第五代移动通信（5G）简介.

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1 第五代移动通信（5G）简介

2 目录 5G技术的概述 01 5G与前几代通信技术的比较 02 02 5G的关键技术 03 5G的最新消息 04

3 一、5G的概述 1. 5G的概念 5G 是面向 2020 年以后移动通信需求而发展的新一代移动通信系统。 根据移动通信的发展规律,5G 将具有超高的频谱利用率和能效, 在传输速率和资源利用率等方面较 4G 移动通信提高一个量级或更高, 其无线覆盖性能、传输时延、系统安全和用户体验也将得到显著的提高。 5G 移动通信将与其他无线移动通信技术密切结合, 构成新一代无所不在的移动信息网络, 满足未来 10 年移动互联网流量增加 1000 倍的发展需求。 5G 移动通信系统的应用领域也将进一步扩展, 对海量传感设备及机器与机器 (M2M) 通信的支撑能力将成为系统设计的重要指标之一。 未来 5G 系统还须具备充分的灵活性,具有网络自感知、自调整等智能化能力, 以应对未来移动信息社会难以预计的快速变化。 02

4 如高频段、毫米波与可见光等), 使未来无线移动通信的频率资源扩展 4倍左右.
2. 5G的发展趋势 移动互联网的蓬勃发展是 5G 移动通信的主要驱动力. 移动互联网将是未来各种新兴业务的基础性业务平台, 现有固定互联网的各种业务将越来越多地通过无线方式提供给用户, 云计算及后台服务的广泛应用将对 5G 移动通信系统提出更高的传输质量与系统容量要求. 5G 移动通信系统的主要发展目标将是与其他无线移动通信技术密切衔接, 为移动互联网的快速发展提供无所不在的基础性业务能力. 按照目前业界的初步估计, 包括 5G 在内的未来无线移动网络业务能力的提升将在 3 个维度上同时进行: 1) 通过引入新的无线传输技术将资源利用率在 4G 的基础上提高 10 倍以上; 2) 通过引入新的体系结构 (如超密集小区结构等) 和更加深度的智能化能力将整个系统的吞吐率提高 25 倍左右;3) 进一步挖掘新的频率资源 ( 如高频段、毫米波与可见光等), 使未来无线移动通信的频率资源扩展 4倍左右. 02

5 2. 5G技术的新特点 1) 5G 研究在推进技术变革的同时将更加注重用户体验, 网络平均吞吐速率、传输时延以及对虚拟现实、3D、交互式游戏等新兴移动业务的支撑能力等将成为衡量 5G 系统性能的关键指标。 2) 与传统的移动通信系统理念不同, 5G 系统研究将不仅仅把点到点的物理层传输与信道编译码等经典技术作为核心目标, 而是从更为广泛的多点、多用户、多天线、多小区协作组网作为突破的重点, 力求在体系构架上寻求系统性能的大幅度提高。 3) 室内移动通信业务已占据应用的主导地位, 5G 室内无线覆盖性能及业务支撑能力将作为系统优先设计目标, 从而改变传统移动通信系统 “以大范围覆盖为主、兼顾室内” 的设计理念。 4) 高频段频谱资源将更多地应用于 5G 移动通信系统, 但由于受到高频段无线电波穿透能力的限制, 无线与有线的融合、光载无线组网等技术将被更为普遍地应用. 5) 可 “软” 配置的 5G 无线网络将成为未来的重要研究方向, 运营商可根据业务流量的动态变化实时调整网络资源, 有效地降低网络运营的成本和能源的消耗。 02

6 5G的发展现状 欧盟宣布成立METIS，投资2700万欧元用于5G技术应用研究。据了解，METIS由29个成员组成，其中包括爱立信、华为、法国电信等主要设备商和运营商，欧洲众多的学术机构以及宝马集团。 中国工业和信息化部科技司司长闻库此前表示，工信部已成立工作小组进行5G研发，中国移动研究院等国内组织也有相关部门在推进。作为国家无线电管理技术机构，国家无线电监测中心正积极参与到5G相关的组织与研究项目中。目前，监测中心频谱工程实验室正在大力建设基于面向服务的架构（SOA）的开放式电磁兼容分析测试平台，实现大规模软件、硬件及高性能测试仪器仪表的集成与应用，将为无线电管理机构、科研院所及业界相关单位等提供良好的无线电系统研究、开发与验证实验环境。面向5G关键技术评估工作，监测中心计划利用该平台搭建5G系统测试与验证环境，从而实现对5G各项关键技术客观高效的评估。 三星已开展5G技术试验，透过64根天线，以28GHz频段进行最快达1.056Gbps的速度进行无线传输，最远传输距离可达2公里，其速度几乎是4G的百倍以上。

