5G高速率,大连接数,低时延,它与4G的典型区别有哪些?用了哪些新技术?

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工口Miku说唱歌手回答于

这个问题的答案还是要先回到5g的三个场景。eMBB, URLLC, mMTC。看看这三个场景就能知道4g和5g的区别了,目前看起来:mMTC可能可以通过NB IOT增强版本实现,也许暂时不会做NR mMTC.其他两个场景需要做一些fundamental的改进增强。

三个场景有一些共有技术,包括帧结构,设计参数,可能还有信道编码一类技术。

总体上看来,eMBB的设计延续了4g的设计思路:即关键技术和物理层过程并行。技术方面就是信道编码,自包含子帧,系统参数,mimo,波形,多址等技术。有些是新设计,有些沿用4g的技术。过程方面目前看起来新的不多,毫米波的波束获取和跟踪算是有点新意。其他的随机接入,同步等只是方法,参数等细节的变化了。URLLC有不少不确定性,目前看来HARQ要做一些变化,还要设计超短子帧配合快速的RTT来降低时延,rateless HARQ也是一个改进。编码可能和eMBB类似,用LDPC可能性较大,毕竟polar的重传性能是瓶颈。mMTC可能会再次降低优先级,这个就问题大了,grant free, multiple access可能没办法落地了,这个从技术角度也算是略有遗憾吧。

看来这里都是技术控,补充点技术细节。

1. 帧结构设计: Scaleable Numerology: 可扩展系统参数集 这个其实是对高频段扩展的一个必然。LTE系统设计的参数是15kHz子载波(Normal CP),设计频率是从700MHz - 2.6GHz,后来扩展到3.5GHz。但是5G系统的载频上移了,主要是低频都被4g占了,暂时不会清频,更重要的因素是低频可用连续带宽太少,使用载波聚合的信令开销又比较大。5G需要针对高频率(mmW)设计更大的系统带宽(例如100MHz以上),但是考虑到FFT点数多了之后的复杂度上升(特别是UE),需要限定FFT size(例如2048以下),这就需要扩展参数集支持从低频(美国 600MHz到毫米波频段),扩展的方法是2的幂次,即30KHz、60KHz、120KHz,相应的系统带宽就是40MHz、80MHz、160MHz。Verizon的100MHz系统带宽被Roll Out了。

Self-contained Subframe:自包含子帧 这个是针对毫米波设计的。主要原因是6GHz以上基本上都是TDD频段。现在的LTE 7种配置最大的缺点是UL和DL之间离得太远,造成了:a) HARQ反馈时间长, interlace太长,时延大; b) 信道反馈间隔太长,不准确。增强之后,同一个子帧内同时包含DL、UL和GP,但针对DL centric、ULcentric有不同的配置方式。

2. 信道编码: 这个吃瓜群众已经看过热闹了,简单的说就是5G用了LDPC和Polar,至于Turbo和TBCC会不会被用在物联网场景,还需要时间。

3. MIMO: 答主觉得研究MIMO的同学简直太幸福了,可以从rel-8一直做到rel-N。每个版本都在增强,基本思路都差不多,反馈、赋型、多用户配对、开环、闭环...。

直到5G。5G很大可能会放弃之前那种小区广播系统信息的工作方式,而采用专用信令为主的方式。同时,mmW系统天线阵子尺寸很小,有很大概率UE会配备8-16根天线,甚至更多。802.11ad(60GHz)的产品标准是32根天线,5G应该也不会示弱。

配备了多天线,又要做专用信令,就需要波速获取(Beam Acquisization)技术了,简单的说就是UE开机后搜索可用的beam(Beam RS),这个类似现在的CRS。之后根据测量接入Beam(而不是Cell)。在移动过程中,需要beam tracking保证UE始终有覆盖,切换时还得有beam switching保证切换。

4. 多址 多址是最热闹的话题,现在有十几种方案,但都被踢到mMTC去了。因为mMTC可能暂时不做了,据说现在还有公司酝酿单独立项。等三月份看看结果吧,在答主看来,这个做不做的并不十分要紧,因为NB-IoT很可能能满足mMTC的需求,这样新多址方式就没什么地方好用了。

5. 波形 波形方案本来也很多,包括FBMC、WOLA、F-OFDM,都是OFDM的变种,为了能更好的抑制旁瓣,但是分析之后发现都是伪命题。因为加了实际的PA模型之后,滤波器的增益消失了,所以最终还是用了CP-OFDM。

6. 频谱共享技术 LTE做了LAA,5G可以在原生系统中加入对unlicesened band的支持。特别是在FCC在60GHz追加了7GHz非授权频段之后,这个变得更有前景了。

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