5G关键技术及进展

2、R17主要聚焦mMTC业务。
16
2.2 5G技术研发试验进展
为加快推动5G研发，工信部牵头成立5G推进组开展5G技术研发试验，已基本完成第三阶段测试。 研究院全面参与5G推进组的标准制定工作，参与10余项标准规范的制定，并积极推动共享
室分标准制定及测试。
核心 网 双连接
EPC增 强
.NFV .网络切片 .语音业务 . 安全
7
1.2.4 新频谱大带宽—支撑eMBB业务
增加带宽是增加容量和传输速率最直接的方法，5G最大带宽将会达到400MHz，可良好支 撑eMBB业务发展。
根据香农公式，信道最大传输速率
5G小区带宽定义
跟频谱带宽成正比
C = B Log2 (1 + S/N)
C: 信道速率，S/N：信号噪声功率比
频域宽，时域窄， 用于时延敏感的车 联网等业务
……
6
1.2.3 网络切片—灵活实现多业务需求
网络切片是一种按需组网的技术，在统一的基础设施上切出多个虚拟的端到端网络，高效灵 活满足各行业差异化需求。
业务
5G网络
eMBB切片 CloudVR切片
车联网切片 物联网切片
5G网络切片示意图
云端各业务 服务器
71.35
1
1
1
30
33.33 14
2.34
35.68
0.5
2
2
60
16.67 14
1.17
17.84
0.25
4
3
120
8.33 14
0.57
8.92
0.125
8
根据子载波间 隔的灵活架构
4
240
4.17 14
0.29
4.46
0.0625
16
注：240KHz子载波间隔只用于下行同步信号发送
注：无线帧和子帧长度与LTE相同，保持 LTE与NR间共存
Autonomous Vehicles
HD Video
360○ VR (lo res)
System Control
Cloud assisted Driving
Home sensors
1S
100ms
10ms
Industry Control sensors
1ms
100us
终端
无线侧
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ空口时延
IP 传输 传输
2.6G
蜂窝网
可见光
2515
频段
频段 3.5G
待分配
12 3 4 5 610 20
30
40
50 60
70
80
90 GHz
（仅限室内）
3300
3400
5G核心频谱
5G扩展频谱
4.9G
4800
4900
2675
3500
3600
8
1.2.5 多天线技术
大规模天线阵列（MassiveMIMO技术），即在基站侧配置上百个天线，实现天线同时 收发数据，达到提升传输速率和系统容量的目的。
2018
候选提案提案
2019
2020
Q1 Q2 Q3 Q4
完成技术规范
2021
2018.6完成SA(独立组 网)标准
计划2019.12完成满足ITU全 部要求的完整5G标准
R14:5G研究
R15:第一版5G标准
R16:完整5G标准
延迟3个月
2017.12完成NSA(非独 立组网)标准
R17项目包
注：1、R15主要聚焦eMBB业务，R16主要聚焦URLLC业务（V2X、工业互联网等），同步对eMBB 业务能力进行增强（MIMO、CA、IAB中继技术、毫米波等）。
室内微站
OPPO Reno5G 华为MateX 三星S10 中兴Axon10 Pro
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2.4 全球5G部署情况
5G成为体现国家科技和经济竞争力国家战略，全球主要科技强国都在抢跑。 国际运营商主要选择NSA架构，依托4G网络快速部署5G NR。
C = min( nt, nr) B Log2 (1 + S/N)
min( nt, nr)：实际信号传输数据流数，
由接收和发送天线的最小值决定
64T64R天线
64T64R天线
5G
…
5G
4天线收
✓ 天线数：传统TDD天线2/4/8通道，MM天线64/128/256通道 ✓ 传输速率：大量增加振子数量，增加同时传输的数据流数，
高效灵活部署差异性需求业务网络
◆ 通过安全隔离、资源隔离等措施： ✓ 保证业务质量 ✓ 实现独立运维运营
运营商可以服务更多的商业场景
◆ 开源 ✓ 有机会进入垂直行业的巨大市场 ✓ 带来高质量服务的可能性 ◆ 节流 ✓ 统一基础设施适应所有业务 ✓ 减少建网和运维成本 注：切片整体标准和技术成熟预计需要2022年后
