5G概念、关键技术与应用

单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,9/27/2019,#,5G,概念、关键技术与应用,2019,年,5,月,5G,概念,5G,关键技术,5G,进展与应用,1.1,什么是,5G,2G,3G,IMT-2000,4G,IMT-Advanced,5G,IMT-2020, 1990,年, 2000,年, 2010,年, 2020,年,WCDMA,TD-LTE,及增强,FDD LTE,及增强,cdma2000,TD-SCDMA,10kbps-200kbps,语音和低速数据业务,300kbps 50Mbps,移动多媒体业务,100Mbps,1Gbps,移动宽带业务,5G,10Gbps,多样化关键能力指标,移动互联网,物联网,802.16e,GSM,IS-95,802.16m,3GPP,3GPP2,IEEE,全球统一,3,1.2,先定一个小目标,5G,与,4G,关键能力对比,5G,：,100Mbps,4G,：,10Mbps,5G,：,20Gbps,4G,：,1Gbps,峰值速率,体验速率,连接密度,时延,5G,：,1ms,4G,：,10ms,5G,：,10,6,/km,2,4G,：,10,5,/km,2,频谱效率,网络能效,移动性,区域容量,5G,相对,4G,提升,3,倍,5G,相对,4G,提升,100,倍,5G,：,500km/h,4G,：,350km/h,5G,：,10Mbps/m,2,4G,：,0.1Mbps/m,2,4,连续广域覆盖场景,热点高容量场景,增强型移动宽带场景,（,eMBB,）,低时延高可靠场景,(uRLLC),低功耗大连接场景,(mMTC),5G,三大类应用场景：,eMBB,、,uRLLC,、,mMTC,1.3 5G,能做什么,-1,5,用 在 指 尖,生,死,攸,关,大 隐 于 市,1.3 5G,能做什么,-2,6,5G,概念,5G,关键技术,5G,进展与应用,2.1,独立（,SA,）和非独立组网（,NSA,）,-1,8,2.1,独立（,SA,）和非独立组网（,NSA,）,-2,SA,支持网络切片、边缘计算等,5G,新特性,5G,网络初期以,eMBB,热点区域覆盖为主，离开,5G,区域，通过核心网实现与,4G,的互操作。对于,eMBB,业务，终端本身有缓存机制，业务体验不受影响,SA,和,NSA,都可以实现,4G/5G,协同，只是,NSA,与,SA,标准完成时间有先后,SA,是目标网络方案，可避免,NSA,的网络频繁改造和终端复杂的问题,基于,4G,核心网的,NSA,仍需向,SA,演进，网络需要频繁改动,基于,5G,核心网的,NSA,需,4G,基站升级到,eLTE,，改造量大，异厂家基站间难实现,4G/5G,双连接,NSA,方案下,3.5GHz,频段组合在终端侧存在较严重干扰问题，为解决该问题将导致终端成本较高,SA,终端由于不涉及双连接等技术，终端相对简单，成本低,SA,的终端成本低,SA,的业务能力更强,SA,对现网改造量小,SA,是网络演进目标方案,9,2.2,空口技术,-,概览,100MHz,400MHz,中低频,高频,大规模天线,大带宽,百兆级基础带宽,主流的,3.5GHz,频段单载波最高采用,100M,带宽,灵活可配的空口帧结构,满足单向,eMBB 4ms,，,URLLC 0.5ms,时延,30kHz,子载波间隔成为国内,eMBB,空口配置首选,上下行时隙配比待定,1ms,时隙,15kHz,30kHz,60kHz,符号级调度,快速反馈,0.5ms,时隙,0.25ms,时隙,平均频谱效率提升,3,倍的主要手段,64T64R,成为业界宏站主流,标准最高支持,12,流，业界基于产品实现可支持更高流数，理论峰值频谱效率随流数线性增长,mini-slot,精简,PCFICH,和,PHICH,信道,引入,BWP,（,Bandwidth Part,），增强对终端支持,同步信号,PSS,、,SSS,与广播信道,PBCH,组成一个,SSB(SS/PBCH block),捆绑传输,支持长和短两种前导序列，一共,13,种前导格式,舍弃,LTE,空口小区级的参考信号,CRS,2.5ms,双周期、,2.5ms,单周期、,2ms,单周期三种帧结构,10,2.2,空口技术,-,协议,用户面,控制面,RRC_CONNNECTED,RRC_IDLE,RRC_INACTIVE,1,2,3,5G,控制面在,RRC,层新增,RRC_INACTIVE,态，能够降低时延并利于节电,5G,用户面协议栈设计基于,LTE,进行了修改,新增,SDAP,层，用来实现,QoS