5G移动通信系统与技术

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1、5G移 动 通 信 系 统 与 技 术 课程目标 2 了解5G标准进展 了解5G核心指标 了解5G关键无线技术 了解5G网络结构和网络技术 了解5G特色业务应用 5G愿景白皮书 5G概念白皮书 5G网络技术架构参考书目 5G移动通信系统与技术1. 5G系统标准发展概述2. 5G系统核心能力指标3. 5G系统关键无线技术4. 5G系统新型网络架构5. 5G系统重要网络技术6. 5G系统特色业务应用 课程介绍 4 1、移动通信技术演进规律2、4G/4.5G/5G标准主要技术特征3、移动通信技术愿景和路标 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

2、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 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100亿1980s 1990s 2000s 2010短信 社交应用 在线、互动、游戏语音 虚拟现实、“零”时延感知2020有 好 强 爽 悦 移动通信技术演进完成时：4GGPRS/EDGE 峰值速率(UL:DL)0.47/0.47Mbps3GPP阵营(GSM) W

3、CDMA 峰值速率 5.76/14.4MbpsHSPATD-SCDMA 峰值速率0.55/1.68MbpsTD-HSPA EV-DO Rel.0 峰值速率：1.8/3.1MbpsD0 Rel .ACDMA 2000 1x3GPP2阵营(CDMA) LTE FDD峰值速率(20MHz)50M/150MbpsLTE TDD峰值速率(20MHz)10M/110Mbps LTE-A峰值速率500M1GbpsMobile WiMAX802.16e峰值速率75Mbps Mobile WiMAX802.16m峰值速率500M1GbpsWiMAX阵营TDMA CDMA OFDMA2G 3G 3.9G 4G 概

4、念抢占 Pre5G/4.5G/TDD+R10 R11 R12 R13 R14 R15 R164G 4.5G 5G容量：0.x Gbps连接：8亿连接量时延：60ms 容量：x Gbps连接：300亿连接量时延：10ms 容量：10 Gbps连接：1000亿连接量时延：1ms 2010 2012 2014 2016 2018 2020R12 更强型LTE-A 增强型small cell、更强载波聚合、MTC、LTE与WIFIR13 满足不断增长的流量需求 Massive CA、增强MTC、室内定位、增强型MIMOR14 面向未来移动宽带 移动互联网 移动通信技术演进进行时：4.5G 4.5G 适

5、合于室内和热点的多场景覆盖 街道体育场所写字楼商业区 CoMP 校园居民住宅 eICICSON3D MIMOSW 1）室分系统工程施工2）直流供电3）GPS4）Ir光纤部署 SW 1）普通传输接入2）PoE供电室分系统 LTE-HIVs.7x 4x 1x 0.5x 总成本新建双路 新建双路 LTE-HI 利旧单路 3x 峰值速率 40 x 峰值速率室分系统 LTE-HI LTE-HILTE-HI 3.5GHz Co-RRM宏基站 传输网 4.5G低成本，安装简单，一条网线解决 4.5G通过新增Co-RRM网元，协调和平衡无线资源，实现大规模密集组网增大容量4.5G 大带宽，可实现高容量进行补热

6、 1 23 4.5G主要无线技术特征 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n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 8载波以上载波聚合 4T4RMIMO8T8R以上MIMOMassive MIMOn物联网技术：LTE-MLTE-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2

7、00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n多天线技术：Massive MIMO（ 3D BF、8T8R以上MIMO ）、Massive CA（ 8载波以上） n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。 移动通

8、信技术演进将来时：5G 5G主要无线技术特征 移动通信技术演进：愿景 4G 4.5G 5G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n4.5G定义（ 4.5G标准R12将于今年底冻结）：4.5G是4G演进，可提供XGbps大容量、10ms低时延和300亿连接数基于SOMA、256QAM、Massive MIMO等关键技术提供xGbps高容量；基于Cloud EPC及Shorter TTI特性缩短时延到10ms；通过LTE-M提供小带宽满足物联网300亿+接入用户数 n5G定义（标准

