5G NR原理认知

 5G NR空口关键技术

多天线MIMO技术分为如下4类：发送分集、空间复用、波束赋形、多用户MIMO。

Massive MIMO技术优点：

•         强散射环境之下用户信道具有低相关性；

•         视距环境之下用户信道空间自由度提高；

•         阵列增益明显增加，干扰抑制能力提高；

•         波束分辨率变高，信道向量具有精细的方向性；

波束用4元组刻画：方向角、倾角、水平波束宽度、垂直波束宽度。

高频信道传播损耗包括：自由空间传播损耗、穿透损耗、衍射绕射损耗、雨衰和大气影响

 

下行信号：同步信号：PSS\SSS；参考信号：DMRS、PT-RS、CSI-RS

上行参考信号：SRS\DMRS

物理广播信道（PBCH）：承载部分系统信息（MIB）并在小区覆盖区域内进行广播。

物理下行控制信道（PDCCH）：用于携带下行控制信息（DCI），以发送下行调度信息、上行调度信息、时隙格式指示和功率控制命令等。

物理下行共享信道（PDSCH）：主要用于部分系统消息（SIB）的传输、下行链路数据的传输以及寻呼消息的传输。

物理随机接入信道（PRACH）：用于发起随机接入。

物理上行控制信道（PUCCH）：用于携带上行控制信息（UCI），以发送HARQ反馈、CSI 反馈、调度请求指示等L1/L2控制命令。

物理上行共享信道（PUSCH）：主要用于上行链路数据的传输，是下行链路上PDSCH的对等信道。

5G新编码:  控制信道：polar；业务信道：LDPC。

空口：上行：CP-OFDM\ DFT-S-OFDM; 下行：CP-OFDM。上行dft-s-ofdm有较低的峰均比。

5G NR中定义的无线帧时域长度为10ms，包含了10个长度为1ms的子帧，每个无线帧依然可划分为两个5ms半帧，第一个半帧包含子帧0-子帧4；第二个半帧包含子帧5-子帧9。

•  μ取值的变化，引起了符号的长度可变，最终导致时隙的时长可变。

•  每个时隙中的OFDM符号可配置成上行、下行或flexible

•   FFT采样点数为4096，子载波间隔用最大的480KHz

Numerology（μ）由子载波间隔SCS（subcarrier spacing）和循环前缀CP（cyclic prefix）定义

 

μ取值有5个，分别为0、1、2、3、4，其中

0对应的是子载波间隔15kHz，每个子帧有1个slot；

1对应的是子载波间隔是30kHz，每个子帧有2个slot；

2对应的是子载波间隔是60kHz，每个子帧有4个slot；

3对应的是子载波间隔是120kHz，每个子帧有8个slot；

4对应的是子载波间隔是240kHz，每个子帧有16个slot。

因为μ值不一样，对应的子载波间隔不一样，对应的slot不一样，对应的symbol长度也不一样，但是子帧的长度是1ms，

OFDM符号类型可以被定义为下行符号（D）、灵活符号（X）或者上行符号（U）

2ms单周期：上行占比：（2+14）/14*4=28.6%，下行占比（10+14*2）/14*4

2.5ms单周期：上行

2.5ms双周期：

FR1我们通常称之为Sub 6G，最大信道带宽100MHz。FR2通常称之为Above6G，最大信道带宽400MHz。5G NR支持16CC的载波聚合。

5G的资源传输单位为RB(ResourceBlock)，在频域占用12个载波数，但在时域占用的OFDM符号数不固定，通过系统动态确定。

RE（ResourceElement），时间上一个OFDM符号，频域上一个子载波。

FR1和FR2最小保护带宽计算公式：(CHBW x 1000 (kHz) - RB value x SCS x 12) / 2 - SCS/2。         CHBW:信道带宽，SCS:子载波间隔

5G NR网络关键技术

软件定义网络（SDN）是指从OpenFlow发展而来的一种新型的网络架构，其核心理念是使网络软件化，使网络能力充分开放，从而使得网络能够像软件一样便捷、灵活，提高网络的创新能力。

SDN在应用中大体可划分成三层体系结构，分为应用层，控制层和基础设施层：

NFV网络功能虚拟化，虚拟功能网元（VNF）与硬件完全解耦，改变了电信领域软件、硬件紧绑定的设备提供模式。能够大幅提升电信网络的灵活性、缩短业务的部署和推出时间、提升资源的使用效率。