flow,和数据无线承载,DRB,之间的映射以及完成对上下行数据包的标记,QFI,在,PDCP,层，引入,duplication,在,RLC,层，取消了,LTE,中,RLC,层的级联和按序传输功能,11,1.3,Massive MIMO,波束介绍,Massive MIMO,作为,5G,的主要特性之一，实现波束赋形，形成极精确的用户级超窄波束，并随用户位置的不同而不同，将能量定向投放到用户位置，相对传统宽波束天线可提升信号覆盖，同时降低小区间用户干扰。,Massive MIMO,天线波束分为静态波束和动态波束，小区级数据采用小区级静态波束，采用时分扫描的方式；用户数据采用用户级动态波束，根据用户的信道环境实时赋形。,5G,静态广播波束采用窄波束轮询扫描覆盖整个小区的机制，选择合适的时频资源发送窄波束，可以根据不同场景配置不同的广播波束，以匹配多种多样的覆盖场景，这里就涉及到如何根据不同的场景规划合适波束的问题；业务波束采用动态波束赋形不支持波束定制。,2.3,空口技术,-,大规模多入多出天线,12,2.3 Massive MIMO,波束赋形,机械下倾：,由机械调整决定的下倾角，同时对公共波束和业务波束进行调整，,5G,机械臂支持的机械下倾角调整范围为：,-2020,。,预置电下倾：,考虑典型的应用场景，为支持更大的有效范围范围，,5G AAU,单元阵子会预置一定度数的下倾，,5G,单,TRX,预置下倾角为,6,。,对于广播波束，预置下倾仅影响可调电下倾角调整范围和最大增益指向，不影响实际控制信道倾角度数；,对于业务波束，影响业务包络最大增益指向。,可调电下倾：,5G AAU,可调电下倾角功能仅支持广播波束下倾角的调整，不支持业务信道动态波束下倾角的调整。,通过参数配置调整控制信道波束下倾角度，支持以,1,为粒度，整体调整控制信道波束下倾角。,13,2.3,Massive MIMO,增益对比,14,2.3,Massive MIMO,终端,当前各厂商测试终端普遍采用非商用终端（类似基站平台）形式，操作方便，体积大、功耗高，,性能,与商用终端存在差异,A,厂商终端,B,厂商终端,C,厂商终端,D,厂商终端,15,2.3,Massive MIMO,制式选择,部署建议：,中国电信将优先,6GHz,以下,的大规模天线基站部署,6GHz,以下：国内具备较好的产业基础，也具备商用产品研发能力,6GHz,以上：商用设备的研发能力还需要进一步测试论证,天线设备的选择,目前产品主要有,64,通道及,16,通道两种形态,在高楼较多、站间距较小、用户数量较密集的,密集城区场景,，对用户容量及垂直维度波束赋形精度方面的要求较高，,应采用高通道数的天线设备,（如厂家主流的,64T64R,的天线设备）,在低矮建筑为主、站间距较大、用户数量较小的,郊区或农村场景,，对用户容量及垂直维度波束赋形精度方面的要求较低，,可以采用低通道数的天线设备,，可以有效的降低成本和能耗（如厂家主流的,16T16R,的天线设备）,在中低建筑为主、用户密度一般的,一般城区场景,，,应根据具体需求和成本情况选用适当的天线设备,基站的下倾角设置,可设置初始机械下倾角，后期不建议调整机械下倾角,可设置预置电下倾角,对于,64TRx192AE,的天线设备，其数字波束赋形可以代替电调能力,其余的天线设备，还有待验证,16,2.4 CU/DU,技术,17,2.4 CU/DU,架构,-1,CU/DU,分离优势不明显，且会带来运维复杂化、传输资源需求增加、,CU,集中需要考虑部署位置与时延要求折衷等挑战，建议现阶段,CD/DU,合设。