7 科技部863 5G立项 国际上面向5G的研究计划已逐步启动：
2020年无线网络容量增长达500～1000倍，产业需求巨大 ITU-R已于2010年完成4G系统的标准制定，5G系统的研究已提上日程；3GPP已于2012年底开始针对下一代移动通信系统的Release12版本研究，提前谋求5G布局 美国国家宽带计划，到2020年超过1亿的美国家庭可以获得至少50Mbps/100Mbps的宽带接入速度，预算将超72亿美元 因此，必须引领下一代移动通信技术发展，以满足产业需求，实现我国“十二五”规划对发展新一代信息技术的战略要求。 7

8 5G 4G 3G 2G 1G 二、5G与前几代通信技术的比较 移动通信系统每一次更新换代都有颠覆性技术引领 容量，能耗，业务
？：频谱，接入，组网 OFDM-MIMO，空域资源利用 5G 单一话音到多媒体，CDMA接入 4G 模拟到数字，TDMA接入 容量，能耗，业务 大区制到蜂窝，FDMA接入 3G 高速高质多媒体业务和容量 2G 多媒体业务和容量 1G 话音业务和容量 移动通信系统每一次更新换代都解决了当时的最主要需求 容量

9 最主要需求：系统容量 1G：模拟蜂窝+FDMA FDMA 大区制 蜂窝 高功率（200－250w）的发射天线
几百甚至上千平方公里的范围的覆盖 每个大区的可用信道数很少 蜂窝系统是一种革命性的变革 提高了频谱利用率和系统的服务质量 Power Frequency Time FDMA FDMA：每个用户占用一个频率 特点： 以频率复用为基础，以频带划分小区 频率受限，需要严格的频率规划 以频道区分用户地址

10 FDMA(频分多址）  FDMA是数据通信中的一种技术，即不同的用户分配在时隙相同而频率不同的信道上。按照这种技术，把在频分多路传输系统中集中控制的频段根据要求分配给用户。同固定分配系统相比，频分多址使通道容量可根据要求动态地进行交换。在FDMA系统中，分配给用户一个信道，即一对频谱，一个频谱用作前向信道即基站向移动台方向的信道，另一个则用作反向信道即移动台向基站方向的信道。这种通信系统的基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号，任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转，因而必须同时占用2个信道(2对频谱)才能实现双工通信。 Power Frequency Time FDMA

11 最主要需求：高质量话音，系统容量 2G：数字技术+TDMA 数字化技术，如数字语音编码技术，是2G移动通信的主要突破
意义： 提高通话质量（数字化＋信道编码纠错） 提高频谱利用率（低码率编码） 提高系统容量（低码率，语音激活技术） TDMA: 每个用户占用一个时隙，提高系统容量 特点： 以频率复用为基础，小区内以时隙区分用户 每个时隙传输一路数字信号，软件对时隙动态配置 Frequency Power Time FDMA/TDMA

12 TDMA(时分多址） TDMA(Time Division Multiple Access) 时分多址是把时间分割成周期性的帧(Frame)，每一个帧再分割成若干个时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各移动终端的信号而不混扰。同时，基站发向多个移动终端的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动终端只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分并接收下来。 优缺点：时分复用方式本身更能节省能量，因为省去了竞争机制的碰撞重传问题。然而TDMA机制也存在不足之处，它需要严格的时间同步，并且通常用在拓扑结构不变的网络，它不能很好地处理传感器节点移动和节点失效的情况，因此在网络扩展性方面存在严重不足。 Frequency Power Time FDMA/TDMA

