5G 技术详解
2022-12-15 10:12:00 1 举报
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大纲/内容
5G技术详解
第一代：1G，1980年代：1G提供了模拟语音
第二代：2G，1990年代初期：2G引入了数字语音（例如CDMA-码分多址
衔接：2.5G
第三代：3G，2000年代初期：3G带来了移动数据（例如CDMA2000）
第四代：4G，2010年代：4G LTE迎来了移动宽带时代
第五代：5G，2020年代：5G开始普及
移动网络的演进
光速(C=30万公里/s=300兆米/s)=波长(λ)*频率(f)
2G，3G，4G主要使用分米波/5G主要是厘米波和毫米波
波长越短，频率越大，带宽越高，穿透力越弱
毫米波(分米波、厘米波)
基站分为微基站和宏基站
5G微基站更多，对人类影响远＜宏基站的影响
微基站
天线的长度和波长成正比
天线长度要求＞波长，3G→4G→5G天线越来越短
天线尺寸
增加天线的数量增加信道
大规模MIMO(Massive MIMO)
4G时代：两人通信必须经过基站的控制信令和数据包
5G时代：同一基站下的用户可以直接通信，不需经基站
D2D(Device to Device)
核心技术
4G：核心网EPC
特性：控制和转发分离
5G：核心网5GC，接入网NG-RAN
AMF：接入和移动管理功能，直接管理5G无线接入的请求，进行注册管理，连接管理，可达性管理，移动性管理等功能
SMF：会话管理功能，会话建立，修改和释放，包括UPF和AN节点之间的通道维护，UEIP地址分配和管理等
UPF：用户面的管理功能，分组路由和转发，数据包检查，用户平面部分策略规则实施，例如门控，重定向，流量转向等
PCF：策略控制功能，是使用统一的策略框架来管理网络行为，并协同UDR中的用户信息，来执行相关的策略
UDR：统一数据存储库，通过UDM存储和检索用户数据，由PCF存储和检索策略数据，存储和检索用于开放的结构化数据
UDM：统一数据管理，通过生成3GPPAKA身份验证凭据，通过对SUPI的存储和管理，对用户进行识别处理，对用户进行合法性验证
NRF：网络存储库功能，支持服务发现功能，从NF实例接收NF发现请求，并将发现的NF实例（被发现）的信息提供给NF实例
NEF：网络开放功能，是5G对外开放和提供标准接口的网络功能。基于3GPP网络功能通过NEF向其他系统公开功能和事件，既提供开放性，又能保障系统的安全
APN决定了手机通过哪种接入方式来访问网络，用来标识GPRS的业务种类
DNN：数据网络名称，DNN在5G中的定义等同于以往定义的APN。两个标识符具有相同的含义并且具有相同的信息
UCMF：UE无线能力管理功能，用于存储与PLMN分配或制造商分配的UE无线功能ID对应的字段条目
SMSF：短信网络功能，支持基于NAS的SMS，主用用于管理用户数据检查并相应地进行SMS传递
NSSF：网络切片选择功能，是5G支持网络切片网络功能。选择为UE提供服务的网络切片实例集，以为用户提供个性化的网络服务
NWDAF：网络数据分析功能，是运营管理的网络分析逻辑功能。NWDAF为NF提供特定于网络切片的网络数据分析
AP：应用功能，指应用层的各种服务，可以是运营商内部的应用如Volte AF(类似4G的Volte As）、也可以是第三方的AF（如视频服务器、游戏服务器）
5G：5GC核心组件
非独立部署(NSA)：LTE + 5G NR毫米波
非独立部署(NSA)：LTE + 小于6GHz NR频段
独立部署SA
5G部署三种方式
频率范围：450MHz - 6.0GHz
最大信道带宽100MHz
FR1：Frequency range 1 （FR1）：就是我们通常讲的6GHz以下频段
频率范围：24.25GHz - 52.6GHz
最大信道带宽400MHz
FR2：Frequency range 2 （FR2）：就是毫米波频段
5G NR频段号标识以“n”开头，比如LTE的B20（Band 20），5G NR称为n20
频段标识
最多支持16个载波形成NR CA规格，每个载波400MHz，最大聚合带宽6.4GHz
CA规格
频段内连续CA，频段内连续载波聚合CC同属一个频段，且在频域上连续
频段内非连线CA，频段内连续载波聚合CC同属一个频段，但在频域上不连续
频段间CA，频段间载波聚合CC属于不同的频段，多个CC之间在频域上基本都是不连续的
CA分类
5G NR支持16CC载波聚合
5G NR 频谱
基站天线概念：从理论上来说，天线的理想长度通常是电磁波波长λ的 1/4
天线长度：
周期的倒数叫做频率，用符号f表示，f = 1/T
是单位时间内完成周期性变化的次数，是描述周期运动频繁程度的量，常用符号f或ν表示
频率（Hz）：
波长λ和频率f成反比λ=v/f
波长越短：工作频率越高，波长越短，抗干扰能力和绕射能力越弱
抗干扰
天线多是全向360°
第一代1G时代
一个小区需要三个扇区覆盖，蜂窝通信
定向天线120°
第二代2G时代
缓解信道质量不稳定带来的性能下降，从而增强覆盖
分散发射、集中处理
模式一：传输分级
将要传送的数据分成几个数据流，然后在不同的天线上进行传输，从而提高系统的传输速率
