5G进展及关键技术介绍

5G进展及关键技术江苏电信网络发展部吴永俊2018年10月31日5G5G目录15G进展2345G关键技术介绍5G应用探索5G网络建设前期准备工作一、5G进展5G进展—演进历史模拟语音FDMA模拟调制蜂窝小区AMPS/TACS数字语音、中低速数据业务10kbpsTDMA/GMSK无缝覆盖GSM/GPRS/EGEIS95数字语音、高速数据业务1MbpsCDMA/链路自适应/包交换/高阶调制TDSCDMA/WCDMA/CDMA2000移动宽带数据业务10Mbps、数字语音OFDM和MIMO、高阶调制、链路自适应、全IP扁平网络LTE-A/FDD/TDD增强移动宽带数据业务100Mbps、海量连接物联网、毫秒级超低时延，数字语音F-OFDM和m-MIMO、256高阶调制、全IP扁平网络NR/TDD19831994200120102020s1G2G3G4G5G5G进展—5G应用场景及技术指标技术目标3大应用场景mMTC海量物联uRLLC高可靠低时延连接IMT-20205G业务模型GbpseMBB增强移动宽带3D视频,UHDScreen云化办公AR,VR智能制造工业4.0自动驾驶智能家居/建筑智慧城市5G进展—5G和4G的关键性能指标对比5GLTE30~50x100x100x时延1毫秒端到端时延30~50ms吞吐量10Gbps每个连接速率100Mbps连接数1000K每平方公里连接数10K5G进展—5G技术标准2018年6月14日，R15标准已经冻结，奠定了商用基础：1、初期（2018-2020年）：高清视频、AR/VR驱动5G早期增长；2、中期（2020-2022年）：物联网将为5G带来持久动力；3、中远期（2022-）：智能应用将与5G共同成熟。20172018201920205G进展—国外GSA最新统计，截至2018年7月，全球42个国家和地区规划或已经启动5G频段拍卖，67家运营商计划2018-2020年商用5G，全球5G加速推进。韩国：已于2018年2月平昌冬奥会期间展示主要基于28GHz频段的5G服务。SK电讯、KT等各运营商均推出了相关具体计划。韩国于2018年6月完成5G网络的3.5GHz、28GHz频段拍卖欧洲：德国电信推出了5G创新实验室计划，并公布在2020年底之前建成覆盖全国的5G网络。Vodafone：宣布将于2019年下半年正式推出的5G商用服务；Orange宣布将在2020年进行5G部署。日本：已宣布将在2020年东京夏季奥运会前实现5G商用，2023年实现5G全国覆盖。DOCOMO：计划首先在2020年基于高频27.5～29.5GHz提供5G的eMBB业务；KDDI：计划将于2020年在部分地区启动5G服务。北美：Verizon：2016年发布了针对5G的企业标准。AT&T：宣布于2016年开始面向家用宽带服务的5G测试，并计划2018年开始部署。全球状况内部标准：在2018上海世界移动大会上发布了《中国电信5G技术白皮书》，是全球运营商首次发布全面阐述5G技术观点和总体策略的白皮书。网络计划：计划2019年开展试商用，2020年正式商用。5G进展—国内内部标准：在2018上海世界移动大会上，发布了《5GSA（独立组网）核心网实现优化白皮书》网络计划：2018年年底面向行业客户开放5G产品测试；2019年10月份实现友好用户测试，2020年正式实现商用。芯片计划：与包括英特尔在内的多家芯片、终端厂家签署了“5G终端先行者计划”合作备忘录。目前进展：前期已开展针对5G关键技术的实验室和外场测试网络计划：计划2019年开展5G业务示范应用及试商用；计划2020年正式商用。5G进展—终端芯片终端芯片状况：与4G终端相比，面对多样化场景的需求，5G终端将沿着形态多样化与技术性能差异化方向发展。从网络性能角度，未来5G手机首先采用2T4R收发信机为基本方案。