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[资料下载] 【原创连载】5G关键技术(1月11日277#更新)   [复制链接]

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发表于 2016-8-18 09:43:38 |显示全部楼层
1.为什么开楼:
5G进入技术讨论也有大概两年多的时间了,现在到了真刀实枪的标准化阶段。但是现在所有的科普讨论还基本是在PR(Public Relation)阶段,都是三分讲需求,三分highlevel讲技术,三分宣传公司的角度。对科普实际没什么帮助。作为过来人,楼主许下大愿,要为5G科普做一些工作,多讲干货。

2.楼主为什么可以讲?
鉴于楼主还有正式工作,就不说名字了。楼主的工作领域就是标准领域,上研究生的时候业界正在研究3G部署,工作后正好赶上LTE标准,现在又在从事5G的标准工作。应该还是比较有发言权的。

3.到底要讲啥:
按楼主的想法,现在目标是分项目讲讲关键技术。未来可能会有所扩展,待定吧。

4.课题的顺序
由于是边想边写,顺序可能比较乱。尽量按照固定的维度去组织内容,但也不能排除多个维度组织材料,出现重复的情况。大家多包涵。



【更新】
1. 到底是什么是5G     2016.8.18   10:23
2. 自包含帧结构         
2-1. 自包含(Self-contained)帧结构 - 1   2016.8.18   23:07
2-2. 自包含子帧 - 2     2016.8.19   23:10
2-3. 自包含子帧 - 3      2016.8.20   17:35
3.多址
3-1 多址 - 引子        2016.8.26   16:14
3-2 多址 - 2             2016.9.6     22:04
3-3 多址 - 3             2016.9.10   22:46
3-4 多址 - 4             2016.9.11   9:58
3-5 多址 - SCMA      2016.11.24   22:16
3-6 多址 - Release 15立项了      2017.6.12   22:59
3-7 多址 时间不太够了     2017.10.9   23:26

4.毫米波
4-0 毫米波               2016.9.17  20:20
4-1 毫米波关键技术          2016.9.25  19:37
4-2 毫米波的其他应用       2016.9.25  20:35        
4-3 毫米波信道测量与建模    2016.9.28  9:33

5.低时延高可靠技术
5-0 低时延高可靠技术       2016.10.11 19:30
5-1 资源分配 - 预留还是共享     2016.10.22 13:59

6 .话音方案
6-0 话音方案        2017.11.3 23:00
6.1 - 国内运营商的话音方案        2018.1.11 11:32

7 .multi-band operation
7-0 multi-band operation - SUL+CA        2018.1.11 17:37
7-1 SUL        2018.1.11 18:26



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补充内容 (2017-11-5 09:54):
不会做电梯了:(

补充内容 (2017-11-5 09:54):
新增加内容 - 5G 话音方案



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发表于 2016-8-18 09:44:37 |显示全部楼层
本帖最后由 bluie 于 2016-9-18 19:36 编辑

多谢版主帮忙做了电梯,这个楼就预留着吧。

也许有一天会想到写一段“写在开始的话”。

楼主工作有点忙,更新没那么快,只能争取每周都有更新,各位多包涵。


点评

weixiao1783  楼主是剃刀?  发表于 2016-9-20 09:59
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发表于 2016-8-18 10:23:16 |显示全部楼层
1. 到底啥是5G

5G是正经5G,可惜被玩儿坏了。现在到处都说是5G技术,例如全双工,已经明确的被排除出5G的备选技术。还有一些技术(重灾区是多址)注定会被大量淘汰,据说现在在提案中出现八种多址技术,楼主估计NR最终最多接受三种:eMBB两种(DL、UL),IoT接受一种(UL)。其他还有一些其他备选技术也有点悬,例如编码。

5G的正式定义来自于ITU。ITU的技术报告给出明确的三个场景、需求(KPI)、时间表(标准制定、提交、验证)。

任何的标准组织(包括3GPP、IEEE、甚至CCSA)都可以按照要求的时间(2020年Q3)提交完整的解决方案,通过ITU指定的第三方机构验证后,能够满足ITU需求的的方案就被认定为5G标准。