LTE
Signal BW=18MHz LTE：100*12*15000=18MHz 效率：18/20=90%
NR
Signal BW=98.28MHz(3.5GHz) NR：273*12*30000=98.28MHz 效率：98.28/100=98.28%
频域窄，时域宽， 用于速率低，时延 不敏感的物联网
频段 小于1GHz 1-6GHz 24GHz-52.6GGHz
支持的子载波间隔 15kHz,30kHz
15kHz,30kHz,60KHz 60KHz,120KHz
5
1.2.2 新波形-灵活实现多业务需求
5G空口继承了4G正交频分复用技术，同时引入更好的滤波技术（F-OFDM），减少了保护 带宽的要求，提升了频率利用率，并实现了子载波和业务需求的自适应。
波束赋形可匹配不用场景覆盖
◼ 原理：应用了干涉原理，波峰与波峰相遇位置叠加 增强，波峰与波谷相遇位置叠加减弱。
✓未使用BF，波束形状、能量、强弱位置是固定的， 位于叠加减弱点用户，如处于小区边缘信号强度低。
✓使用BF，通过对信号加权，调整个天线阵子的发射功 率和相位，改变波束形状，使主瓣对准用户，提高信 号强度。
速率
<1Mbps
NB-IoT <200Kbps
覆盖增强
15dB＋ 20dB+
低成本
<8$/模组 <5$/模组
低功耗
5~10年 10年
大连接
10k 50k
时延
100ms级别 秒级别
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1.2.8 uRLLC场景对时延要求苛刻
未来将催生多样化的uRLLC垂直行业，这对网络提出了极为苛刻的要求。
Video
5G核心网
终端 ..双连接 .NR功能 .射频性能 . 语音业务 .外场性能 .系统间互操 作
基站 双连接
低频 毫米波 室分
.NR功能 .射频 .接口 . 性能
.系统间互操 作 .组网性能 .语音业务
互操 作. 终端与系统 间互操作
网 基终 络 站端
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2.3 5G产品研发进展
5G产业链正快速推进各产品研发，力争赶上5G 2020年大规模商用时间点。
1Gbps 100Mbps 10Mbps
Things
1Mbps
100Kbps 10Kbps
sensors
10S
8K Video
AR/VR
360○ VR (Hi res)
4K Video
Haptic VR
移动互联网未来四大业务： 高清/超清视频、AR/VR、 物联网、车联网，
需要网络提供超低时延、 超高带宽传输保障
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1.2.8.2 边缘计算
未来5G网络的核心变成以通用服务器组成的各级数据中心，电信网和互联网将逐步融合。 通过在无线接入侧部署通用服务器，在网络边缘实现部分云计算平台能力，降低网络带宽和
访问时延，并实现能力开放、创新业态。
云编排管理
VNF
VNF
VNF
VNF
NFVI orchestrate
mMTC 支持海量用户连接
的物联网
智慧城市 智能监控
uRLLC 超高可靠性、超低
时延业务
远程医疗 自动驾驶
3
1.2 5G关键技术
➢ IT化：软件功能化，C/D（计算不数据）分离
新 核
➢ 互联网化：SBA服务化架构
心 ➢极简化：C/U（控制面/用户面）分离，多样化连接
网 ➢服务化：网络切片，边缘计算
SGW
PGW
核心网
传输时延 光纤回传时延1ms/200km
IP传输
传输
公网高时延 >50ms
Internet
：
如何保障？
12
1.2.8.1 灵活帧和时隙结构—降低空口时延
5G支持灵活的帧和时隙结构，能实现快速调度及反馈，更能满足低时延业务的需求。
1 5G调度时间比4G更短
2 5G反馈速度比4G更快
水平波束低楼覆盖 选择人口密集区域覆盖
垂直波束高楼覆盖
公 路
道路窄波束远覆盖，旁边宽波束
10
1.2.7 mMTC实现万物互联
目前5G mMTC标准还 在制定中，未来将支持 更高速率、更大连接， 初期可以继续使用4G 的NB-IoT和eMTC物联 网技术。
4G 中低速
物联网应用场景
5G 中高速
eMTC
核心网 进展
基站 进展
终端 进展