以下是主要芯片厂商的5G推出计划：Kirin麒麟Snapdragon骁龙X50XMM8060Exynos5G2019年智能机芯片和手机商用HelioM70所有主流芯片厂商计划在2019年推出5G商用终端芯片主要芯片组供应商已完成互操作测试基于3GPP标准R15IODT已完成2017~2018上半年2018下半年2019~2020高通Intel标准：OTSA（美日韩运营联合国外主要设备和芯片企业，建立的5G私有标准）OTSAX50V13GPP，CPE（无线转发终端）3.5G/28GX50V23GPP，智能手机3.5G/4.5G/Sub3G/28G/39GGoldRidgeV13GPP，CPE3.5G/4.5G/28G/39GGoldRidgeV23GPP，智能手机3.5G/4.5G/Sub3G/28G/39G海思3GPPDraft（3GPP草案）3GPP,CPE3.5G/4.5G/Sub3G/28G/39GBalong一代3GPP,智能手机3.5G/4.5G/Sub3G/28G/39GBalong二代二、5G关键技术介绍5G关键技术5G网络架构5G技术—香农公式5G网络提升能力的主要途径：1、增加系统带宽，从20M提高到100M;2、采用大规模天线MassiveMIMO技术;3、新型编码和高阶调制资源复用空分复用：mMIMO带宽高频，实现大带宽噪声LDPC+Polar干扰IC（干扰消除）双工NOMA信号能量波束赋形5G技术—部分国家频谱分配（1/2）新频段中C-Band已成为5G部署主流选择，提供5G的普遍容量和覆盖。目前标准最大支持100MHz/载波。毫米波受限于产业成熟度，预计规模商用节奏将晚于C-Band。目前标准最大支持400MHz/载波。5G首波市场（如：韩国）已经发放5GC波段商用频谱。3.3-3.44.8-5.04.4-4.93.5-3.75G室内覆盖5G主频段5G主频段3.4-3.75G主频段3.4-3.75G主频段3.4-3.75G主频段3.4-3.63.6-3.85G主频段3.4-3.6将回收重发给5G28G/39GHz5G主频段80MHz100MHz100MHz26.5GHz27.3GHz28.1GHz28.9GHz26.5GHz-28.9GHz800MHz800MHz800MHz3420MHz3500MHz3600MHz3700MHz5G技术—国内频谱分配（2/2）国内5G频段分配（初步方案）移动（新增）联通移动（60M）电信移动（新增）100M，用于室内，具体分配待定电信(100M)联通（100M）移动（100M）100M,具体分配待定2.6G251525552575263526552675移动争取获得2.6G160M3.5G33003400350036004.8G4800490050005G技术—MassiveMIMO（1/5）1T1R4T4R2T2RMIMO（4G系统采用）8T8R32T32R64T64RMassiveMIMO（5G系统采用）多天线（MIMO）：用多根天线（通道）进行发射和接收，获得分集、阵列、空间复用、干扰抑制增益，从而提升系统性能。多天线信息理论突破了传统技术传输能力的极限。大规模天线阵列（MassiveMIMO）：通过采用大规模天线阵列（8通道以上），获得更高的分集、阵列、空间复用、干扰抑制增益，从而显著地提升系统性能。MassiveMIMO的主要理论依据是，随着基站天线个数趋于无穷大，多用户信道间将趋于正交，整个系统是一个无干扰系统，系统容量随天线个数增大而增大，并趋于无穷大。5G技术—MassiveMIMO（2/5）概念：波束赋形是一种基于大规模天线阵列的信号预处理技术，波束赋形通过调整天线阵列中每个子阵列的加权系数产生具有指向性的波束，从而能够获得明显的阵列增益。波束赋形UE赋形波束•每个UE获得独立波束•提高SINR,降低干扰大规模天线原理：从不同天线发射的信号会经历不同路径到达接收端,从而形成相位差；通过控制不同天线端口发射的信号幅度/相位差，在接收端可以得到得到相应角度的信号增强或抵消；随着阵子数的增加，波束越来越窄；通过相位的调整，可以控制波束的指向。