13 最主要需求：多媒体业务，系统容量 3G：Turbo码+CDMA Turbo码 CDMA：每个用户使用一个码型，频率/时间共享 CDMA
90年代以前，主流的前向纠错技术是线性分组码和卷积码，其性能与Shannon在1948年提出的理论可达限之间存在较大距离。 1993年，C.Berrou等人提出了Turbo码，彻底颠覆了所有人们认为成功的纠错码所要具备的因素。在复杂度可控的译码器的协助下,达到了近Shannon限的性能。 Turbo码在3G的应用，使得3G能够支持多媒体业务，打破了2G只支持话音和短消息业务的局限。 Frequency CDMA Power Time CDMA：每个用户使用一个码型，频率/时间共享 特点 每个码传输一路数字信号 每个用户共享时间和频率 软容量、软切换，系统容量大

14 CDMA（码分多址） CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。 由于有无数种频率顺序编码，因此很难出现重复，增强了保密性。CDMA通道宽度名义上1.23MHz，网络中使用软切换方案，尽量减少手机通话中信号中断。数字和扩频技术的结合应用使得单位带宽信号数量比模拟方式下成倍增加，CDMA与其他蜂窝技术兼容，实现全国漫游。

15 4G：OFDM-MIMO+空分多址SDMA
最主要需求：高质量多媒体业务，更大系统容量 MIMO：多根发射天线与多根接收天线 打破利用时、频、码三维资源传输数据的局限，有效开发了新的空域资源。 基于MIMO的SDMA进一步提高频谱效率。 OFDM：多个低速数据流同时调制在相互正交的子载波上传送，适用于无线宽带信道下的高速传输。 与CDMA相比，OFDM传送数据的速度更快，并且能够更好地对抗无线传输环境中的多径效应。 15

16 OFDM-MIMO技术 MIMO技术 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)系统，它利用多天线来抑制信道衰落。根据收发两端天线数量，相对于普SISO(Single-Input Single-Output)系统，MIMO还可以包括SIMO(Single-Input Multi-ple-Output)系统和MISO(Multiple-Input Single-Output)系统。可以看出，此时的信道容量随着天线数量的增大而线性增大。也就是说可以利用MIMO信道成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高 OFDM(正交频分复用)技术实际上是MCM(Multi-Carrier Modulation，多载波调制)的一种。其主要思想是:将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰(ICI)。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。

17 MIMO系统在一定程度上可以利用传播中多径分量，也就是说MIMO可以抗多径衰落，但是对于频率选择性深衰落，MIMO系统依然是无能为力。目前解决MIMO系统中的频率选择性衰落的方案一般是利用均衡技术，还有一种是利用OFDM。大多数研究人员认为OFDM技术是4G的核心技术，4G需要极高频谱利用率的技术，而OFDM提高频谱利用率的作用毕竟是有限的，在OFDM的基础上合理开发空间资源，也就是MIMO+OFDM，可以提供更高的数据传输速率。另外OFDM由于码率低和加入了时间保护间隔而具有极强的抗多径干扰能力。由于多径时延小于保护间隔，所以系统不受码间干扰的困扰，这就允许单频网络(SFN)可以用于宽带OFDM系统，依靠多天线来实现，即采用由大量低功率发射机组成的发射机阵列消除阴影效应，来实现完全覆盖。 注：（1）多径衰落：因为多径效应，到达的电磁波的相位不一致，导致信号呈衰落状态；到达的时延不同又会导致码间串扰，它的根源是多径衰落。（2）频率选择性衰落：是指在不同频段上衰落特性不一样。当频率超过相干带宽时发生频率选择性衰落。

18 5G与4G的对比 4G 5G ·在4G技术支持100Mbps~150Mbps的下行网络带宽 ·仍处在3GHz一下的频段范围内
·开启了全球移动通信标准全面融合的趋势；但仍存在TD-LTE与LTE-FDD的标准之争 ·是专为移动互联网而设计的通信技术，是单一的无线接入技术。 5G ·将可提供超级容量的带宽，短距离传输速率是10Gbps； ·高频段频谱资源将更多地应用于5G； ·超高容量、超可靠性、随时随地可接入性，有望解决“流量风暴”； ·在通信、智能性、资源利用率、无线覆盖性能、传输时延、系统安全和用户体验都比4G有了数以倍计的增加； ·全球5G技术有望共用一个标准； ·5G并不是一个单一的无线接入技术，也不是几个全新的无线接入技术，而是多种新型无线接入技术和现有无线接入技术集成后的解决方案总称。所以说5G是一个真正意义上的融合网络。