9、处于研究阶段）：5G通过系列关键新技术可提供10Gbps超大容量、 端到端1ms超低时延、1000亿海量连接革命性技术：全双工技术、Massive MIMO多天线(128*128) 、高阶频段（ 30G-100GHz）提供高达10Gbps容量；采用0.1ms TTI将时延降低到1ms，可变带宽子载波支持连接数1000亿以上，应对未来10年ICT行业巨大变化，实现万物互联。应用场景定义 5G不仅仅是一次技术升级，它将为我们搭建一个广阔的技术平台，催生无数新应用、新产业。5G将成为全联接世界和未来信息社会的重要基础设施和关键使能者。4.5G是4G的全方位平滑演进，可以在现有4G上通过软件升级或增加

10、一定硬件来实现，4.5G定位于未来五年出现的新终端、新业务、新体验，是5G的先行者。 移动通信技术演进：路标 4.5G 商用 5G 商用 4G 4.5G 5G容量 xMbps xGbps 10Gbps连接 8亿连接 300亿连接 1000亿连接时延 60ms 10ms 1msn4.5G、5G的设计目标：提供更高容量、更多连接、更短时延。n当前4.5G标准R12将于今年底冻结，R13标准正在制定；5G标准正处于研究阶段。 2010 2012 2014 2016 2018 2020Rel-10 Rel-11 Rel-12 Rel-13 Rel-14 Rel-15 Rel-163GPP标准版本 LT

11、E-Advanced (4G) 4.5G 5GCA、CoMP、MIMOHetNet. SOMA 、256QAM、Massive CA、 Massive MIMO、LTE-M、U-LTE. SCMA、F-OFDM 、Massive MIMO、全双工. 5G的主要驱动力 5G的技术发展路线 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融合 创新100Mbps 1Gbps 10GbpsIMT-2020技术愿景 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

12、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。 持续推动5G标准 推动成立IMT-2000，负责需求组多议题、频谱需求和候选频段的研究 牵头863项目-5G无线传输关键技术5G预研 牵头863项目-5G无线传输关键技术 牵头四个技术专题研究方向，积极参与IMT2020需求组、频谱组工作 2015 提前布局5G 产业 全双工 5

13、0Gbps基站 f-OFDM100Gbps传输系统SCMAmmWave（毫米波传输系统） Massive MIMO 课程总结 18 1、移动通信演进规律u 4G-4.5G-5G R12对应4.5G，R15对应5Gu有、好、强、爽、悦2、移动通信标准主要技术特征u 4.5G:3D MIMO、massive MIMO、半正交多址、256调制技术、物联网LTE-Mu 5G:massive MIMO、非正交多址、全双工、灵活双工、增强多载波等 5G移动通信系统与技术1. 5G系统标准发展概述2. 5G系统核心能力指标3. 5G系统关键无线技术4. 5G系统新型网络架构5. 5G系统重要网络技术6. 5

14、G系统特色业务应用 课程介绍 20 1、5G八大关键能力指标2、5G频率挑战、技术挑战、效率挑战和运营挑战 ITU定义的5G八大关键能力ITU定义的 三大应用场景指标名称 流量密度 连接数密度 时延 移动性 能效 用户体验速率 频谱效率 峰值速率4G参考值 0.1 Tbps/Km2 10万/km2 空口10ms 350Km/h 1倍 10 Mbps(urban/suburban) 1倍 1Gbps5G取值 10 Tbps/Km2 100万/Km2 空口1ms 500Km/h 100倍提升（网络侧） 0.1-1Gbps 3倍提升（某些场景5倍） 20Gbps 中国5G之花 5G技术发展的愿景:“

