙配比公共特殊子帧（S）由DL、GP和UL符号三部分组成，这三部分的时间比例（等效为符号比例）10∶2∶2/6∶4∶4系统带宽公共包括5～100MHz不同带宽对应不同的RB数100MHz人体损耗公共话音通话时通常取3dB，数据业务取值为0，高频要考虑低频0dBUE天线增益公共UE的天线增益为0dBi0dBi基站接收天线增益公共基站接收天线增益18dBi3.35G无线网络覆盖估算和容量估算上行链路预算主要参数参数名称类型参数含义典型取值阴影衰落余量公共阴影衰落余量(dB)=边缘覆盖概率要求×阴影衰落标准差(dB)------UE最大发射功率上行UE的业务信道最大发射功率一般为额定总发射功率23dBm/26dBm基站噪声系数上行基站放大器的输入信噪比与输出信噪比之比4dB干扰余量上行/下行干扰余量随着负载增加而增加------基站发射功率下行基站总的发射功率（链路预算中通常指单天线），下行gNodeB功率在全带宽上分配53dBm3.35G无线网络覆盖估算和容量估算上下行覆盖性能对比上下行主要差异项上行下行差异值发射功率23dBm*253dBm

上行劣于下行27dBm多天线增益接收增益：15dB赋型增益：15dB上行下行相当接收机NF3dB7dB上行优于下行4dB解调SINR要求-2dB5dB上行优于下行7dB干扰余量2dB6dB上行优于下行4dB（和实际组网相关）总计上行劣于下行12dB3.35G无线网络覆盖估算和容量估算上下行解耦UL:低频Cellradius覆盖中心区覆盖边缘区DL:高频DL:高频UL:高频上下行覆盖不平衡，通过SUL频段弥补上行覆盖SUL可以利用LTEFDD的UL频段3.35G无线网络覆盖估算和容量估算小区覆盖半径计算通过将计算得出的最大路损值带入传播模型中，就可以计算出小区的最终覆盖半径，并由此计算出为满足确定覆盖区域的覆盖要求，需要的基站数量，此为覆盖估算结果。3.35G无线网络覆盖估算和容量估