19 那么，5G将为我们带来什么？ 1G主要解决语音通信的问题; 2G可支持窄带的分组数据通信，最高理论速率为236kbps;
3G在2G的基础上，发展了诸如图像、音乐、视频流的高带宽多媒体通信，并提高了语音通话安全性，解决了部分移动互联网相关网络及高速数据传输问题，最高理论速率为14.4Mbps; 4G是专为移动互联网而设计的通信技术，从网速、容量、稳定性上相比之前的技术都有了跳跃性的提升，传输速度可达100Mbit/s,甚至更高。 那么，5G将为我们带来什么？

20 频谱短缺和容量需求的矛盾需要技术和策略的突破
容量需求和频谱短缺矛盾突出 容量需求：根据预测，随着智能终端普及和数据业务增长，移动通信业务量未来每年会以近一倍的速度增长，未来10年数据业务将增长1000倍。 频谱短缺：FCC调查显示， 2014年移动数据业务的增长将导致巨大的频谱赤字，达300MHz。 Source: FCC 2010 频谱短缺和容量需求的矛盾需要技术和策略的突破

21 频谱利用 容量不足 无线接入 无线传输 无线组网 能耗高 业务与终端 提升用户体验 产生颠覆性技术的五个方向 5G：解决三个主要问题？
需要技术和策略突破 频谱利用 无线接入 无线传输 无线组网 业务与终端

22 5G潜在解决方案和设计原则

23 核心问题：无线带宽瓶颈 移动通信的发展史表明，容量不足一直是无线通信系统发展中的主要问题 5G面临更大容量需求和频谱赤字：
根据预测，至2020年无线网络容量增长达500~1000倍 23

24 指南综述 指南内容 面向2020年之后的第五代移动通信（5G）应用需求，研究5G网络系统体系架构、无线组网、无线传输、新型天线与射频以及新频谱开发与利用等关键技术，完成性能评估及原型系统设计，支持业务总速率达10Gbps，空中接口频谱效率和功率效率较4G均有10倍的提升；针对移动终端本地互联与社交化内容分发的融合趋势，研究计算存储资源整合、交互协议和控制等技术，有效统计复用容量提升不少于50倍。

25 问题：容量不足 移动通信的发展史表明，容量不足一直是无线通信系统发展中的主要问题 5G面临更大容量需求和频谱赤字：
根据预测，至2020年无线网络容量增长达1000倍 如何满足1000倍的容量增长需求？ （1）更多频谱→~3× （或10 × ,4 × ） （2）更高频谱效率→~6× (或 10 ×,12 ×) 无线接入 无线传输 （3）更多基站（更小小区）→~50× (或10 ×,10 ×)

26 解决思路 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 用户
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

27 基础：新频谱电波特性的测量与建模 重点建议：智能频谱利用
更多频谱 新频谱开发：主要是较高频段，适合更小小区 6~15GHz 空间隔离性好 60GHz毫米波 有较高的频宽，但穿透性较差 白频谱： 可见光通信 频谱共享——智能频谱利用 基础：新频谱电波特性的测量与建模 注：60GHz虽有较高的频宽 ，穿透性差，针对无线HD影像串流，或是摄录像装置透过无线传输到电脑或是机上盒的应用，高清图像传输用途的无线接口 , 60GHz的毫米波将把无线数据传输速率推进到Gb/s级别,承载起未来无线高速公路的希望。 6~15GHz:资源相对空闲，可用带宽换高速业务的功率和复杂度；空间隔离性好，便于资源的空间重用；对天线的定向性要求不高 60GHz虽有较高的频宽 ，穿透性差，针对无线HD影像串流，或是摄录像装置透过无线传输到电脑或是机上盒的应用，高清图像传输用途的无线接口 , 60GHz的毫米波将把无线数据传输速率推进到Gb/s级别,承载起未来无线高速公路的希望。 6~15GHz:资源相对空闲，可用带宽换高速业务的功率和复杂度；空间隔离性好，便于资源的空间重用；对天线的定向性要求不高 2010年9月23日，美国联邦通信委员会（FCC）制定了相关法律法规，批准运营商可以使用空闲电视广播频段开展Wi-Fi服务。中国的广电白频谱也在积极的筹划中。 重点建议：智能频谱利用