15、信息随心至，万物触手及” 5G的频率挑战 5G的技术挑战 25 5G的运营挑战 26 5G的效率挑战名称 定义频谱效率（bps/Hz/cellbps/Hz/Km2） 每小区或单位面积内，单位频谱资源提供的吞吐量能源效率（bit/J） 每焦耳能量所能传输的比特数成本效率（bit/Y） 每单位成本所能传输的比特数5G系统相比4G系统在频谱效率、能源效率和成本效率方面需要得到显著提升：频谱效率需提高515倍能源效率有百倍以上提升成本效率有百倍以上提升 能效提升技术p 跨层优化资源调度 高效利用有限资源 跨层资源联合调度 链路层应用层传输层物理层网络层 智能MAC实时/非实时拥塞控制感知路由CSIQS

16、I p 跨网优化协作通信 减少竞争、增加合作 跨网资源联合优化配置 CHORUS: Collaborative & Harmonized Open Radio Ubiquitous System提升用户体验， 降低能量消耗CHORUS 课程总结 28 1、5G八大关键能力u 流量密度、连接数密度、时延、移动性、频谱效率、能效、用户体验速率、峰值速率2、5G三大关键应用场景u 海量机器通信、增强的移动宽带、超高可靠和低时延通信3、5G挑战u频率挑战u技术挑战u运营挑战u效率挑战 1. 5G系统标准发展概述2. 5G系统核心能力指标3. 5G系统关键无线技术4. 5G系统新型网络架构5. 5G系统

17、重要网络技术6. 5G系统特色业务应用 课程介绍 30 1、5G面临的挑战和应对思路2、5G主要关键技术u大规模天线技术u非正交多址接入技术 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 挑战频谱资源 信道功率干扰器件无缝接入 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

18、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 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 5G空口技术框架 5G空口关键技术演进类型 细类 4G 4.5G 5G容量 接入技术 OFDMA SOMA（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 64QAM 25

19、6QAM 256QAM带宽 20M 20M 100M及其以上（高频段）CA 4CC U-LTEMassive CA: 8CC及其以上，包括T+F CA Massive CA MIMO 2*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 TTI Shorter 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 EPC NFV、SDN 5G

20、无线关键技术（1）-大规模天线技术（1/3）n 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。n 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。n 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 n 技术方案 面向异构和密集组网的massive MIMO网络

21、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（2/3）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只能使用SISO，下行峰值速率7.2Mb/s MIMO技术的演进 密集站点 MIMO C-RAN 分布MIMO 5G无线关键技术（1）-大规模天线技术（3/3）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 10

22、0倍能量效率发射能量 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p 大规模天线被公认为5G关键技术之一 5G无线关键技术（2）-非正交多址接入技术（1/3）n 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

23、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。n 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。 n 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n 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 5G无线关键技术（2）-非正交多址接入技术（2/3） 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

24、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（3/3）l F-OFDM波形技术：根据业务灵活配置 l SCMA稀疏码本多址：多维调制、扩频 l PDMA图样多址：功率域、空间域、码域l MUSA多用户多址：非线性SIC接收机 课程总结 43 1、5G面对挑战解决思路u新体制、新技术、新思路2、5G主要关键技术u大规模天线技术u非正交多址接入技术：PDMA/NOMA/MUSA/SCMA/F-OFDM 课程介绍 44 1、5G主要关键技术u双工技术u超密集组网u物联网设计u高频信号

25、传输技术u灵活频谱共享技术u新型传输波形技术u先进编码调制技术 5G无线关键技术（3）-双工技术（1/3） l 小基站根据上下行业务量灵活自适应l 上下行信号对称统一消除上下行干扰l 宏站管理、控制；小站业务、低功率 灵活双工全双工 l 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。 TXRX 5G无线关键技术（3）-双工技术（2/3）灵活双工技术基本原理 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

26、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 5G无线关键技术（3）-双工技术（3/3）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（4）-超密集组网（1/3）n 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。n 功能和优势

