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第九届大唐杯省赛知识点梳理-5G无线技术（35%）

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5G无线技术（35%）










大纲要求：掌握无线技术演进，掌握5G场景与技术需求，掌握5G无线网络架构，掌握5G无线技术及应用，包括大规模天线、超密集组网部署、全频谱接入、新型多址、新型多载波、先进调制编码、双工技术等。掌握5G NR帧结构特点，掌握频谱划分及各运营商使用情况，掌握5G时频资源基本概念及分类，掌握5G中不同物理信道及信号分类、作用与功能。







一、5G无线技术及应用：










香农公式：




C=B{log_2}(1+$$\frac{S}{N}$$)







1.大规模天线技术（








Massive MIMO








）








：多输入多输出








技术






（1）概念：发射端和接收端都


使用几十上百根天线，波束窄，指向性传输，高增益，抗干扰，提高频谱效率




；




通道数能达到




64/128/256




个，信号覆盖在水平维度的空间基础上引入垂直维度的空域进行利用，信号的辐射状是个电磁波束（3D-MIMO）。



（2）原理：当空间传输信道所映射的空间维度趋向于极限大时，两两空间信道就会趋向于正交，从而可以对空间信道进行区分，大幅降低干扰，而巨大的阵列增益能够有效提升每个用户的信噪比（
\frac{S}{N}




）从而提升信道容量(C)，从而能够在相同的时频资源共同调度更多用户。



（3）优势：



·系统容量和能量效率大幅度提升。



·上行和下行发射能量将减少。



·用户间信道正交，干扰和噪声将会被消除。



·信道统计特性将会趋于稳定。



*大规模MIMO天线会实现的增益：



  1. 阵列增益


  2. 抗衰落的分集增益（用多根天线提供额外分集去对抗信道衰落，增加信道冗余度，从而提高信噪比提升可靠性和通信质量）


  3. 抗干扰的赋形增益（把发射机或接收机的多个天线用于形成一个完整的波束形态，3D，增强小区覆盖）


  4. 提升容量的空间复用增益（对收发天线信道矩阵进行分解，提供复用增益，解决容量问题，频谱利用率也会提升）。




  1. 全频谱接入技术（Full frequency-domain technology）



为什么出现？解决了什么问题？



随着移动通信的快速发展，新的业务和需求不断涌现，




单一的频谱资源已经无法满足5G时代的速率要求




。因此需要寻找新的频谱资源，充分挖掘可用的频谱来满足5G的发展要求。



全频谱接入涉及6GHz以下低频段和6GHz以上高频段，其中






低频






段是5G的核心频段，用于无缝覆盖；






高频






段作为辅助频段，用于热点区域的速率提升。全频谱接入采用的是高频与低频共存相关技术，充分结合低频和高频的各自有点将其融合在一起，使之达到覆盖面无缝隙、热点速率高且容量大的特点。利用高频谱混合组网技术可以有效解决




热点区域的速率和流量需求




，同时通过低频基站进行广覆盖可以




减少基站的数量，减少布网成本




。





  1. 超密集组网（UDN）



技术原理和优势



（1）




技术原理




：增加单位面积小基站的密度，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、增强网络覆盖、提高系统容量。



