5G NR的三個使用場景及全雙工技術

5G作為新一代的移動通信技術，它的網絡結構、網絡能力和要求都與過去有很大不同，有大量技術被整合在其中，5G 體現了創新、全面的移動無線通信技術的廣度和深度。

5G NR 中定義了以下三個使用場景：

? 增強型移動寬帶 (eMBB)：指的是與傳統移動寬帶相比更高的目標 5G 峰值和平均數據速率、更大容量和覆蓋范圍。eMBB 規定了 5G 設計能夠在下行鏈路 (DL) 中達到 20Gbps 的數據速率，在上行鏈路 (UL) 中達到 10Gbps 的數據速率。

? 海量機器類通信 (mMTC)：支持包含幾十億互聯設備和傳感器的 5G IoT 使用場景。該使用場景既涵蓋偶爾傳輸數據、需要較長電池續航時間的低數據速率/小帶寬設備，也包括大帶寬/高數據速率的設備。

? 超高可靠性低時延通信 (URLLC)：側重于支持需要防止故障的應用實時通信。例如自動駕駛汽車、工業互聯網、智能電網、基礎設施保護和智能交通系統。

一、波形的提升

OFDM技術避免多徑衰落能力強，頻譜效率高，實現也較為簡單，廣泛應用于LTE、LTE-A等系統中。但該技術中的基帶波很容易會受到干擾的方波，而5G無線網絡系統中，要求單位達到吉赫的帶寬，從而實現極高速率的數據傳輸，然而在頻率較低的頻率區域中，得到不間斷的頻譜資源較為困難。下圖是2G-5G波形的演變。

5G的波形在OFDM的基礎上，對波形增加濾波器，FBMC是對每個子載波加濾波器，能夠實現帶外頻率擴展的降低。下圖是4G波形與5G波形的仿真對比，從圖中可以看出FBMC大大提升了鄰道指標。

5G將被應用于大規模物聯網，這意味著會有數十億設備在相互連接，5G勢必要提高多路傳輸的效率，以應對大規模物聯網的挑戰。為了相鄰頻帶不相互干擾，頻帶內和頻帶外信號輻射必須盡可能小。

二、大規模MIMO

MIMO在4G中就得到了應用，但是在4G中應用MIMO的一般都是基站，對于終端，最多能夠支持接收采用多路，但是發射就是單路。如下圖所示。

5G則不同，話說5G的超高下載速率主要來自MIMO技術，主要靠在空中同時傳輸多路不同的數據來成倍地提升網速。

MIMO在5G無線網絡中是一項被認為關鍵、具有可行性的技術。但是要實現技術也需要一定的條件，比如當小區內采用正交的導頻序列、小區間采用相同的導頻序列組時，會存在有導頻污染的問題，導致上、下行數據傳輸的信干比無法隨基站天線數增加相應變化。另外，若在基站側部署大規模多天線技術，在一定程度上會增加成本的投入，在實際場景中，大規模多天線還要能夠靈活地適應復雜的天線電環境，這是該技術面臨的挑戰。

三、全雙工技術

早期的無線通信中通信技術主要分為FDD，TDD，在5G中全雙工技術首次被提及。

5G全雙工情況如下：

全雙工意味著DL和UL在同一時間/頻率資源中同時傳輸。與UL和DL之間的隔離相關，使用場景可分為以下幾類。

情況1：基站和終端都有全雙工對消器。

情況2：基站有全雙工消除器，但終端可能沒有。

案例1部署的一個示例如圖所示。在基站或終端側中，存在一些自干擾，例如從終端側的UL傳輸到DL接收，或者從DL傳輸干擾到基站側的UL接收。在這種情況下，僅在網絡中顯示一個終端。根據情況，可能有多個終端正在基于基站的調度和MIMO能力進行類似于MU-MIMO的全雙工。

在情況2中，終端不需要具有消除器。因此，終端復雜性問題得到緩解。是終端1和終端2沒有全雙工（或自干擾）消除器，但基站有。通過基站調度可以避免/減少從終端2到終端1的干擾。在基站中，情況類似于情況1，并且基站可以通過其自身的消除器來消除自干擾。

