5G知識總結（關鍵技術、網絡架構、無線網絡優化與覆蓋、業務測試與驗證等）

超可靠低延遲通訊（縮寫URLLC），是3GPP定義的一種5G特性標準。該特性將被用於對時延和可靠性具備極高指標要求的工業、物聯網應用場景。例如自動駕駛、智能電網、VR、工廠自動化等領域。5G技術中的 URLLC 特性還未實現商用。
eMBB，加強移動寬帶，是指在現有移動寬帶業務場景的基礎上，對於用戶體驗等性能的進一步提高。在3GPP RAN187次會議的5G短碼方案討論中，中國華爲公司主推的Polar Code（極化碼）方案，成爲5G控制信道eMBB場景編碼最終方案。
mMTC，海量機器類通訊（大規模物聯網），主要用於人和物之間的信息交互。
5G八大關鍵能力：

流量密度、鏈接數密度、時延、移動性、能效、用戶體驗速率、頻譜效率、峯值效率

1.3 速率

$C=B\ast log_{2}(1+\frac{S}{N})$

C：信道容量
B：帶寬
$\frac{S}{N}$ ：信噪比
C是數據速率的極限值，單位bit/s；B爲信道帶寬，單位Hz；S是信號功率（瓦），N是噪聲功率（瓦）。
當討論信噪比時，常以分貝（dB）爲單位。公式以下：SNR（信噪比，單位爲dB)=10 lg（S/N)。

1.4 時延

網站/應用的所在機房的網絡質量；
本地寬帶的網絡質量；
從本地訪問至網站所通過的節點數量；

2. 5G關鍵技術

2.1 5G信道編碼LDPC碼和Polar碼

空間調製：SM
頻率正交幅度調製：FQAM
5G信道編碼LDPC碼和Polar碼

LDPC碼：應用於大數據方面，相比於turbo碼更優。一種具備稀疏校驗矩陣的分組糾錯碼。幾乎適用於全部的信道。
Polar碼：控制消息與廣播信道。
新型編碼技術：LDPC編碼和polar碼，糾錯性能高；

2.2 5G調製

上行調製：π/2-BPSK, QPSK（正交相移鍵控），16QAM, 64QAM，256QAM（正交振幅調製）

載波的相位變化，幅度不變化：π/2-BPSK, QPSK。這就是前面說的PSK（Phase-Shift keying相移鍵控）。

載波的相位和幅度都變化：16QAM, 64QAM，256QAM。這一類專業名詞叫作QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交振幅調製），調製方式一般有二進制QAM（4QAM）、四進制QAM（l6QAM）、八進制QAM（64QAM）對應的空間信號矢量端點分佈圖稱爲星座圖，分別有四、1六、64個矢量端點。

下行調製：QPSK（正交相移鍵控），16QAM, 64QAM，256QAM（正交振幅調製），1024QAM。

高階調製技術：1024QAM調製，提高頻譜效率。

新型調製技術：濾波器組正交頻分複用，支持靈活的參數配置，根據須要配置不一樣的載波間隔，適應不一樣傳輸場景；

2.3 5G-Massive MIMO：多輸入多輸出

Massive MIMO：大規模天線，被公認的5G關鍵技術之一。

大規模MIMO技術：基站使用幾十上百根天線，波束窄，指向性傳輸，高增益，抗干擾，提升頻譜效率；

多進多出（MIMO）是爲極大地提升信道容量，在發送端和接收端都使用多根天線，在收發之間構成多個信道的天線系統。MIMO系統的一個明顯特色就是具備極高的頻譜利用效率，在對現有頻譜資源充分利用的基礎上經過利用空間資源來獲取可靠性與有效性兩方面增益，其代價是增長了發送端與接收端的處理複雜度。