28 美国芝加哥地区30MHz-3GHz频谱利用率较低，仅为5.2% 北邮频谱测量结果显示北京频谱利用存在空洞
传统静态频谱分配策略与挑战 传统静态频谱分配策略 行政指派或拍卖方式，静态使用。 面临的挑战 挑战1：频谱利用存在不均衡问题 挑战2：存在时-频-空多维频谱空洞 挑战3：频谱利用效率较低 现有频谱分配殆尽 英国广播电视频段频谱利用存在不均衡问题 美国芝加哥地区30MHz-3GHz频谱利用率较低，仅为5.2% 北邮频谱测量结果显示北京频谱利用存在空洞 右图：白色表示频谱利用率很低，红色表示频谱利用率高 28

29 频谱利用不均衡，存在频谱空洞，频谱利用效率低 频谱紧缺与频谱浪费是一对矛盾，如何提升频谱利用效率？
动态频谱分配策略 频谱 紧缺 浪费 频谱利用不均衡，存在频谱空洞，频谱利用效率低 打破传统静态频谱分配方法的局限，结合时-频-空多维频谱的动态分配，促进频谱资源利用能够智能化，以使其使用更高效灵活，从而提高频谱利用效率。 频谱紧缺与频谱浪费是一对矛盾，如何提升频谱利用效率？ 解决方法 动态频谱 ？ 29

30 动态频谱分配策略面临的挑战 频谱分配从静态转变为动态方式将面临多方面挑战 政策监管部门 设备制造商 电信运营商
频谱分配政策由固定分配与行政指派向动态频谱分配政策转变，将面临政策和法规制定的挑战 频谱管理将更加智能与灵活，设备认证管理及非法设备核查能力提升的挑战 如何升级现有核心网、接入网设备以支持认知等新功能 如何对终端和基站的射频模块进行工作频段的扩展、如何设计高性能的滤波器 如何智能、高效协调授权的静态频谱和动态分配的频谱使用 如何对具备动态频谱功能的终端设备进行网络接入过程的有效管理和控制 30

31 趋势：单一资源到多维资源联合使用,提高资源利用率
更高频谱效率：多址接入 多址技术是移动通信系统升级换代的核心之一 1G：频分多址（FDMA） 2G：时分多址（TDMA） 3G：码分多址（CDMA） 4G：空分多址（OFDMA+SDMA） 4G以OFDM-MIMO为核心的OFDMA和SDMA具有很强的生命力 新型无线接入的尝试：非正交？？ 趋势：单一资源到多维资源联合使用,提高资源利用率 4G 频率 时间 功率 TDMA 2G 3G 1G 频率 时间 功率 FDMA CDMA 时间 频率 功率

32 无线传输新技术 大规模MIMO 3D MIMO 无线网络的干扰管理和容量研究 大规模MIMO 信道建模与分析 信道信息获取（相应导频设计）
协调多用户联合资源调配 能耗问题 天线配置、基站选址 导频污染 高效传输方法（如预编码方案） 3D MIMO 电磁波的传输平面增加俯仰角， 进一步扩展空间自由度 无线网络的干扰管理和容量研究 构建多维干扰状态模型 分析干扰和网络容量的关系 智能动态干扰管理机制 大规模MIMO 3D MIMO

33 新型多天线传输 多天线技术经历了从无源到有源，从二维(2D)到三维(3D)，从高阶MIMO到大规模阵列的发展，将有望实现频谱效率提升数十倍甚至更高，是目前5G技术重要的研究方向之一。 由于引入了有源天线阵列，基站侧可支持的协作天线数量将达到128根。此外，原来的2D天线阵列拓展成为3D天线阵列，形成新颖的3D-MIMO技术，支持多用户波束智能赋型，减少用户间干扰，结合高频段毫米波技术，将进一步改善无线信号覆盖性能。 目前研究人员正在针对大规模天线信道测量与建模、阵列设计与校准、导频信道、码本及反馈机制等问题进行研究，未来将支持更多的用户空分多址(SDMA)，显著降低发射功率，实现绿色节能，提升覆盖能力。