27、 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）n 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 n 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（2/3）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（3/3） 多系统多分层多小区多载波+3.5GHz 2.6GHz2.1GHz 1.9GHz1.8GHz室内热点 密集城

28、区 近郊&郊区宏站宏站LTE-HILTE-HI 900MHz800MHz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（5）-低时延高可靠物联网设计（1/2）n 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。n 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n 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 n 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 紧急通信短帧灵活本地网络架

29、构 流程优化 5G无线关键技术（5）-低时延高可靠物联网设计（2/2）端到端通信D2D l 优势：1.终端近距离通信，高速率低时延低功耗。2.短距离通信可频谱资源复用。3.无线P2P功能。4.拓展网络覆盖范围l 时频资源：1.正交：基站控制，容量受限。2.复用：高效利用，引入干扰。 l 协调：1.网络完全控制：控制干扰，会产生大量信令开销，无法体现D2D通信的灵活性。2.网络辅助自主：自主D2D节省资源缩短时延，网络辅助进行无线资源管理。 5G无线关键技术（6）-高频段信号传输技术（1/4）n 技术原理 移动通信传统工作频段十分拥挤，而大于6GHz的高频段可用频谱资源丰富，能够有效缓解频谱资源

30、紧张现状，可以支持极高速短距离通信。n 主要功能和优势 高达1GHz带宽的频率资源，将有效地支持10Gbps峰值速率和1Gbps用户体验速率。n 技术方案 高频段传播特性、信道测量与建模 基于高频段的传输技术方案 高频段的射频和天线关键技术 基于高频段的新载波空口设计 网络架构和组网技术 n 应用场景 用高频做蜂窝接入 用高频做基站与基站之间的回传 D2D的高频通信、车载通信等高低频融合组网 Relay组网增强干扰协调干扰管理高频无线资源管理 5G无线关键技术（6）-高频段信号传输技术（2/4） 频谱拓展技术认知无线电提高已分配频谱的利用率。重点关注5Ghz以下频段。 毫米波通信优势：足够宽的

31、频段，波束集中，方向性好。缺点：路损大，环境影响，绕射差，高速差。 可见光传输优势：信号源LED灯成本低，高速传输，干扰小，能照明。缺点：目前单向通信，与射频无法切换。 5G无线关键技术（6）-高频段信号传输技术（3/4）2014年7月，国家无线电监测中心和全球移动通信系统协会发布450MHz-5GHz关注频段频谱资源评估报告，给出了北京、成都和深圳等城市部分无线电频谱占用统计数字。 p 统计结果表明，5GHz以下所关注频段大部分的使用率远远小于10%，说明5GHz以下频段使用效率有大量的提升空间。p 为了提高频谱利用率，未来5G需要采用认知无线电技术 认知无线电提高已分配频谱的利用效率 5G

32、无线关键技术（6）-高频段信号传输技术（4/4）0 3GHz 6GHz 60GHz 2G/3G/4G re-farmingWRC-15 AI 1.2 candidate bands below 6GHz Potential bands above 6GHz for 2020s Global interest bands for WRC-156GHz)频谱分配原则 优先保障移动通信的频谱资源 技术上可以实现 连续500MHz带宽可用 能与其他系统共存 增加带宽是增加容量和传输速率最直接的方法6GHz以下频谱资源稀缺 6GHz以上频谱资源丰富 5G无线关键技术（7）-灵活频谱共享技术（1/3）n

33、技术原理 新的频谱使用方法，让多个系统共享使用特定频谱，改变了以往固定频谱分配的方式。n 主要功能和优势 可有效拓展IMT可用频谱约1倍。n 应用场景 机会式使用 授权共享 非授权共享n 技术方案 网络架构、基于数据库共享、SON 无线环境检测、动态频率分配、RRM、干扰管理和QoS保证 经济和商业模式、无线电规则等 IMT机会式使用其它业务空闲频段IMT共享授权频段PS databaseIMT与非授权频段联合使用 (LTE-U) 同频段多运营商多RAT共享 5G无线关键技术（7）-灵活频谱共享技术（2/3）v 传统静态频谱分配策略 行政指派或拍卖方式，静态使用。v 面临的挑战 挑战1：频谱利