優點：

系統容量和能量效率大幅度提高。
上行和下行發射能量將減小。
用戶間信道正交，干擾和噪聲將會被消除。
信道統計特性將會趨於穩定。

挑戰：

信道狀態信息獲取
信道測量與建模
發射機與接收機設計
天線單元及陣列設計

2.4 5G-多址方式

非正交多址技術：NOMA、MUSA、PDMA、SCMA等非正交多址技術，進一步提高系統容量。支持上行非調度傳輸，減小空口時延，適應低時延要求；

在無線接入網覆蓋範圍內，創建多個用戶無線信道鏈接時所使用的方法，就是多址技術。

目前的多址接入技術主要包括：PNMA（功率域非正交多址接入）、華爲的SCMA（稀疏碼本多址接入技術）、高通的RSMA（資源擴展多址接入）、中興的MUSA（多用戶共享接入技術）等。

基於多位調製和稀疏碼擴頻的稀疏碼分多址（SCMA）技術；（華爲）
基於複數多元碼及加強疊加編碼的多用戶共享接入（MUSA）技術；（中興）
基於非正交特徵圖樣的圖樣分隔多址（PDMA）技術；（大唐）
基於功率疊加的非正交多址（NOMA）技術；（日本NTT）

FDMA（頻分多址）、TDMA（時分多址）、CDMA（碼分多址）、OFDMA（正交多址）
優點：

能夠避免用戶干擾。
系統容易實現。

（1）新型多址

非正交多址（NOMA）

優點：NOMA技術接收端和發送端處理過程簡單可觀、易於實現、是其最大優勢。

缺點：功率域的用戶層不宜過多，不然系統複雜性將徒然增長，系統性能降低比較快。

PDMA（大唐提出）：尋址能力比較強，信道容量大，頻譜利用率高。系統比較複雜。

功率域、空間域、碼域。

MUSA（中興提出）

非線性SIC接收機。

（2）新型多載波

OFDM傳輸波形技術：OFDM是當前WiFi和LTE標準中高速無線通訊的主要傳信模式。

5G候選新波形：F-OFDM、FBMC（濾波器組多載波）、UFMC

2.5 5G-靈活雙工技術

經過多重干擾消除實現信息同時同頻雙向傳輸的物理層技術，有望成倍提高無線網絡容量；
CCFD：同頻同時全雙工。CCFD無線通訊設備使用相同的時間、相同的頻率，同時發射和接收無線信號，使得無線通訊鏈路的頻譜效率提升了一倍。

2.6 UDN技術

（1）UDN（超密集組網部署）

技術原理

增長單位面積小基站的密度，經過在異構網絡中引入超大規模低功率節點實現熱點加強、消除盲點、加強網絡覆蓋、提升系統容量。

功能優點

知足熱點地區500-1000的流量增加的需求。

技術方案

干擾管理、5G高密度小區的網絡架構、移動性管理、鏈接管理、節能、SON。

（2）下降干擾措施

有選擇關閉無用戶小小簇
D-MIMO（分佈式MIMO）多天線聯合發送
集中控制和C-RAN技術
多小區幀資源協調

2.7 全頻譜接入技術

全頻譜接入涉及6GHz如下低頻段和6GHz以上高頻段，其中低頻段是5G的核心頻段，用於無縫覆蓋；高頻段做爲輔助頻段，用於熱點區域的速率提高。

（1）毫米波通訊

mmWave,30-300GHZ，1-10mm，毫米波可用於室內短距離通訊。

（2）高頻主要技術

高頻信道測量與建模
高頻新空口
組網技術
器件

2.8 終端直通技術

技術原理：知足移動互聯網和物聯網應用場景擴大對於時延、高可靠的要求。

D2D技術：引入副鏈路，數據傳輸通過宏基站。

優點：

拓展網絡範圍。
無線P2P功能。
終端近距離通訊，高速率低時延低功耗。

在該技術的應用下，用戶經過D2D 進行通訊鏈接，避開了使用蜂窩無線通訊，所以不使用頻帶資源。並且，D2D 所鏈接的用戶設備能夠共享蜂窩網絡的資源，提升資源利用率。

2.9 網絡技術

網絡切片技術：基於NFV和SDN技術，網絡資源虛擬化，對不一樣用戶不一樣業務打包提供資源，優化端到端服務體驗，具有更好的安全隔離特性。
邊緣計算技術：在網絡邊緣提供電信級的運算和存儲資源，業務處理本地化，下降回傳鏈路符合，減少業務傳輸時延。
面向服務的網絡體系架構：5G的核心網採用面向服務的架構構建，資源粒度更小，更適合虛擬化。同時，基於服務的接口定義，更加開放，易於融合更多的業務。