34 大规模天线技术的优点 大规模多天线技术在整个 5G 系统中会带来以下的一系列优点：
1) 相比于传统的多入多出系统， 大规模多天线多入多出系统的空间分辨率被极大地提升了。大规模多天线技术可以在没有基站分裂的条件下实现空间资源的深度挖掘。 2) 波束赋形技术能够让能量极小的波束集中在一块小型区域，因此干扰能够被极大地减少。波束赋形技术可以与小区分裂、小区分簇相结合，并与毫米波高频段共同应用于无线短距离传输系统中，将信号强度集中于特定方向和特定用户群，实现信号的可靠高速传输。 3) 相比于单一天线系统， 大规模多天线技术能够通过不同的维度（空域、时域、频域、极化域）提升频谱利用效率和能量利用效率。

35 在现有基础上，理论上信道容量提升1倍 全双工通信技术 时分双工 频分双工 全双工 多天线对消方案 上下行链路同频，分时 上下行链路分频，同时
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 多天线对消方案 在现有基础上，理论上信道容量提升1倍

36 全双工通信 最近几年，同时同频全双工技术吸引了业界的注意力。利用该技术，在相同的频谱上，通信的收发双方同时发射和接收信号，与传统的TDD和FDD双工方式相比，从理论上可使空口频谱效率提高1倍。 全双工技术能够突破FDD和TDD方式的频谱资源使用限制，使得频谱资源的使用更加灵活。然而，全双工技术需要具备极高的干扰消除能力，这对干扰消除技术提出了极大的挑战，同时还存在相邻小区同频干扰问题。在多天线及组网场景下，全双工技术的应用难度更大。

37 更多基站（更小小区） 信息密度均匀高度不均匀下的异构无线网络信

38 信息密度概念 信息密度：单位面积发送，接收或经过的信息量，分别 指导容量分布，资源分配和路由的研究
网络分布与用户信息密度匹配，实现资源精准匹配。 定义“无线组网信息密度”概念， 即“在任何一个点为 中心的邻域覆盖范围内，用户可以通过该点透明地传输数 据的速率”。 未来的组网架构要支持 增长如此巨大的业务量， 其基本特征必然是异构 的多网接入，它将是 “密度不均匀性” 的组 网架构。

39 ？ 信息密度非均匀新组网架构面临的主要问题 业务量 容量 信息密度非均匀下的异构无线组网新技术 覆盖 距离 新频谱 4G 3G 问题1:
异构无线网络如何协同工作 业务量 3G 4G 新频谱 微小区 WLAN 60G Hz 宏蜂窝 容量 信息密度非均匀下的异构无线组网新技术 覆盖 宏蜂窝 微小区 WLAN 60GHz ？ 问题2: 复杂环境下信道如何建模 距离 问题3: 异构非均匀业务需求环境下如何高效传输

40 新型网络架构 目前，LTE接入网采用网络扁平化架构，减小了系统时延，降低了建网成本和维护成本。未来5G可能采用C-RAN接入网架构。C-RAN是基于集中化处理、协作式无线电和实时云计算构架的绿色无线接入网构架。C-RAN的基本思想是通过充分利用低成本高速光传输网络，直接在远端天线和集中化的中心节点间传送无线信号，以构建覆盖上百个基站服务区域，甚至上百平方公里的无线接入系统。C-RAN架构适于采用协同技术，能够减小干扰，降低功耗，提升频谱效率，同时便于实现动态使用的智能化组网，集中处理有利于降低成本，便于维护，减少运营支出。目前的研究内容包括C-RAN的架构和功能，如集中控制、基带池RRU接口定义、基于C-RAN的更紧密协作，如基站簇、虚拟小区等。 　　全面建设面向5G的技术测试评估平台能够为5G技术提供高效客观的评估机制，有利于加速5G研究和产业化进程。5G测试评估平台将在现有认证体系要求的基础上平滑演进，从而加速测试平台的标准化及产业化，有利于我国参与未来国际5G认证体系，为5G技术的发展搭建腾飞的桥梁。