34、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 现有频谱分配殆尽北邮频谱测 量结果显示北京频谱利用存在空洞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% 5G无线关键技术（7）-灵活频谱共享技术（3/3）动态频谱分配策略 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？ 频谱紧缺 频谱浪费 频谱利用不均衡，存在频谱空洞，频谱利用效率低解决方法动态频谱 5G无线关键技

35、术（8）-新型传输波形技术（1/2） OFDM传输波形技术 OFDM是当前Wi-Fi和LTE标准中的高速无线通信的主要传信模式 频谱利用效率高（与传统FDM相比，提高一倍） 抗频率选择性衰落 利用FFT/IFFT模块，容易实现优势 载波频偏导致码间串扰和用户间干扰 循环前缀（CP）降低了频效和能效 毫米波频段的实现（如超宽带宽、高频功放等）挑战p OFDM是未来5G的关键传输波形技术，其性能仍有提升空间OFDMmod.(IFFT) CPinsertion NoiseOFDMdemod.(FFT) CPremovalTransmitterReceiverLTECP配置 子载波间隔 CP长度Tcp

36、有用符号长度Tu CP比例常规CP 15kHz 5.21 67.7s 7.20%4.69s 6.50%扩展CP 15kHz 16.67s 67.7s 20% 5G无线关键技术（8）-新型传输波形技术（2/2） 新型传输波形技术滤波器组多载波 （Filterbank multicarrier：FBMC）传统OFDM功率谱 FBMC功率谱除了FBMC外，还有多种波形改进技术，如time-Frequency Packing, sparse code multiple access, generalized frequency division multiplexing等各种改进的传输波形技术为5G性

37、能提升提供多样选择u用滤波器组替代CP对载波频偏不敏感提高了频效和能效OFDMmod.(IFFT) Tx Filter Bank NoiseOFDMdemod.(FFT) Rx Filter BankTransmitterReceiver 5G无线关键技术（9）-先进编码与调制技术（1/3）模拟调制 数字调制QPSK,16QAM QPSK,16QAM,64QAM BCH码 卷积码 Turbo码 调制方式的演进编码方式的演进 增强的自适应 编码调制设计 编码调制技术的演进 5G无线关键技术（9）-先进编码与调制技术（2/3） 空间调制（Spatial Modulation SM） Channel

38、s2 s1 s1s10/1 01 Antenna EstimationSymbol DetectionData Bits Data Bits空间调制系统 4发射天线QPSK空间调制星座图 p 以天线的物理位置来携带部分发送信息比特，将传统二维映射扩至三维映射，提高频谱效率。p 每时隙只有一根发射天线处于工作状态，避免了信道间干扰与天线同步发射问题，且系统仅需一条射频链路，有效地降低了成本。 5G无线关键技术（9）-先进编码与调制技术（3/3） 频率正交幅度调制（ Frequency Quadrature-amplitude Modulation:FQAM）根据信息论，非高斯干扰可实现更高传输速

39、率p 将频移键控（FSK）与正交幅度调制（QAM）相结合，提高频谱效率。p 用于多小区下行链路中，能够提高小区边缘用户的通信质量。 课程总结 65 1、5G主要关键技术u双工技术:灵活双工、全双工u超密集组网：u物联网设计：u高频信号传输技术：认知无线电、毫米波、可见光通信u灵活频谱共享技术：多个系统共享特定频谱u新型传输波形技术：FBMC（滤波器组多载波）u先进编码调制技术：空间调制、FQAM调制 1. 5G系统标准发展概述2. 5G系统核心能力指标3. 5G系统关键无线技术4. 5G系统新型网络架构5. 5G系统重要网络技术6. 5G系统特色业务应用 课程介绍 67 1、5G网络架构构成2