3. 5G幀結構

層結構：無線幀（1024）10ms — 子幀（1ms）— 時隙（n u，n值不肯定）— OFDM符號（14個）

4. 5G頻譜劃分

（1）5G支持的頻段

5G NR中，3GPP主要指定了兩個頻率範圍，一個6GHz如下，另外一個是毫米波，分別稱爲FR1和FR2。

FR1	450MHz—600MHz
FR2	24250MHz—52600MHz

（2）5G支持帶寬

Sub6G	毫米波
5M	50M
10M	100M
15M	150M
20M	200M
40M	400M
50M
60M
80M
100M

（3）運營商5G頻率分配狀況

3.5G頻段：

4.9G頻段：

2.6G頻段：

覆蓋能力優於3.5G。

5. 5G NR時頻資源

（1）5G 基本時頻資源

物理資源：無線幀、子幀、時隙-slot、基本時間單位 $T_{c}$ 、RE,RB,REG,CCE、OFDM符號。

CP：循環前綴，用於多徑干擾。

RE：資源單元，對於每一個天線端口p，一個OFDM符號上的一個子載波對應資源單元。

RB：資源塊，一個時隙中，頻域上連續的12個RE爲一個資源塊。

RG：物理資源組。

6. 5G系統物理信道與信號

簡稱	下行物理信道與信號名稱	功能簡介
SS	同步信號	用於時頻同步和小區搜索
PBCH	廣播信道	用於承載系統廣播消息
PDCCH	下行控制信道	用於上下行調度，功控等控制信令的傳輸
PDSCH	下行共享數據信道	用於承載下行用戶數據
DMRS	解調參考信號	用於下行數據解調、時頻同步等
PT-RS	相噪跟蹤參考信號	用於下行相位噪聲跟蹤和補償
CSI-RS	信道狀態信息參考信號	用於下行信道測量，波束管理，RRM/RLM測量和精細化時頻跟蹤等

PBCH：物理廣播信道，調製方式：QPSK

PDCCH：物理下行控制信道，調製方式：QPSK

PDSCH：物理下行共享數據信道，調製方式：QPSK、16QAM、64QAM、256QAM、1024QAM

名稱	上行物理信道與信號名稱	功能簡介
PRACH	隨機接入信道	用於用戶隨機接入請求消息
PUCCH	上行公共控制信道	用於HARQ反饋，CQI反饋，調度請求指示等L1/L2控制信令
PUSCH	上行共享數據信道	用於承載上行用戶數據
DMRS	解調參考信號	用於上行數據解調，時頻同步等
PT-RS	相噪跟蹤參考信號	用於上行相位噪聲跟蹤和補償
SRS	測量參考信號	用於上行信道測量，時頻同步，波束管理

PRACH：隨機接入信道，調製方式：QPSK

PUCCH：上行公共控制信道，調製方式：QPSK

PUSCH：上行共享數據信道，調製方式：QPSK、16QAM、64QAM、256QAM、1024QAM

7. 5G網絡架構

7.1 獨立子網概念

5G網絡基本架構—SA

SA即獨立組網，是一套全新的5G網絡，包括全新的基站和核心網。

獨立子網簡單的來講就是4G核心網對應與4G基站（選項5），5G核心網對應與5G基站（選項2），這樣須要大量的資金費用，因此會推出非獨立子網的概念。

7.2 5G網絡邏輯架構

接入平面：統一多無線接入技術的融合，無限資源調度與共享
控制平面：控制集中化、簡單化、服務差別化、開放化
轉發平面：用戶面下沉分佈式網關，移動邊緣內容與計算
用戶面協議