,18,CU/DU,分离部署,CU/DU,合设部署,DU,难以虚拟化，,CU,虚拟化目前存在成本高代价大的挑战,适用于,mMTC,小数据包业务，但目前标准化工作尚未启动，发展趋势不明确,节省网元，减少规划与运维复杂度，降低部署成本,无需中传，减少时延,1,2,3,1,2,3,避免,NSA,组网双链接下路由迂回，而,SA,组网无路由迂回问题,缩短建设周期,4,4,5G,CU,/,DU,AAU,5G,DU,5G,CU,核心网,核心网,AAU,回传,无集中,CU,架构,有集中,CU,架构,前传,回传,中传,前传,注：无线网络切片功能与,CU/DU,是否分离无关，,MEC,部署的关键是,UPF,的下沉，与,CU/DU,是否分离无关,2.4 CU/DU,架构,-2,19,2.5 5G,网络切片,-1,20,2.5 5G,网络切片,-2,21,PCF,NRF,UPF,NRF,PCF,NSSF,切片选择功能,NRF,PCF,NRF,网元发现功能,DN1,DN2,SMF,NRF,PCF,SMF,切片,#1,2,3,的公用网元,切片,#1,切片,#2,切片,#3,SMF,AMF,UPF,UPF,网络切片是端到端的逻辑子网，涉及核心网络（控制平面和用户平面）、无线接入网、,IP,承载网和传送网，需要多领域的协同配合,部署在统一的底层物理设施：,不同切片承载不同网络服务， 底层资源共享,不同网络切片可以进行功能定制：,不同切片承载的网络服务对网络功能的要求不同，切片之间的逻辑隔离可以方便实现网络功能定制,为不同的垂直行业提供个性化服务：,为不同企业提供差异化,SLA,，例如不同的,QoS,级别，不同的安全级别等等,2.5 5G,网络切片,-3,22,2.6,开放、云化、柔性的核心网,23,边缘计算,网络功能云化：,云原生、虚机,/,容器化,基础设施云化：,统一、层次化基础设施资源池,个性化定制网络：,面向业务，快速按需部署,安全隔离：,不同行业应用,/,客户的业务与数据安全隔离,用户面按需下沉：,按场景部署，满足,5G,业务多样化需求,能力增强：,提升用户体验，减轻传输压力,全面云化,服务化架构,网络功能设计模块化：,服务重用、网络可灵活扩展,接口服务化和,IT,化：,易于与,IT,网络互通融合,网络切片,2.6,核心网架构图,-1,RAN,MME,S/PGW,PCRF,AF,HSS,DN,MME,S/PGW-U,PCRF,AF,HSS,DN,S/PGW-C,承载控制分离,AMF,UPF,AF,AUSF,DN,SMF,功能模块化,PCF,UDM,4G,核心网,4G,核心网,+,5G,核心网,RAN,RAN,24,2.6,核心网架构图,-2,Access and Mobility Function,，,接入与移动性管理功能,：,终结,N1,接口的,NAS,信令，并负责注册管理、连接管理、可达性管理、移动性管理等。,Authentication Server Function,，,认证服务器功能,：,负责鉴权认证,Unified Data Management,，,统一数据库,：,存储签约信息，并支持鉴权证书存储和处理,Session Management Function,，,会话管理功能,：,会话管理（例如会话建立、修改和释放等）、,IP,地址分配，用户面功能的选择与控制等,Policy Control Function,，,策略控制功能,：,为控制面功能提供策略信息、存储并提供用户策略相关的签约信息,Application Function,，,应用功能,：,与,3GPP,核心网交互，并提供业务服务,User Plane Function,，,用户面功能,：,数据转发与路由、数据报文检测和策略执行、用户面,QoS,处理。,Data Network,，,数据网络,：,如,Internet,、企业网等。,Network Slice Selection Function,，,网络切片选择功能,：,为终端选择切片实例与服务,AMF,，确定终端允许接入的切片,25,2.7 5G NR,覆盖能力特点,26,3.5G NR,较,LTE,上行传播损耗更大，到达基站接收端的可用功率更低，深度覆盖情况下上行功率只能支持较少,RB,，造成,NR,高带宽、高阶调制、多流等优势无法生效,且由于,NR,采用,TDD,方式，相对,FDD,系统，上行覆盖能力存在明显劣势,总体结果：,3.5 G NR,相对,1.8G LTE,，在深度覆盖区域上行覆盖存在差距,基本结论,下行：,依靠,NR,高带宽、波束赋形能力，,3.5G NR,下行速率明显高于,1.8G LTE,上行：,室外及室内近点，,NR UL,速率优势明显，中远点,4/5G UL,流量差距缩小,;,在室内深度覆盖情况下，,5G,上行业务信道比,4G,差,2.8,现场测试小结,室外传播损耗,3.5G,频段相对,1.8G,频段高,9dB,，穿透损耗高,5dB,；,根据传播模型校正结合原型机测试结果，如果考虑,25dB,室内穿透，上行,1Mbps,边缘速率要求站间距在,200,米左右，对,5G,网络建设挑战极大。