40、、5G网络三大模块主要功能3、5G网络架构关键技术 5G新型网络架构（1） l 网络功能虚拟化NFV硬件与软件分离网络使用x86架构的通用设备部署灵活快速l 软件定义网络SDN控制与转发进一步分离快速高效自组网、拓扑快速重构感知并调度资源、网络连接可编程l 接入平面 统一的多无线接入技术融合无线资源调度与共享l 控制平面控制集中化、简单化服务差异化、开放化l 转发平面用户面下沉分布式网关移动边缘内容与计算 5G新型网络架构关键技术（2）未来5G网络将向性能更优质、功能更灵活、运营更智能、网络更友好的方向发展。 5G新型网络架构关键技术（3）密集异构 中心式云后台 使无线通信回归到“最后一公里”

41、 拉近用户与天线的距离，提高速率 增强服务覆盖面积 大量不同级小区重叠（Macro、Micro、Pico、Femto） 不同制式的网络重叠（Cellular、Wi-Fi、D2D、CR、M2M） Remote Radio Head（RRH）与基带处理单元分离 SDN网络实现协议接口 基带信号资源的集中化管理与调度 5G网络整体架构的共识。 5G新型网络架构关键技术（4）接入网和核心网的逻辑功能界面清晰，但是部署方式却更加灵活，甚至可以融合部署。 5G新型网络架构关键技术（5）5G网络功能特性 5G新型网络架构关键技术（6）C-RAN云架构RRU替代物理基站光纤互联中心式处理高性能多点协作接入实时

42、信息处理低成本 低建设成本低维护成本 RRU RRUFiberRRUCloudC-RAN 无线接入网绿色演进白皮书 (v2.5)，2011 5G新型网络架构关键技术（7） REPE5GDevice 4GDevice Wi-FiDeviceCloud资源开放协议（REP）开放式设备接口协议资源描述协议资源租赁协议 设备动态租用 利用设备空闲资源 避免重复建设前向兼容，平滑过渡 现有应用保持不变 现有设备保持不变全网优化基础 全频段调度 负载均衡 网络设备虚拟化 5G新型网络架构关键技术（8）REPE4G vBSManagement APPRLCMACPHY 5G vBSManagement AP

43、PRLCMACPHY Wi-Fi vBSManagement APPRLCMACPHY 5G vBSManagement APPRLCMACPHYREPE 5G4GWi-Fi 5G 5G5G网络结构虚拟化云端的虚拟基站集群构成虚拟网络，利用SDN技术动态优化网络结构。 75/59 Virtual BS Pool 课程总结 76 1、5G网络架构u接入平面、控制平面、转发平面2、5G网络主要功能u接入平面：多无线接入技术融合u控制平面：控制集中化、简单化u转发平面：用户面下沉分布式网关3、5G网络架构关键技术u C-RAN:接入云u资源开放协议（REP）：云端的虚拟基站集群构成虚拟网络，利用SD

44、N技术动态优化网络结构。 5G移动通信系统与技术1. 5G系统标准发展概述2. 5G系统核心能力指标3. 5G系统关键无线技术4. 5G系统新型网络架构5. 5G系统重要网络技术6. 5G系统特色业务应用 课程介绍 78 1、5G网络架构关键技术u无线mesh与动态自组网络u无线资源调度与共享u定制化部署和服务u统一的无线接入技术融合u控制能力重构u网络能力开放u按需组网u网络边缘缓存与计算 5G新型网络架构关键技术（1）无线mesh与动态自组网络 动态自组织网络技术是在5G蜂窝网络授权和控制下，在本地可以将基站、终端以及各种新型的末端节点动态的组成网络，弥补传统蜂窝架构在组网灵活性方面的不足