41 5G 网络将融合多类现有或未来的无线接入传输技术和功能网络，包括传统蜂窝网络、大规模多天线网络、认知无线网络（CR） 、无线局域网（Wi-Fi） 、无线传感器网络（WSN） 、小型基站、可见光通信（VLC）和设备直连通信（D2D）等，并通过统一的核心网络进行管控， 以提供超高速率和超低时延的用户体验和多场景的一致无缝服务，一个可能的 5G 系统架构如图5 所示 。为此，对于 5G 网络架构，一方面通过引入软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）等技术，实现控制功能和转发功能的分离，以及网元功能和物理实体的解耦，从而实现多类网络资源的实时感知与调配，以及网络连接和网络功能的按需提供和适配；另一方面，进一步增强接入网和核心网的功能，接入网提供多种空口技术，并形成支持多连接、自组织等方式复杂网络拓扑，核心网则进一步下沉转发平面、业务存储和计算能力，更高效实现对差异化业务的按需编排。 在上述技术支撑下，5G 网络架构可大致分为控制、接入和转发平面，其中，控制平面通过网络功能重构，实现集中控制功能和无线资源的全局调度；接入平面包含多类基站和无线接入设备，用于实现快速灵活的无线接入协同控制和提高资源利用率；转发平面包含分布式网关并集成内容缓存和业务流加速等功能，在控制平面的统一管控下实现数据转发效率和路由灵活性的提升。

42 5G网络架构

43 无线组网演进三个重要阶段 特征 提高容量的关键技术 网元构成 实质 密度均匀的蜂窝小区 小区变小/分裂/方向性天线/无线资源管理
同构，控制与业务平面一体 业务单一 密度准均匀的协作式组网（群小区，CoMP） 小区变小/多天线/小区边缘协作/无线资源管理/协作天线管理 同构为主，控制与业务平面一体 优先提高小区边缘速率来提高全网速率 密度不均匀的多域异构小区 大小区、小小区并存/多单天线并存/小区边缘协作与热点并存/蜂窝通信与无线接入并存/多域资源管理 异构融合，将控制与业务平面分离 保证小区边缘速率，通过热点覆盖大幅度提高全网速率

44 5G最新消息 5G编码标准博弈——中国企业迈出第一步

45 5G标准“第一战” 美国当地时间11月17日凌晨0点45分，在结束的3GPP RAN1 87次会议的5G短码方案讨论中，由于不使用HARQ(混合自动重传请求）避免了时延大的问题，性能优越Polar码战胜了LDPC和TBCC，中国主推的Polar Code（极化码）方案，从美国主推LDPC，法国主推Turbo2.0两大竞争对手中脱颖而出，成为5G控制信道eMBB场景编码方案，而LDPC码成为数据信道的上行和下行短码方案。

46 在11月17日的会议和10月14日的会议中，明确的仅仅是eMBB场景的长码和短码，URLLC场景和mMTC场景的标准还没有确定。在此情形下，工程师采取了折中的方案——把指令编成两个组或者三个组，常用的指令用相对短的二进制位数表示，不常用的指令用相对长的二进制位数表示，这样就在一定程度上解决了数据传输效率和减少接收端处理负担的矛盾。而这，就是所谓的长码和短码。决定长码和短码分别采用什么样的编码，就是所谓的5G标准之争。 　 本次由中国企业华为制定的控制信道编码，是用于传送信令或同步数据的信息通道，主要用于传输指令操作下级网络设备。由于其避免了其他方案可能出现的时延大的问题，最终获得了多数企业的支持。而高通主导的LDPC，则是用来增强数据在信道中传输时抵御各种干扰的能力。

47 中国方案优势 在数据传输时，表示一个指令的由1和0构成的二进制编码，理论上是越短越好。二进制码的位数越短，则数据传输和系统响应效率越高。但若一味的追求指令简短，则会面临代码不等长的问题。不等长的指令在数据传输中，将造成接收端沉重的处理负担。而若退而求其次，把本可以缩短的代码全部拉长，搞成了全等长的长编码，这虽然可以解决不等长问题，但又会大量浪费带宽。　5G是一个完整的无线数据交互体系，其由：增强型移动宽带（eMBB，Enhance Mobile Broadband），比如大流量移动宽带业务；海量物联网通信（mMTC，Massive Machine Type Communication，比如物联网业务）；低时延、高可靠通信（uRLLC，Ultra Reliable & Low Latency Communication，比如无人驾驶、工业自动化等需要低时延高可靠连接的业务）三大体系构成。