NR控制面協議

7.3 網元與接口

5G核心網（5GC）

三個主要功能模塊：AMF、UPF、SMF。

無線接入網

gNB或者ng-eNB

接口

Xn接口：gNB和ng-eNB經過Xn接口相互鏈接。

提供雙鏈接性支持

節能功能

Xn接口管理

傳輸gNB之間的數據包

2. NG接口：gNB和ng-eNB經過NG接口鏈接到5GC。

創建維護髮布NG-RAN部分回話

提供數據包數據流資源保留機制

傳輸UE和AMF之間的NAS消息

3. NG-C接口：gNB和ng-eNB經過NG-C接口鏈接到AMF。

4. NG-U接口：gNB和ng-eNB經過NG-U接口鏈接到UPF。

5. F1-C接口：gNB-DU和gNB-CU之間的信令。

6. F1-U接口：gNB-DU和gNB-CU之間的數據流。

CU：中心單元

DU：分佈單元

5G基站部署方案

傳統BBU+RRU方案
一體化基站方案
CU-DU分離

7.4 5G協議棧架構

（1）層次結構

（2）SDAP層

SDAP子層由RRC配置

（3）PDCH層

數據傳輸
PDCH SN的維護
加密與解密
完整性保密和驗證
重複丟棄

（4）RLC層

傳輸上層PDU
重複監測
RLC重建
協議錯誤監測

NR RLC三種模式：TM（透明模式）、UM（非確認模式）、AM（確認模式）

（5）MAC層

調度信息報告
邏輯通道優先級

7.5 5G網絡狀態與轉換

（1）RRC重建的緣由

檢測到RLF
重配置失敗
完保檢測失敗
切換失敗

（2）註冊與鏈接管理

RM（註冊管理）

描述在網絡中註冊或者註銷一個UE並在網絡中創建該用戶的上下文。

CM（鏈接管理）

描述UE與AMF之間的創建和釋放信令的鏈接。

（3）5G無線承載控制

5G Qos參數分爲A-Type和B-Type兩種
5G Qos管理最小粒度爲Qos flow

7.6 5G測量與移動性管理

NR測量

LTE網絡中，按照扇區進行覆蓋。
在NR/5G中，廣播信號能夠在波束中傳播，SSB可使用四、八、64個波速。
在5G中不只有小區間切換，並且也存在小區內的波束切換。

NR測量配置

NR測量報告觸發類型

站間切換基本流程

測量配置
測量上報
切換執行

8. 5G無線網絡優化覆蓋

8.1 覆蓋優化

（1）覆蓋率測試法

路測覆蓋率
MR覆蓋率

（2）波束

波束管理

一般波束越窄，信號增益越大，但反作用是一旦波束偏離用戶，用戶反而接受不到高質量的無線信號。

波束管理過程

控制信道設置

5G覆蓋加強—SUL

在第三代合做夥伴計劃(3rd generation partnership project，3GPP)新空口(new radio，NR)協議中引入了SUL。SUL主要用來承載NR覆蓋邊緣的用戶，引入SUL能夠補充高頻NR的上行覆蓋。終端能夠經過正常上行鏈路(normal uplink，NUL)或SUL進行上行傳輸。當上行載波的覆蓋變差時，終端能夠從NUL切換到SUL。

8.2 天線基礎及參數

（1）天線基本概念

收集無線電波併產生電信號
把從傳輸線上傳下來的電信號轉化爲無線電波發射到空間

（2）MIMO演進

3G：WCDMA HSPA標準	只能使用SISO，下行峯值速率7.2Mb/s
3G：WCDMA HSPA+標準	支持2x2MIMO，下行峯值速率42Mb/s
4G：3GPP LTE標準	支持SISO、2x2MIMO、4x4MIMO，下行峯值速率100Mb/s
4G：3GPP LTE-A標準	最多支持8x8MIMO，下行峯值速率1Gb/s
5G	大規模天線：基站使用大規模天線陣列

（3）AAU基本概念

AAU：移動網絡創始於宏基站，隨後發展到分佈式基站節省了饋損，大大提升網絡覆蓋。
AAU的優點：緩解站點空間小問題

（4）天線類型

全向天線

全向天線，即在水平方向圖上表現爲360°都均勻輻射，也就是日常所說的無方向性，在垂直方向圖上表現爲有必定寬度的波束，通常狀況下波瓣寬度越小，增益越大。全向天線在移動通訊系統中通常應用於郊縣大區制的站型，覆蓋範圍大。