5G NR接口协议

gNodeB由CU和DU组成，CU和DU间接口为F1接口，DU由BBU和AAU组成，一个DU中只有一个BBU，一个DU中有一个或者多个AAU，BBU和AAU间接口为eCPRI接口，gNodeB通过NG-C接口和AMF连接，通过NG-U接口和UPF连接，gNodeB通过Xn接口和另外一个gNodeB进行连接，CU与5GC之间的连接为NG接口。

gNB/ng-eNB主要功能包括：

•  无线资源管理：无线承载控制，无线准入控制，动态资源分配 连接态移动性控制;

•  IP头压缩、数据加密和完整性保护;

•   AMF选择；

•   到UPF的用户面数据路由;

•   到AMF的控制面路由;

•   连接建立和释放;

•   寻呼消息和系统广播消息的调度和传输;

•   测量和测量上报配置;

•    支持网络切片，支持双连接；

•    QoS Flow 管理和到DRB的映射;

•    支持 UE RRC_INACTIVE态;

•     NAS消息转发。

AMF：负责终端接入权限和切换等，类似LTE的MME。功能包括：

•    NG接口终止

•    移动性管理

•    接入鉴权、安全锚点功能

•    安全上下文管理功能

UPF：负责用户数据处理，类似LTE的SGW+PGW。与LTE的MME/SGW/PGW类似，AMF/UPF体现了控制面和媒体面分离的思想。功能包括：

•   intra-RAT移动的锚点

•   数据报文路由、转发、检测及QoS处理

•    流量统计及上报

SMF：实现会话管理功能，具体包括会话的建立、变更和释放等。功能包括：

•   UE IP 地址的分配和管理

•   UPF 功能的选择和控制

•    PDU会话控制

NG-C接口用于连接NG-RAN与AMF，NG-U接口用于连接NG-RAN与UPF。

 

Xn接口协议也包括Xn-C和Xn-U，分别处理控制面数据和用户面数据。

Uu接口如下：

                                                           左侧控制面，右侧用户面

 

NR 控制面协议栈

•   NAS：非接入层（Non-Access Stratum）。

•   RRC 层：无线资源控制（Radio Resource Control）层。

•   PDCP 层：分组数据汇聚协议（Packet Data Convergence Protocol）层。

•   RLC 层：无线链路控制（Radio Link Control）层。

•   MAC 层：媒体接入控制（Medium Access Control）层。

•   PHY 层：物理层（Physical Layer）。

NR用户面协议栈，自上而下依次为以下几层。

•   SDAP 层：服务数据适应协议（Service Data Adaptation Protocol）层。

•   PDCP 层：分组数据汇聚协议层。

•   RLC 层：无线链路控制层。

•   MAC 层：媒体接入控制层。

•   PHY 层：物理层。

NR引入了3种RRC状态，包括RRC_IDLE（空闲态）、RRC_INACTIVE（去激活态）和 RRC_CONNECTED（连接态）

SDAP层功能：传输用户面数据；为上下行数据进行QoS Flow到DRB的映射；在上下行数据包中标记QoS FLow ID：在数据包上加上SDAP头，即标记QFI；

PDCP层的功能：执行 IP 头压缩以减少无线接口上传输的比特数；加密，解密和完整性保护。

RLC层的功能：传输上层PDU；编号；对RLC SDU的分割和重分割；重复检测；对 RLC SDU的重组；ARQ纠错；且有AM\UM\TM三种模式。

MAC层的功能：逻辑信道和传输信道之间的映射；复用和解复用；调度信息报告；通过HARQ机制进行纠错；一个UE逻辑信道优先级处理。

PHY层的功能：

(1) CRC检测和指示。通过循环冗余检验码的添加和检测实现检错功能。

(2) FEC编码/解码。NR 实际采用 LDPC 码和Polar 码进行信道编码，实现纠错功能。

(3) HARQ软合并。在接收方解码失败的情况下，保存接收到的数据，并要求发送方重传数据，接收方将重传的数据和先前接收到的数据进行合并后再解码以获取一定的分集增益，进而减少重传次数和时延。

(4) 速率匹配。通过信息比特和校验比特的选择，匹配实际分配到的物理时频资源。

(5) 信道映射。实现传输信道到物理信道的映射。

(6) 调制与解调。采用BPSK/OPSK/16QAM/64QAM/256QAM等调制方式提高信道的传输效率。

(7) 频率和时间的同步。通过时频同步保证信息的正确收发。

(8) 功率控制、测量和报告。

(9) MIMO处理。通过空分复用、分集等成倍提高系统容量。

(10)射频处理。将基带处理信号转换为射频信号。

(11)PHY层信道映射。