5G核心技术背景：新空口

尽管5G作为一种新技术正在大量销售，但它既不是特别新的技术，也不是单一技术。如果移动技术是一部长期运行的电视剧，5G是一个季节中期的重启，新的角色与旧的，新的情节弧形相互补充现有的故事情节，以及相当夸大案例的宣传推动。但是，未来发展的可能性大大增强。

新一代移动技术有三代：2G取代了数字模拟; 3G开始转向以数据为中心的网络;和4G完成了这一举措。 5G有三个主要的重点 - 移动网络，物联网和非常高性能的工业控制 - 其中移动网络将是未来几年大多数人最重要的，并且最好被认为是4G的延续新旗帜下的长期演进（LTE）。实际上，5G的这个阶段被称为NSA（非独立），因为它将与现有的LTE网络并行运行。

这并不是说5G没有重大创新。虽然5G标准化流程涵盖核心网络和基站拓扑以及运行高性能网络的其他方面，但影响我们5G首次体验的大多数因素都受到称为New Radio(新空口)或5G NR的标准子集的影响。。虽然NR的工作仅在2016年春季开始，但它很快就推出了直到当时非常不同的研究领域，并且已经产生了许多几乎有预先标准的参考文献）。

5G NR由称为3GPP的3G合作伙伴计划组开发，该标准的第一个版本称为版本15. 3GPP之所以被称为是因为它最初是为了标准化3G而形成的。作为一个将标准委员会，监管机构和行业机构聚集在一起的国际集团，它拥有相当大的权威，当4G出现时，重新命名它的法律问题过于繁琐。第15版是第18个主要标准，这一事实是该级别组织实际工作方式的一个很好的指标。

第15版已经以某种速度生产。从2016年初开始，宣布2018年3月的初步发布已经足够让制造商开始初步生产。到2018年第三季度，爱立信和华为都表示他们已经在该版本上部署了10000多个基站。 9月份出现了进一步的标准更新，12月承诺的版本15的“功能冻结”最终预标准版本。然而，高通公司在9月份发布的芯片被业界网站Light Reading报告为证明与3月发布的基站不兼容，可能需要硬件交换。

5G核心技术背景：新空口

5G NR包括LTE的重大进展，每个都有特定的好处。

最重要的是，有大量新的空域。 5G NR首次包括毫米波（mmWave）频谱（> 24GHz），首次发布的5G包括从1GHz到52.6GHz的频率。高频频谱（> 6GHz）有许多不同的频段，这些频段因地区而异，以及许多由于必须关闭或移动的现有服务而尚未完全可用的频段。在不同的时间尺度上，世界各地的5G NR正在提供不同的频谱带。

高带分配可以支持非常高的数据速率和密集的频率重用，从而提供非常密集的高性能网络。与较低频段和更严格的健康和安全限制相比，它们对于给定的传输功率具有非常有限的范围，并且它们更容易受到诸如暴雨和季节性叶片生长等环境问题的影响。相反，非常小的波长使得构建体积小的高性能天线变得更加容易。

5G核心技术背景：新空口

高频段将用于覆盖现有的LTE网络，根据需要提供更高的带宽，以减少LTE（最终，5G）中频和低频拥塞，以及光纤速率家庭和办公室固定无线接入（FWA）宽带。 28GHz频段受到最多关注，英国按地区划分，运营商是典型的LTE已经提供良好服务的地区如何分配资源：

5G核心技术背景：新空口

超精益设计是5G NR的关键设计原则，可降低能耗和干扰。 LTE依赖于由基站发送的许多始终在线信号 - 显示哪些小区可用的信标，终端和基站用于配置数据链路的参考信道，用于跟踪移动性的命令信道等等。在LTE中，这些信号不占整个信道使用量的很大一部分，但是5G将具有更密集的网络，具有更多的小区，平均具有相当低的实际使用率。因此，始终接通的信号将占用更大的功率百分比，并且将更多地干扰相邻小区，导致更低的吞吐量。

只要有可能，5G会减少或关闭这些信号，直到实际需要它们为止。例如，参考信号仅在数据传输正在进行时才被发送。这意味着手机和基站必须在运行中优化信号，但网络吞吐量的总体益处是值得注意的。

超精益设计也是前向兼容性的关键组成部分，5G NR的特殊要求是奇怪的非特定目的。基本规则是在实施中留出尽可能多的空间以允许未来的发展。实际上，这意味着最大限度地减少非数据传输传输（减少整体干扰和频谱使用），在5G设计中具有高度的频率和时域灵活性，并在未来的硬件和设备中提供重新配置的路径。规范本身。