相位相同，叠加增强相位相反，叠加抵消普通宽波束天线大规模天线辐射立体图对比5G技术—MassiveMIMO（3/5）实现方法：波束赋形给予每个天线通道独立权值，包括相位和幅度；对于64通道天线来说，每个极化方向有32个子阵列，分别具有水平和垂直赋形的自由度；由手机反馈位置信息，系统通过计算，为手机准备一个32维的赋形权值矢量（如左图）；所有天线经权值修改后对手机形成赋形波束。波束赋形64T/R天线，4*8子阵列每天线通道给予独立权值w单UE赋形波束形成示意图UE反馈天线辐射5G技术—MassiveMIMO（4/5）空分复用概念：利用不同天线形成的空间差异，将原始数据分成几个部分通过不同天线同时发射和接收的技术。原理：将要传送的用户数据分成几个数据流，在不同的天线上并行发送。接收机利用空间均衡器分离接收信号，将几个数据流合并，恢复原始信号。作用：在同一时频资源实现多流数据的并行传输，从而提高数据传输速率。空分复用原理rrPtPt原始数据第一部分接收端发射端原始数据Ptr合并恢复原始数据原始数据第二部分原始数据第三部分空间分集概念：也称天线分集，就是采用多副天线来发射/接收信号，然后进行信号合并。为保证信号的不相关性，天线之间要距离至少半个波长。原理：发射端：采用分集技术把同一数据流分别在不同的天线上发送；接收机：利用空间均衡器分离接收信号，将同一数据流的不同路径信号进行合并，恢复出原始信号。作用：增强信道的可靠性，提高接收信号的质量。常用分集技术：STBC（空时块编码）、SFBC（空频块编码）、CDD（循环延时分集）等5G技术—MassiveMIMO（5/5）STBC我知道啦！去买个这么大的西瓜去买个大西瓜买个同样大的西瓜小美，老师叫你呢！小美，老师叫你呢！小美，老师叫你呢！同学们，去帮我喊下小美小美5G技术—信道编码数据信道：LDPC(low-densityparity-check)码01234567810-210-1Eb/No(dB)BLERInfo.BitsLen=100,QPSKT,R=1/5(100/500)T,R=1/3(100/300)T,R=2/5(100/250)T,R=1/2(100/200)T,R=2/3(100/150)T,R=3/4(100/134)T,R=5/6(100/120)T,R=8/9(100/113)P,R=1/5(100/500)P,R=1/3(100/300)P,R=2/5(100/250)P,R=1/2(100/200)P,R=2/3(100/150)P,R=3/4(100/134)P,R=5/6(100/120)P,R=8/9(100/113)L,R=1/5(100/500)L,R=1/3(100/300)L,R=2/5(100/250)L,R=1/2(100/200)L,R=2/3(100/150)L,R=3/4(100/134)L,R=5/6(100/120)L,R=8/9(100/113)LDPC码在大数据块情况下，相比turbo码，码峰值速率更高、译码速度更快、功耗更低，更适合5G高吞吐率数据译码需求，并且有更低的误码平台；控制信道：Polar码Polar码在小数据块情况下，性能最优，更低的解调门限，计算复杂度低，时延低5G采用全新信道编码，编码性能有所改善（LTE用的是Turbo码和卷积码）；LDPC码更适合大数据块（数据面），Polar码更适用于小数据块（控制面）。同样BLER下，LDPC码需要的SNR更低Eb/Nb(dB)BLERBLERSNR(dB)5G技术—高阶调制5G采用更高阶调制5G兼容LTE调制方式，同时引入比LTE更高阶的调制技术，进一步提升频谱效率。（1024QAM主要用于毫米波通信方面）调制基本原理：一个符号可以根据振幅和相位表示多个bit，倍数级提升频谱效率，如16QAM，一个符号可以承