5G技术核心与增强笔记：第一章 概述

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前言

5G继承了3G4G的设计理念，面向各种垂直应用进行了一系列专门优化。

2B面向企业， 2C面向用户

4G LTE核心架构： OFDMA + MIMO
5G NR(New Radio新空中接口)：在时域和频率域实现了更大的灵活性： eMBB(增强移动宽带)， URLLC（高可靠低时延通信），mMTC(大规模物联网)

3GPP R15版本： eMBB；
R16版本：URLLC， NR V2X， 非授权频谱通信， 终端节能

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一、概述

1G: 20世纪70年代， 蜂窝组网，模拟语音业务
2G: 10年后，窄带数字移动通信，同时支持短消息和低速数据，商用
3G：20世纪90年代末， WCDMA， CDMA2000, TD-SCDMA ,可10Mbps
4G：2010年，OFDM，MIMO，100Mbps-1Gbps

2013年，国内IMT-2020(5G)推进组

5G采用NR（NewRadio新空口），基于LTE的OFDM + MIMO，更大的频谱范围和载波带宽，灵活的帧结构，多样化的参数集，优化参考信号设计，新型编码，符号级别资源调度，MIMO增强，时延降低，覆盖增强，移动性增强，终端节能，信令设计优化，新网络架构，QoS增强，网络切片，车联网（Vehicle to everything, V2X）,工业互联网（Industry Internet of Things, IIoT），非授权频谱设计（New Radio-Unlicensed）

NR相比LTE的增强

5G 定义了三大应用场景，分别是增强移动宽带(Enhanced Mobile Broadband，eMBB)、高可靠低时延通信 (Ultra-Reliable and Low LatencyCommunications，URLLC) 和大规模物联网 ( Massive Machine Type Communications，mMTC)。其中eMBB 主要面向移动互联网，而URLLC 和mMTC 则面向移动物联网。移动互联网将以用户为中心构建全方位的信息生态系统，近些年来超高清视频、虚拟现实 (Virtual RealityVR)、增强现实 (Augmented Reality，AR)、远程教育、远程办公、远程医疗、无线家庭娱乐等以人为中心的需求正变得越来越普及，这些陆续出现的新业务需求必然会对移动通信的传输带宽和传输速率提出更高的要求。同时，移动物联网、工业互联网、车联网、智慧电网、智慧城市等垂直行业也在向信息化和数字化快速转型。除了智能手机外，可穿戴式设备、摄像头、无人机、机器人、车载船载等终端模组、行业定制终端等移动终端的形态也更加丰富多样。可见，基于5G 的愿景和不断诞生各种新业务需求和新的应用场景，4G 技术已很难满足，4G向5G 技术演进和发展是必然趋势。下面就 LTE 技术存在的主要不足以及5GNR(New Radio)中相应的增强和优化进行介绍。

更高频谱范围

LTE TDD Band42 Band43 3400-3800MHz LTE商用基本在3GHz以内

结合全球无线电频谱使用情况看，6 GHz以上的频谱范围内还有很广阔的频谱未被利用，因此5G支持FR2(Frequency Range 2，FR2)频率范围(24.25~52.6 GHz)内的毫米波频谱，以更好地满足和解决无线频谱不足的问题。同时，为了解决毫米波传播特性不理想、传播损耗大、信号易受遮挡而阻塞等问题，NR 协议引人了波束扫描、波束管理、波束失败恢复、数字+模拟混合波束赋形等一系列技术方案，来保证毫米波传输的正常通信。支寺广阔的毫米波频谱是5G NR 相比LTE 的一个巨大增强点，它可以使得未来5G 部署和业务应用释放出巨大的潜能。

NR支持更大系统带宽

LTE标准定义单载波带宽最大为 20 MHZ，如果系统带宽超过这个范围，则需要通过多载波聚合(Carrier Aggregation，CA) 方式来支持。载波聚合由于在空口存在辅载波添加和激活过程，以及多载波之间的联合调度，会增加协议复杂度和实现复杂度。同时，多载波聚合的载波之间预留一定的保护间隔 (Guard Period，GP)，会浪费有效频谱效率。此外，LTE载波有效信号的发射带宽仅为载波带宽的90%左右，频谱利用率也有一定损失。经过近十年半导体产业和工艺水平的发展，半导体芯片和关键的数字信号处理器件的处理能力都大幅增强，加之射频功率放大器以及滤波器等半导体新材料、新器件的应用，使得5G 设备处理更大的载波带宽成为可能。目前 5G NR 最终定义低于6GH 频谱的最大载波带宽为100MHz。毫米波频谱的最大载波带宽为 400 MHZ相比 LTE的载波带宽提升了一个数量级，为NR系统支持大带宽超高吞吐量奠定了更好的基础。

NR对新技术的取舍

5G技术器具，设备成熟度