后一个决定是通过LTE的经验得出的，LTE在规范中编码了许多设计决策，例如纠错发生的时间和地点：如果新服务发现这些决策效率低下甚至禁用，那么就没有什么可以做的了。可重新配置的标准可以改进旧的决策。此外，软件定义无线电（SDR）等新的基础技术已将大量无线电工程从硬件转移到软件中，这意味着以曾经完成硬件修订的方式改变操作特性现在可以作为软件更新推出。 5G是完全接受这一点的第一代。

5G调制和成帧也是现有思想的一个增量，但却是一个重要的思想。与LTE（以及最近的Wi-Fi标准，以及几乎所有现代数字无线系统）一样，5G NR使用ODFM作为其基础调制方案。 ODFM（正交频分复用）在信道内组合多个子信道，并且已知其对干扰具有鲁棒性并且在其频率使用方面是有效的。它也非常灵活，因为可以添加不同数量的子载波以增加信道容量，或者减少数量以提供更低功率，更低带宽的选项。

5G NR可选择15kHz至240kHz的子载波间隔，在一个通道上同时使用最多3300个子载波。但是，通道宽度不能超过400MHz。该标准是频率不可知的，这意味着任何子载波配置都可以在任何频段上使用。实际上，6GHz以下的中频和低频频率具有明显不同的信道和噪声特性，以及不同的最大带宽，因此将使用15至60kHz的信道间隔，而高频带将使用60至120kHz。目前在6GHz和24.25GHz之间没有5G频段分配，但该标准允许最佳ODFM配置以匹配此频谱中的任何未来扩展。

5G核心技术背景：新空口

并非所有5G NR上的设备都必须支持所有带宽，这是对LTE的改变。此外，5G NR支持自适应带宽，允许设备在适当时移动到低带宽，低功耗配置，并且仅在必要时准备好更高的带宽。这为非常低的平均功率设备提供了机会，这些设备仍然可以提供高性能 - 例如，物联网网络通常只需要少量数据用于遥测，但仍然需要能够更新其固件以获得安全性和功能补丁。 5G NR规范将这些不同的配置称为“带宽部分”，理论上，设备可以在同一信道上同时支持多个带宽部分，尽管第一个5G NR版本一次将设备限制为一个带宽部分。

在子信道内，数据被分成每个10毫秒的帧，进一步细分为10个1ms子帧。那些子帧本身被分成每个14个OFDM符号的时隙。因此，更宽带宽的子信道每秒具有更多的OFDM符号，并且每个时隙因此变得更短，但是基本帧结构保持相同。在最低子载波间隔（15kHz），帧与LTE相同，简化了兼容性。

LTE和类似系统通过时隙将带宽分配给不同的设备，但是5G NR具有用于在时隙内开始传输的机制，有效地创建所谓的“迷你时隙”。这对于可以具有非常大的OFDM符号的高频带特别有用，因此仅使用少量来传送相对短的消息的能力改善了信道重用和延迟。另一个潜在的优势是，5G是否或何时扩展到未经许可的频谱，通常伴随着“先听后使用”规则以防止干扰。如果某个频道显示为静音，则无需等待时隙边界即可启动传输的能力可降低其他设备获取该频道的可能性。

5G NR中的其他低延迟调整对于在授予信道之后开始的数据传输的严格要求以及对数据流的处理延迟的限制。这是通过改变报头结构在较高网络层中实现的，这样处理可以在不知道完整分组信息的情况下开始，并且在物理层通过使无线电接收来自参考和下行链路控制信号的基本信息而不是从符号导出它来实现流。

5G NR具有比LTE更先进的波束成形概念。波束成形是对馈送到复杂天线和从复杂天线接收的信号的操纵，以在空间中创建将功率聚焦在特定方向上的波束。 LTE可以为数据做到这一点; 5G NR也将此扩展到控制通道，同时提高了在不同条件下操作的整体精度和适应性。在高频段，波束成形主要用于通过能量聚焦来增加范围，而在6GHz以下的中低频段，衰减不是问题，波束成形将是MIMO的关键部分，多重输入 - 空间信道技术可以增加同一区域内多个设备的带宽。虽然不是第一版的一部分，但5G NR将支持分布式MIMO，用户可以从多个站点接收相同数据流的不同部分。

2019年，5G时代就要来了，你准备好了吗？