48 5G 为何采纳了 Polar 码和 LDPC 码？又为何放弃了 Trubo 码？
先从什么叫频道编码说起。当我们拿起手机滑FaceBook时，数据透过无线讯号在手机和基地台间传送。由于受到无线干扰、弱覆盖等原因影响，我们手机发送的数据和基地台接收到的数据有时会不一致，比如，我们手机发送 ，而基地台接收到的却是 ，为了纠错，移动通讯系统就引入了频道编码技术。 频道编码，简单的讲，就是我们在有 K 比特的数据块中插入冗余比特，形成一个更长的码块，这个码块的长度为 N 比特位，N>K，N-K 就是用于检测和纠错的冗余比特，编码率 R 就是 K/N。一个好的频道编码，是在一定的编码率下，能无限接入频道容量的理论极限。 在过去几十年里，出现了两种接近容量极限的频道编码技术：LDPC 和 Turbo 码，分别被 3G 和 4G 通讯标准和 Wi-Fi 标准采纳。2007 年，土耳其教授 E. Arikan 提出了 Polar 码，被称为是迄今发现的唯一一类能够达到香农限的编码方法。 所以，这 3 种优秀的编码技术均进入 5G 编码标准的法眼，并引发了一场争夺赛。

49 ← ← 之所以编码之争如此激烈都是5G NR（New Radio)里KPI惹的祸。 峰值速率20Gbps 用户面时延0.5ms(URLLC)

50 有多难呢？ 5G NR 的下行峰值速率要求是 20Gbps，由于手机（或基地台）接收到的每一 bit 都要经过频道译码器，20Gbps 就相当于译码器每秒钟要处理几十亿 bit 数据。 举个例子，20 Gbps 就意味着译码吞吐量 T 为 20 Gbps，假设译码迭代次数 I 为 10 次，处理器的时钟频率 F 为 500 MHz，那么，I *T /F = 10*20G/500M=400，也就是说需要 400 个处理器并行工作（注：译码器是频道编码最难实现的一环）。 这也是为何很多人选择放弃 3G 和 4G 时代使用 Turbo 码的原因之一，因为 4G 的最大速率不过 1Gbps，传统 Turbo 码透过迭代译码，本质上源于串行的内部结构，所以，有人认为 Turbo 遇上更高速率的 5G 时就遇到了瓶颈。比如 LDPC 译码器是基于并行的内部结构，这意味着译码的时候可以并行同时处理，不但能处理较大的数据量，还能减少处理时延。尽管可以采用外部并行的方式，但又带来了时延问题。

51 5G NR 的 URLLC 应用场景要求用户面时延为 0
5G NR 的 URLLC 应用场景要求用户面时延为 0.5ms，这是 4G 10ms 的二十分之一。之所以要求这么高的时延，是因为我们在体验增强现实、远程控制和游戏时，需要传送到云端处理，并即时传回，这一来回的过程时延一定要够低，低到用户无法察觉。另外，机器对时延比人类更敏感，对时延要求更高，尤其是 5G 的车联网、自动工厂和远程机器人等应用。 空口 0.5ms 时延意味着物理层的时延不能超过 50μs，而物理层时延除了受译码影响，还受其他因素影响（比如同步），这就需要译码的处理时延一定要低于 50μs，越低越好。 总得来说，这就好比春节的航班，人流太多，要把几亿中国人从南到北、从东向西转移一次，“数据量”太大，这就需要多开航班，并且加快航行速度。

52 3GPP 定义了 5G 三大场景：eMBB、mMTC 和 URLLC，这些场景对应 5G 的 AR、VR、车联网、大规模物联网、高清影像等等各种应用，较之 3 / 4G 只有语音和数据业务，5G 可繁忙多了。 这就对 5G 频道编码提出了更高要求，需支持更广泛的码块长度和更多的编码率。比如，短码块应用于物联网，长码块应用于高清影像，低编码率应用于基地台分布稀疏的农村站点，高编码率应用于密集区域。如果大家都用同样的编码率，这就会造成数据比特浪费，进而浪费频谱资源，这叫编码的灵活性。 另外，5G 还得保障更高可靠性的通讯。LTE 对一般数据的空口误块率要求初始传输为 10%，经过几次重传后，误块率如果低于 1% 即可。但是，5G 要求误块率要降到十万分之一。这就意味着，10 万个码块中，只允许频道译码器犯一次错，最多只能有一个码块不能纠错。 综上，决定 5G 采用哪种编码方式的因素就是：译码吞吐量、时延、纠错能力、灵活性，还有实施复杂性、成熟度和后向兼容性等。 最终，中国的polar code取得最后的胜利！

53 谢谢！