,2T4R,终端（,TUE,）的下行峰值速率可以达到,1Gbps,，上行峰值速率可以达到,150Mbps,用户面时延与帧结构关系密切,标准,NR,空口环回时延能够达到约,6ms,，满足,3GPP 8ms,要求,部分厂商当前不支持标准,NR,空口，后续提供标准设备后继续验证,LTE/NR,同站点建设覆盖对比测试,室外以及室内浅层覆盖区，,NR,较,LTE,具有更高上行速率，某些建筑的部分深层覆盖区，,LTE,较,NR,具有更高上行速率,在,LTE RSRP,天翼云）,智慧医疗,智慧警务,5G,高清执法环境实时上传,（车载,5G,终端）,5G,空地一体智能人脸、车牌云识别,（警务云）,5G,移动远程医疗,（,B,超、内窥镜）,5G,救护车移动会诊,（现场高清回传）,智能电网,智能电网,5G,切片,（端到端）,5G,配电自动化,（低时延）,36,3.6 5G,应用,-,雄安,37,360VR,全景直播沉浸式体验,5G,车联网 精准实时的远程驾控,异地远程视频会议实时高清的会议体验,雄安和苏州两地分别通过高清摄像头实时采集高清视频画面，通过,5G,无线网络回传到视频服务器，再通过,5G,无线网络将高清视频传递到对端。,16,路高清视频直播,16,路高清视频直播在客户端和监控端自由移动的同时，仍能提供高度清晰的画面,5G,智慧治水,地表水质的实时监测、对城市雨量、河道流量的可视化监测；对城市水质、水位实时,GIS,的可视化检测；对水污染、防洪应急的预警等功能。,5G,无人千寻,人脸识别、布控告警、人群检测、车辆检测和道路检测等功能，将为实现平安城市、智慧城市提供更加有效安全的保障。,谢谢,eMTC,概念、主要技术与应用,2018,年,11,月,eMTC,概念,eMTC,主要技术,eMTC,终端和前景,1.1 eMTC,定义,LTE-M，即LTE-Machine-to-Machine，是基于LTE演进的物联网技术，在R12中叫Low-Cost MTC，在R13中被称为LTE enhanced MTC ，即eMTC，旨在基于现有的LTE载波满足物联网设备需求。,eMTC基于蜂窝网络进行部署，支持上下行最大1Mbps的峰值速率，属于物联网中速率，其用户设备通过支持1.4MHz的射频和基带带宽，可以接入现有的LTE网络。,新,版本的,eMTC进一步优化了系统的成本、增强了续航能力、扩大了覆盖范围。eMTC的最关键能力在于支持移动性并可以定位，成本只有Cat1芯片的25%，相比于GPRS速率要高四倍。,1.2,主要,IoT,技术,技术,类型,频段,速率,范围,功耗,成本,Wi-fi,WLAN,2.4G2.5G,54Mb/s,2050,中,低,蓝牙,Short range,2.4G,13Mb/s,100,低,低,ZigBee,Short range,2.4G,250kb/s,100,低,中,2G 3G 4G,cellular,蜂窝频段,1M1Gb/s,几公里,高,高,SigFox,LPWA,1GHz,50kb/s,13,公里,低,中,LoRa,LPWA,1GHz,bit,级,15,公里,低,中,1.3 eMTC,定位,eMTC,概念,eMTC,主要技术,eMTC,终端和前景,2.1 eMTC,之低成本,2.2,eMTC,之,强覆盖,2.3,eMTC,之低功耗,为了更好的达到节电目标，,eMTC,引入了,PSM(Power Save Mode),和,eDRX(Extended Discontinuous Reception ),两类增强型功率模式,;,其中,PSM,更高效的管理,modem,的打开和关闭，而,eDRX,功能则是在时延容忍的范围内，尽可能的让终端更多的进入到,sleep,状态；也可以理解为,PSM,是深度睡眠，而,eDRX,是浅度睡眠。,2.4 eMTC,覆盖等级,2.5 eMTC,覆盖增强,eMTC,概念,eMTC,主要技术,eMTC,终端和前景,3.1 eMTC,预期应用场景,3.2,主要,IoT,技术的演进,3.3 eMTC,芯片和模组进展,3.4,主要运营商建网情况,3.5 eMTC,对,LTE,峰值速率影响,1,3.5 eMTC,对,LTE,峰值速率影响,2,eMTC,技术总结,