45、。另外还可以通过组建动态自组织网络，实现设备间通信，提升网络频谱效率。 动态自组织网络应用场景包括： 针对低时高可靠场景，降低端到端时延，提高传输可靠性； 针对低功耗大连接场景，延续网络覆盖和接入能力； 适应灾难等应急场景，提高网络的可靠性。 5G新型网络架构关键技术（2）无线资源调度与共享无线资源： 时域 频域 空域 码域 功率域等调度与共享方式： 分簇化集中控制 无线网络资源虚拟化 频谱共享 实现多小区联合的无线资源动态分配与智能管理 实现以用户为中心的无线资源动态调配与智能管理，形成跨多小区的数据自适应分流和动态负载均衡 可以灵活部署于不同网络物理节点中 对于分布式部署场景，实现多点协作

46、 对于无线资源、无线接入网平台资源和传输资源进行灵活共享与切片，构建适应不同应用场景需求的虚拟无线接入网络 不同的虚拟无线网络之间保持严格的资源隔离 动态使用不同无线接入的频谱资源 接入点可以独立或基于数据控制频谱资源共享与灵活调度 同系统或异系统间频率共享分簇化集中控制 无线网络资源虚拟化 频谱共享 5G新型网络架构关键技术（3）定制化部署和服务软件定义的协议栈 基于软件和硬件解耦、数据面和控制面解耦，重新定义可灵活适配的协议栈。 将PHY层、MAC层、RLC层、PDCP层、RRC层、NAS层以及应用层分解，抽象出调制、编码、复用、重传、 加密、压缩、以及应用层内容聚合、ULR过滤等模块，根

47、据业务定制整合成不同的协议栈。 需要设计良好的控制面，满足无线协议栈处理的时延要求和空口性能。 5G无线网络融合多种制式，可控模块参数将变得异常庞大，高效的流表查询算法是实现定制化部署和服务的关键 5G新型网络架构关键技术（4）统一的无线接入技术融合技术来源 多种无线接入技术长期共存是各运营商面临的普遍问题。 如何协同使用各种无线技术，提升网络整体运营效率和用户体验，是多RAT 协同技术所需要解决的问题 5G新型网络架构关键技术（5）控制能力重构技术来源 控制功能重构是指控制面功能拆分成独立处理逻辑的功能模块，再根据不同的应用场景进行组合以形成不同的核心网控制面，从而提高网络的灵活性、智能性、

48、鲁棒性，降低网络成本，使网络能够快速演进满足新业务的需求。 5G新型网络架构关键技术（6）网络能力开放 能力开放的需求方。 利用API接口筛选所需的网络 信息，调度管道资源，申请增值业务，构建专用的网络切片。 对资源层网络信息的汇聚和分析 进行网络原来能力的封装和按需组合编排 生成相应的开放API接口 实现网络能力开放架构与5G网络的 交互 完成对底层网络资源抽象定义，整合上层信息感知需求，设定网络内 部的监控设备位置，上报数据类型 和事件门限等策略。 将上层制定的能力调用逻辑映射为对网络资源按需编排的控制信令。 网络能力开放的目的在于实现向第三方应用服务提供商提供所需的网络能力。 其基础在于

49、移动网络中各个网元所能提供的网络能力，包括用户位置信息、 网元负载信息、网络状态信息和运营商组网资源等，而运营商网络需要将上述信息根据具体的需求适配，提供给第三方使用。 5G新型网络架构关键技术（7）按需组网 多样化的业务场景对5G网络提出了多样化的性能要求和功能要求。 5G核心网应具备向业务场景适配的能力，针对每种5G业务应用提供恰到好处的网络控制功能和性能保证，实现按需组网的目标。 按需组网包含两个方面，一方面根据业务场景的需要进行网络切片，另一方面根据业务量进行网络资源按需分配。 5G新型网络架构关键技术（8）网络边缘缓存与计算 新兴的智能应用，如智能家居、增强现实、移动办公、物联网和移