提升小区容量
模式二：空间复用
MIMO 多天线
第三代3G时代
通常是2 天线、4 天线、8 天线
传统MIMO
可超过100个天线
每一天线单元可单独控制发射(接收)
将分集和复用的优点集于一身
波束赋型
16T16R 以下的 Massive MIMO 天线阵列，只能提供水平维度的 2D 波束赋型
32T32R 的 Massive MIMO 天线阵列，可以实现水平和垂直方向上的 3D 波束赋型
64T64R 的 Massive MIMO 天线阵列，可以实现水平和垂直方向上的 3D 波束赋型（高阶厂商才有，如华为）
秘笈：能够打破空间的限制
大规模 MIMO，也即是Massive MIMO
第四，五代4G/5G时代
技术演进
外框
天线技术
网络架构
SDN:软件定义网络
NFV:网络功能虚拟化
切片的特性：例如低延迟、高吞吐量、连接密度、频谱效率、流量容量和网络效率切片
每个网络切片至少包括无线子切片、承载子切片和核心网子切片，以适配各类业务与应用
Network Slicing:网络切片
MEC:多接入边缘计算
Fronthaul:前传
Backhaul:回传
C-RAN:云无线接入网
SDR:软件定义无线电
CR:认知无线电
Small Cells:小基站
D2D:设备到设备通信
mmWave:毫米波
低时延技术
关键技术
核心网
终端连接5G基站用新空口，连接4G基站用旧空口
NR：New Radio新空口，5G专属频段；基于5G基站
VoNR：Voice Over NR，5G语音通话，基于5G基站
LTE：LTE空口，基于4G基站，演进的4G基站
5G非独立组网的架构图
5G新空口图
5G组网模型
术语名词
N1接口：为UE和AMF间的信令面接口。N1是逻辑概念的接口，不存在物理口
N2接口：为(R)AN和AMF间的信令面接口。类似于4G中的s1-mme接口。
N3接口：是5G (R)AN（Radio Access Network ）与UPF（User Plane Function）间的接口，主要用于传递5G (R)AN与UPF间的上下行用户面数据
N4接口：为SMF和UPF间的接口，用于传输SMF和UPF间的控制面信息
N5接口：策略控制功能PCF与应用功能AF间接口
N6接口：是 UPF（User Plane Function）与DN（Data Network）的接口，用于传递UPF与DN之间的上下行用户数据流，基于IP和路由协议与DN网络通信
N7接口：进程管理单元SMF和策略控制功能PCF接口
N8接口：统一数据管理UDM和移动性管理单元AMF间接口
N9接口为：UPF（User Plane Function）和UPF之间的用户面接口，用于传递UPF间的上行、下行用户数据流。用于单会话，多锚点。漫游的时候也通过N9连接
N10接口：统一数据管理UDM和进程管理单元SMF间接口
N11接口：接入与移动性管理功能AMF和进程管理单元SMF间接口
N12接口：接入与移动性管理功能AMF和鉴权服务功能AUSF间接口
N13接口：统一数据管理UDM和鉴权服务功能AUSF间接口
N14接口：移动性管理单元AMF之间接口
N15接口：在非漫游情况下，策略控制功能PCF和接入和移动性管理AMF间接口，在漫游情况下，在v-PCF和AMF间接口
N22接口：网络切片选择功能
N26接口：为MME和AMF间的信令面接口
5G接口类型
3D/超高清视频
高清语音
云办公
云游戏
eMBB切片：满足高带宽需求
智能家居
AR/VR
M2M
智慧城市
mMTC切片：满足高用数需求
工业自动化
自动驾驶
高可靠应用
移动医疗
智慧交通
uRLLC切片：超可靠低延迟需求
三大应用场景
Building Base band Unit，基带处理单元；主要负责信号调制BBU分离成CU和DU，DU下沉到AAU处，一个CU可以连接多个DU
BBU
射频拉远单元；主要负责射频处理
RRU
连接RRU和天线
馈线
主要负责线缆上导行波和空气中空间波之间的转换
天线
Centralized Unit，集中单元
CU
Distribute Unit，分布单元
DU
Active Antenna Unit，有源天线单元把RRU和天线融合在一起的设备
AAU
前传：指AAU连接DU部分
Fronthaul
中传：指DU连接CU部分
Middlehaul
回传：是CU和核心网之间的通信承载
Backhaul
基站架构模型
关键名词
5G基站
打造一个将地面无线和卫星通信集成的全连接世界，将传统地面通信与卫星通信的融合，形成“天地互联”的效果，以实现更高的传输速度和更全面的覆盖
5G+卫星网络
利用5G网络保证车端和平台端之间的紧密协作和信息交互（矿山，港口，园区，城市等）
5G+远程遥控驾驶
中央智慧工艺感知控制系统+增强现实，为工厂安上“千里眼”
5G+AR/VR
从分析、预警、管控、预测和决策全面智能化质量监控点进行实时质量检测
5G+机器视觉
真正提供人工智能、机器视觉、AI视觉应用
5G+实景视频分析/三维扫描
智能物流调度系统，设备点检、保养维修打造节能减排“新标尺”
5G+AGV/移动终端平台
5G应用
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