定向天線

定向天線，在水平方向圖上表現爲必定角度範圍輻射，也就是日常所說的有方向性。同全向天線同樣，波瓣寬度越小，增益越大。定向天線在通訊系統中通常應用於通訊距離遠，覆蓋範圍小，目標密度大，頻率利用率高的環境。

（5）天線參數

8.3 5G覆蓋優化流程

（1）覆蓋優化流程

數據採集

經過不一樣的數據採集系統進行覆蓋相關數據採集。

覆蓋評估

8.4 5G覆蓋問題及優化方案

（1）覆蓋問題概述

弱覆蓋
越區覆蓋
覆蓋不均衡
重複覆蓋

（2）弱覆蓋

站點中間出現徹底沒有NR信號區域。

弱覆蓋緣由及優化方案

（3）越區覆蓋

越區覆蓋：因爲基站天線掛高太高或者俯仰角太小引發的該小區覆蓋距離過遠，從而越區覆蓋到其餘站點覆蓋的區域，而且在該區域手機接收到的信號電平較好

越區覆蓋緣由及優化方案

（4）重疊覆蓋

每一個小區內的終端用戶都會受到來自其餘小區的同頻干擾。一般把受到較多的同頻鄰區干擾影響且干擾較大的區域稱之爲重疊覆蓋區域。

（5）覆蓋不均衡

「上下行不平衡通常是指下行覆蓋大於上行覆蓋。在只有下行覆蓋的區域,當用戶由於檢測到了基站信號,想要接入或者切換時,由於上行達不到覆蓋要求,也就是手機以最大功率發射基站也收不到,就會形成接入失敗或切換失敗。另外若是上行覆蓋是連續的,那麼下行信號由於覆蓋大於上行,會對鄰區形成干擾。」

9. 5G業務測試方法與驗證

9.1 概述

（1）無線網絡性能測試分類

DT車載測試

開着車在路上測試，在室外進行。

CQT通訊質量測試

定點測試

（2）測試主要工具

硬件工具：

筆記本

USB接口、硬板讀寫速率。

外用USB的GSP。

測試終端

分析工具：

LMT：本地維護終端

LMT是一個邏輯概念。LMT鏈接到RNC外網，提供NODE B操做維護的用戶界面。在NODE B操做維護子系統中，是用戶對NODE B進行操做維護的終端。LMT 提供圖形化用戶界面，使用戶能夠經過Web 頁面對BSC6900 進行操做和維護，實現MML 命令的輸入、命令執行結果的顯示、告警顯示、消息跟蹤、性能監測和設備維護等功能。

OMC：操做維護中心
ATP：自動測試平臺
掃頻儀

對網絡的阻抗特性、傳輸特性進行測量的問題。

應用軟件：

OMT：操做維護工具
Mapinfo：桌面地理信息系統
FTP：文件傳輸協議
Dumeter：提供直觀的速率呈現

調整工具：

使用坡度儀測量天線下傾角、使用羅盤測量天線方位角

（3）測試驗證的流程

獲取測試任務
工具設備準備
設備鏈接
數據採集記錄觀察
數據統計報表輸出

（4）測試驗證組織框架

9.2 測試驗證的基本要求

（1）加擾方式

窄波束模擬掃描
寬波束隨機模擬

（2）測試場景

單站
多站

（3）關鍵指標

RSRP：參考信號接收頻率
SS-PSRP：承載同步信號RE的功率平均值
RSSI：接收信號強度指示
RSPQ：參考信號接收質量
SINR：信幹噪比

9.3 報表輸出方法

（1）終端參數

（2）EN-DC參數

（3）測量參數

9.4 天線系統及參數調整

（1）經常使用天線類型

全向天線
定向天線
雙極化天線

（2）天線掛高

不一樣環境下，天線掛高不一樣。

（3）天線方位角

取值0到360度

（4）天線隔離度

天線隔離度是指一個天線發射的信號與另外一個天線所接收的信號功率的比值。

（5）天線下傾角

天線垂直面最大增益處與水平方向的夾角。