50、动游戏等。 MECC在靠近移动用户的位置上提供IT服务环境和云计算能力，并将业务存储和存储分发能力推送到靠近用户侧（如基站）使应用、服务和内容部署在高度分布的环境中，从而可以更好的支持5G网络中低时延和高带宽的业务要求。 MECC还可以开放实时的无线网络信息，为移动用户提供个性化、上下文 相关的体验。 课程总结 87 1、5G网络架构关键技术u无线mesh与动态自组网络：mesh（网状/多跳）u无线资源调度与共享u定制化部署和服务：软件定义协议栈u统一的无线接入技术融合：多个RAT间通过集中无线网络控制实现融合u控制能力重构：控制功能重构是指控制面功能拆分成独立处理逻辑的功能模块，再根据不同的

51、应用场景进行组合以形成不同的核心网控制面。u网络能力开放：实现向第三方应用服务提供商提供所需的网络能力。u按需组网：一方面根据业务场景的需要进行网络切片，另一方面根据业务量进行网络资源按需分配。 u网络边缘缓存与计算：MECC在靠近移动用户的位置上提供IT服务环境和云计算能力，并将业务存储和存储分发能力推送到靠近用户侧（如基站）使应用、服务和内容部署在高度分布的环境中，从而可以更好的支持5G网络中低时延和高带宽的业务要求。 5G移动通信系统与技术 1. 5G系统标准发展概述2. 5G系统核心能力指标3. 5G系统关键无线技术4. 5G系统新型网络架构5. 5G系统重要网络技术6. 5G系统特色

52、业务应用 课程介绍 89 1、5G主要业务2、业务与场景选择原则3、物联网业务与用户需求4、5G有挑战的八大场景5、5G典型业务6、业务与应用面临的挑战7、国际厂商技术发展 未来移动通信主要业务 5G主要业务移动互联网流类 会话类 交互类 传输类 消息类 物联网采集类 控制类 音频播放视频播放 增强现实交易类浏览类搜索类位置类游戏类语音类视频通话 邮件类上传类下载类 SMS类MMS类OTT消息 低速采集高速采集 时延敏感时延非敏感基于3GPP业务分类，将背景类扩展成为传输类和消息类，并增加物联网业务（含采集类和控制类）虚拟现实虚拟现实 场景与业务选择原则 场景N场景选择 业务选择居住工作休闲交

53、通 高流量密度 高人口密度 高移动速度挑战从环境出发 移动互联网业务物联网业务 高速率 低时延 连接数挑战从业务分类出发场景2场景1 业务N业务2业务1 物联网业务与用户需求 海量设备连接 大量小数据包频发 覆盖 低成本 电池寿命智能交通 毫秒级的时延 接近100%的可靠性智能电网 工业控制 传输速率 智能家居 智能农业 环境监测 视频监控 更多层次的 安全机制移动金融 5G有挑战的八大场景 超高连接数密度超高流量密度 超高移动性 广域覆盖场景 办公室密集住宅区 快速路高铁 体育场露天集会地铁 5G典型业务视频会话 视频播放 移动在线游戏 增强现实虚拟现实 云桌面实时视频分享 无线数据下载云存

54、储 高清图片上传 智能家居控制 OTT消息 视频监控车联网安全驾驶 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D2DM2M 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 未来触手可及 国际厂商技术发展（1/2） 国际厂商技术发展（2/2）华为全频谱接入统一空口设计关键无线技术（F-OFDM、SCMA、极化码、massive MIMO、5G双工）中兴网络切片（NFV/SDN/SON）5G空口（4G演进、新高频低频、MUSA） 毫米波、IOT大唐Massive MIMOUDN灵活双工毫米波PDMA 课程总结 99 1、5G主要业务：移动互联网和物联网业务2、业务与场景选择原则：场景分居住、工作、交通、休闲3、物联网业务与用户需求4、5G有挑战的八大场景5、5G典型业务6、业务与应用面临的挑战7、国际厂商技术发展