（2）




功能优势




：满足热点地区500-1000的流量增长的需求。





  1. 新型多址- 多址是用来区分同一个小区下不同用户的标识



简单原理



（1）FDMA:频分多址



（2）TDMA：时分多址



（3）CDMA:码分多址



（4）OFDMA-正交频分多址，在有限的频谱上有更多的用户



（5）非正交多址技术（进一步提升系统容量，支持上行非调度传输，减少空口时延，适应低时延要求）：



NOMA-非正交多址（日本NTT提出）：基于功率叠加的非正交多址技术；



SCMA-稀疏码分多址（华为提出）：基于多位调制和稀疏码扩频的稀疏码分多址技术；



MUSA-多用户共享接入技术（中兴提出）：基于复数多元码及增强叠加编码的多用户共享接入；



PDMA-功率域非正交多址接入（大唐提出）：基于非正交特征图样的图样分隔多址技术；





  1. 新型多载波技术



有哪些波形？



5G候选新波形：F-OFDM、FBMC（滤波器组多载波）、UFMC、GFDM



保存了：CP-OFDM（多载波）、UF-OFDM、DFT-S-OFDM（单载波）。





  1. 编码技术



信道有哪些？



  1. LDPC（低密度奇偶校验）码：




    业务（DTCH）




    /




    数据信道（PDSCH）




    ——在大数据块情况下表现更好，更适合我们数据信道所传输的大量数据一种具有稀疏校验矩阵的分组纠错码。几乎适用于所有的信道


  2. Polar（极化）码：




    控制信道(PDCCH)（包括广播信道PBCH）




    ——在小数据块情况下表现更好——广播控制信道（BCCH），寻呼控制信道（PCCH），公共控制信道（CCCH），专用控制信道（DCCH）




  1. 调制技术



调制的基本概念和分类，不同的调制技术有什么区别，对网络环境有什么依赖性



调制的概念：将原始信号转化为适合在信道中传输的形式的过程。



调制一般指载波调制（信道的概念），解调是调制的逆过程。



分为模拟调制和数字调制。模拟调制是调幅、调频、调相，技术比较简单但存在安全隐患和缺陷；数字调制是用载波信号的离散状态去表示所传递的信息，具有更高的抗干扰性能和安全性能。





QAM-正交振幅调制：相位和幅度调制的一个叠加，调制技术与速率息息相关



（1）16QAM(4G)



（2）64QAM(下行，2^6 -> 1个RE可以携带 6 bit 的信息)



（3）256QAM(2.5版本提出的，下行可用，现在上行也满足条件可用，2^8 -> 1个RE可以携带 8 bit 的信息)



高阶调制，信息越装越多，效率也越来越高





  1. 双工技术



概念，区别，对技术的要求



双工的概念：区分上下行



如何分配上下行？



  1. FDD-频分双工：上下行不同频率


  2. TDD-时分双工：相同频率，时域不同


  3. 全双工




    ——同时同频全双工，难点在于如何避免干扰问题


  4. 灵活双工（5G）




    ：根据需要改变上下行分配的时频域。允许在单个框架下对运营商的频谱进行最灵活的时频资源使用。灵活双工应固有地支持成对和非成对频谱，并对全双工前向兼容。





信道带宽的概念：





在频域上子载波间隔确定时、信道带宽可以配置的最大资源块的数量叫做






最大传输带宽






根据最大传输带宽来设置






最小保护带宽










最小保护带宽计算公式：(CHBW(带宽M)×1000(kHZ)-RB数×SCS×12)/2-SCS/2





信道带宽-传输带宽=保护带宽








二、5G NR帧结构特点






  1. 基本帧结构






    ：



*


SCS=2^{\mu}\times15



*CP（循环前缀）：把OFDM符号尾部的一部分复制到前面即为循环前缀，为了抵抗符号间的干扰和子载波之间的干扰。



*时隙与μ的对应关系：


N_{slot}^{Subframe,\mu}


为子帧的时隙
N_{slot}^{Subframe,\mu}=2^{\mu}




；
N_{slot}^{frame,\mu}




为无线帧的时隙，
N_{slot}^{frame,\mu}=10\times2^{\mu}




（μ越大时隙越多，时隙长度越小，符号也越小）



子载波配置/μ



子载波间隔(Hz）



CP



每个时隙的符号数



每帧的时隙数



每子帧的时隙数



0



15



常规



14



10



1



1



30



常规



14



20



2



2



60



常规



14



40



4



3



120



常规



14



80



8



4



240



常规



14



160



16



2



60



扩展



12



40



4



  1. 帧结构类型：


  1. eMBB帧 SCS=30kHz:



选项



属性



优势



劣势



Option1



DDDSU DDSUU,2.5ms双周期，S配比为10:2:2（可调整）



上行时隙配比均衡，可配置长PRACH格式



双周期实现较复杂



Option2



DDDSU，2.5ms单周期，S配比为10:2:2（可调整）



下行有更多时隙，有利于增大下行吞吐量，单周期实现简单



无法配置长PRACH格式



Option3



DDSU，2ms单周期，S配比为12:2:0（可调整）



有效减少调度时延



无法配置长PRACH格式



  1. 中国移动5G系统帧结构——5ms单周期，DDDDD DDSUU， S配比为 6:4:4



考察方式，2.5ms双周期：DDDSU DDSUU 位置关系



通过位置关系判断帧结构类型



  1. 5G中子载波间隔分类：15kHz、30kHz、60kHz、120kHz



影响到时域上子帧包含的时隙数，明白时频域对应关系





三、时频资源






  1. SCS不同取值与时域的对应关系


  2. 针对不同的信道所分配的时频资源单位不同，业务信道-RB(Resource Block资源块)；控制信道-CCE（聚合等级指的是什么有什么样的分类）,REG（Resource Block Group资源块组）



    AL等级



    CCE的数量



    候选数



    1



    1



    {n0,n1,n2,n3,n5,n6,n8}



    2



    2



    {n0,n1,n2,n3,n5,n6,n8}



    4



    4



    {n0,n1,n2,n3,n5,n6,n8}



    8



    8



    {n0,n1,n2,n3,n5,n6,n8}



    16



    16



    {n0,n1,n2,n3,n5,n6,n8}



  3. 不同资源单位之间的映射关系：1个CCE = 6个REG = 72个RE（换算）（1个REG=12个RE）

四、




频谱划分(




\lambda=\frac{c}{f}




)






  1. FR1、FR2的频率范围



频谱范围



优点



最大支持带宽



FR1



450MHz~6GHz



频率低，绕射能力强，覆盖效果好



100MHz



FR2



24.25~52.6GHz



超大带宽，频谱干净，干扰较少



400MHz



  1. 不同运营商分配方案


五、




物理信道及信号







  1. 信道分类及特点


  2. 信号分类及特点



下行物理信道与信号名称



功能简介



PBCH



物理广播信道



用于承载系统广播信息



PDCCH



下行物理控制信道



用于下行调度、功控等控制信令的传输



PDSCH



下行物理共享信道



用于承载下行用户数据



SS



同步信号



用于时频同步和小区搜索



DMRS



解调参考信号



用于下行数据解调和时频同步等



PT-RS



相位跟踪参考信号



用于下行相位噪声跟踪和补偿



CSI RS



信道状态参考信号



用于下行信道测量、波束管理，RRM/RLM测量和精细化时频跟踪等



上行物理信道与信号名称



功能简介



PARCH



物理随机接入信道



用于承载用户随机接入请求



PUCCH



物理上行控制信道



用于HRAQ请求、CQI反馈、调度请求指示等L1/L2控制信令



PUDCH



物理上行共享信道



用于承载上行用户数据



DMRS



解调参考信号



用于上行数据解调、时频同步等



PT-TR



相位跟踪参考信号



用于上行相位噪声跟踪和补偿



SRS



探测参考信号



用于上行信道测量、时频同步、波束管理等



  1. SSB：包含了PSS（主同步信号）、SSS（辅同步信号）、PBCH（广播信道）


  2. 信道栅格类型：



信道栅格（步长）有哪些，对应的不同单位




15kHz/30kHz



栅格：对频率进行衡量的时候，比如SSB同步的信道栅格那就指的是最小的同步的两个频率的间隔之间，就要是这个信道栅格，就必须是他的整数倍，以信道栅格为最小的单位。


六、




无线技术演进






  1. 模拟通信



特征：基于模拟电路的专用通信系统



  1. 数字通信



特征：语音和数据数字化，PCM，TDM和分组通信



  1. 互联网



特征：语音和数据IP化，网元分离



  1. DN/NFV



特征：控制/处理分离，软硬分离，网元虚拟化


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