➢ 主要功能基本成熟：主要厂商已推出5G核心网， 基本具备试商用条件，但实际应用还需要对现 网核心网、 业务开通系统、计费系统、无线 接入系统等进行升级/改造。
➢ 5G 室 外 宏 站 ： 主 要 厂 商 已 先 后 推 出 3.5GHz 、 2.6GHz、 4.9GHz频段的基站设备。
➢更大交换容量： 核心层由640G提升至12.8T
新 传
➢ 更高性能：节点时延10us级，时间误差ns级
输 ➢切片支持：支持分组/TDM，实现软、硬融合切片 网 ➢智慧运维：引入SDN，实现全局视角智能调度
➢ 更大带宽：100MHz/400MHz
新 ➢更多天线：标配天线64通道，192阵子
无 线
➢ 系统设计：波束管理、新参考信号、新编码等
一、5G关键技术 二、5G研发及网络部署进展 三、5G网络部署需关注的问题
1.1 5G关键能力及应用场景
“4G改变生活、5G改变社会”，5G端到端的关键能力得到了极大提升，提出了三大应用 场景，将催生大量新兴行业应用。
应用不断丰富
性能不断提升
eMBB 更高带宽、更高速 率的增强移动宽带
4K/8K AR/VR
网 ➢灵活参数：短帧结构、短调度等
➢ 更新结构：CU/DU分离，超密集组网
➢ 更高功率：26dBm
新 ➢更多天线：2发射天线、4接收天线
终 端
➢ 更多形态：智能手机，AR/VR眼镜，无人机、机器
人等
4
1.2.1 新型帧结构-灵活实现多业务需求
5G支持灵活的帧结构，定义了不同子载波间隔、时隙和字符长度，适配不同应用场景需求。
提高信道传输速率，提升频谱效率。
✓ 容量：传统的2D-MIMO仅能在水平维度区分用户也导致其同 时、同频可服务的用户数受限。3D-MIMO可充分利用垂直和
水平维度的天线自由度，提升同时、同频可服务的用户数， 极大地提升系统容量。
2T4R/4T4R天线 4G
5G 2天线发
4G
2…天线收
4G
9
1天线发
1.2.6 波束赋形技术
第三方应用
站点机房 综合接入局房 边缘DC
区域DC 城域网
AR/VR
车联网
大型赛事现场
企业园区
智慧校园
核心DC 骨干网
室内导航
< 1ms
2-5ms
< 10ms
14
一、5G关键技术 二、5G研发及网络部署进展 三、5G网络部署需关注的问题
2.1 5G标准进展
2015
2016
2017
技术性能需求与评估方 法研究
➢5G室内微站: 部分厂商已推出内部测试产品， 预计2019年第二季度推出商用产品。
➢ 5G商用终端：2019年Q3会有5G手机商用。主要 供应商：小米、vivo、OPPO、联想、华为、中 兴、三星、苹果等。
云编排管理
VN F
VNF
VNF
VNF
NFVI
orchestrate
云化核心网
宏站64T64R AAU
Radio Frame 10ms
秘密▲
Subframe 1ms
固定架构

子载波间
符号长
N slot symb
CP 长度
CP+OFDM 时隙长度 每个子帧（1ms）
隔（KHz） 度（us）
（us） 长度（us） （ms） 中的时隙数
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0
15
66.67 14
4.69
比较项
5G
4G
载波宽带 100MHz
20MHz
下载速率 DL: 3.5Gbps
DL: 100Mbps
10M 15M 20M 40M 50M 60M 80M 100M
Sub 6GHz
50M 100M 150M 200M 400M
mmWave
国内5G频谱分配
Sub 6GHz 以3.5GHz为主
毫米波 以28/39/60/73GHz为主
2.5ms（双周期）
2.5ms
2.5ms
D D D S U D D S U U ……
制式 5G
4G
调度时间
1 slot，uRLLC超低时 延场景可调度符号级
1ms
0.5ms
0.5ms
0.5ms
D
U
下行时隙
上行时隙
下行调度及 数传
上行控制及 SRS信号
上行调度
上行数传
DU
DU
ACK/NACK
特殊时隙（self-Contain结构）
通过控制每个天线单元的信号相位和幅度，产生具有指向性的波束，实现更好的干扰抑制和 空间多用户复用的能力，是提升系统容量和传输效率的有效手段，且可匹配不同场景的覆盖。
波束赋形带来的好处
✓形成窄的发射波束，赋形增益高，覆盖距离远，可弥补 高频带来的路径损耗，提升覆盖能力。 ✓ 形成多维波束，提升系统容量。 ✓ 窄的发射波束指向性强，系统具有很强的抗干扰能力。