比較案例2和案例1，顯然對終端復雜度的要求很小。但另一方面，情況1允許更多的全雙工操作，而不管發射機/接收機終端的情況如何。因此，基站將在如何調度資源方面具有更大的靈活性。假設在同一子幀中同時調度兩個終端，情況1可以獲得比情況2理想的兩倍吞吐量。

NR Operating Band

Uplink (UL) operating band
BS receive
終端?transmit

Downlink (DL) operating band
BS transmit
終端?receive

Duplex Mode

FUL_low???– ?FUL_high

FDL_low???– ?FDL_high

1920 MHz

–

1980 MHz

2110 MHz

–

2170 MHz

FDD

1850 MHz

–

1910 MHz

1930 MHz

–

1990 MHz

FDD

1710 MHz

–

1785 MHz

1805 MHz

–

1880 MHz

FDD

824 MHz

–

849 MHz

869 MHz

–

894MHz

FDD

2500 MHz

–

2570 MHz

2620 MHz

–

2690 MHz

FDD

880 MHz

–

915 MHz

925 MHz

–

960 MHz

FDD

n20

832 MHz

–

862 MHz

791 MHz

–

821 MHz

FDD

n28

703 MHz

–

748 MHz

758 MHz

–

803 MHz

FDD

n38

2570 MHz

–

2620 MHz

2570 MHz

–

2620 MHz

TDD

n41

2496 MHz

–

2690 MHz

2496 MHz

–

2690 MHz

TDD

n50

1432 MHz

–

1517 MHz

1432 MHz

–

1517 MHz

TDD

n51

1427 MHz

–

1432 MHz

1427 MHz

–

1432 MHz

TDD

n66

1710 MHz

–

1780 MHz

2110 MHz

–

2200 MHz

FDD

n70

1695 MHz

–

1710 MHz

1995 MHz

–

2020 MHz

FDD

n71

663 MHz

–

698 MHz

617 MHz

–

652 MHz

FDD

n74

1427 MHz

–

1470 MHz

1475 MHz

–

1518 MHz

FDD

n75

N/A

1432 MHz

–

1517 MHz

SDL

n76

N/A

1427 MHz

–

1432 MHz

SDL

n78

3300 MHz

–

3800 MHz

3300 MHz

–

3800 MHz

TDD

n77

3300 MHz

–

?4200 MHz

3300 MHz

–

?4200 MHz

TDD

n79

4400 MHz

–

5000 MHz

4400 MHz

–

5000 MHz

TDD

n80

1710 MHz

–

1785 MHz

N/A

SUL

n81

880 MHz

–

915 MHz

N/A

SUL

n82

832 MHz

–

862 MHz

N/A

SUL

n83

703 MHz

–

748 MHz

N/A

SUL

n84

1920 MHz

–

1980 MHz

N/A

SUL

四、網絡切片

就是把運營商的物理網絡切分成多個虛擬網絡，每個網絡適應不同的服務需求，這可以通過時延、帶寬、安全性、可靠性來劃分不同的網絡，以適應不同的場景。通過網絡切片技術在一個獨立的物理網絡上切分出多個邏輯網絡，從而避免了為每一個服務建設一個專用的物理網絡，這樣可以大大節省部署的成本。

在同一個5G網絡上，通過技術電信運營商會把網絡切片為智能交通、無人機、智慧醫療、智能家居以及工業控制等多個不同的網絡，將其開放給不同的運營者，這樣一個切片的網絡在帶寬、可靠性能力上也有不同的保證，計費體系、管理體系也不同。在切片的網絡中，各個業務提供商，不是如4G一樣，都使用一樣的網絡、一樣的服務。很多能力變得不可控。5G切片網絡，可以向用戶提供不一樣的網絡、不同的管理、不同的服務、不同的計費，讓業務提供者更好地使用5G網絡。

編輯：黃飛

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