在3G阶段,通过验证,满足需求的标准有几个(CDMA 2000,WCDMA,TD-SCDMA,WiMAX),所以被称为IMT-2000 family。

到了4G(IMT-Advanced),虽然3GPP2和IEEE都有各自的计划,但是因为缺乏运营商支持,最终都没得到实行。实际的4G标准只有来自3GPP的LTE-Advanced (Release 10 and forward)。

5G的正式名字是IMT-2020,值得一提的是,这个名字最早是国内提出的。CAICT(信通院)领导的5G推进组英明的首创了IMT-2020这个名字(据说还注册了商标),最终被ITU采纳。

2015年6月,ITU定义了IMT-2020的需求,目前已经进入评估准备阶段。在ITU-R WP5D工作组下设立了评估工作组,正在制定评估方法和报告模板。再次值得一提的是,评估组的co-chair是中国代表彭莹。

ITU制定了计划、需求,5G还是需要具体的标准组织(SDO)落地的。目前,只有3GPP公布了完整的5G标准制定计划。计划在2019年完成全部标准,满足ITU的3个场景(eMBB、Massive IoT和URLLC)的全部KPI。其他标准组织里,IEEE近期也提出了5G计划(两种方案):采用双连接(或多连接)的方式接入3GPP 5G NR空口和提供融合了IEEE802.1多种接入方式(11ax、11ay等)的独立接入网。

对应于LTE,3GPP的5G空口技术被称为New Radio(NR)。如果没有意外,未来的5G空口技术将被称为5G NR。

点评

gaofeng1982  关于什么是5G。楼主说的清晰,干脆!  详情 回复 发表于 2017-2-10 20:21
默一航  老师最近还布置作业,LTE-A的系统架构,以及关键技术~  详情 回复 发表于 2016-12-4 21:39
felixarwin  many thanks  详情 回复 发表于 2016-10-26 16:57
toshine  5G的三个场景到底是什么?我看网上说是:增强移动宽带(eMBB)、海量机器类通信(mMTC)、超高可靠低时延通信(URLLC)。而楼主的第二项变成了Massive IoT。感觉Massive IoT比mMTC更为广泛,但是3GPP的正式说法到底是哪个呢  详情 回复 发表于 2016-9-20 09:01
ostinwd  受教了  详情 回复 发表于 2016-9-19 08:38
wyan_2005  辛苦了  详情 回复 发表于 2016-8-25 18:49
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发表于 2016-8-18 10:29:50 |显示全部楼层

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发表于 2016-8-18 11:03:08 |显示全部楼层
公众号图片显示不正常,公众号具体是什么?

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bluie  5GNR,谢谢  详情 回复 发表于 2016-8-18 11:21

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发表于 2016-8-18 11:21:48 |显示全部楼层
polarisdll 发表于 2016-8-18 11:03
公众号图片显示不正常,公众号具体是什么?

5GNR,谢谢

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发表于 2016-8-18 11:55:08 |显示全部楼层
O了

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发表于 2016-8-18 14:02:18 |显示全部楼层
中国在5G上都成领头羊啦

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bluie  5G技术研发需要大量的投资,这件事上面中国应该超过了欧洲,美国就更不知道被落哪了。  详情 回复 发表于 2016-8-18 14:05

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发表于 2016-8-18 14:05:51 |显示全部楼层
siikee 发表于 2016-8-18 14:02
中国在5G上都成领头羊啦

5G技术研发需要大量的投资,这件事上面中国应该超过了欧洲,美国就更不知道被落哪了。

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发表于 2016-8-18 14:13:36 |显示全部楼层
好样的,谢  谢
通信与广电一建证书挂靠费6W+/年,广大通信人士想考、想了解的请加Q群 377354068,里面大量免费优质通信学习

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发表于 2016-8-18 23:07:11 |显示全部楼层
本帖最后由 bluie 于 2016-8-19 23:05 编辑

2 - 1. 自包含(Self-contained)帧结构 - 1


想来想去,还是先写帧结构吧,毕竟这个对中国标准界和我都有特殊的含义。

不得不从LTE TDD的帧结构说起。

LTE项目在3GPP启动之后,国内也开始了研究工作。主要思路之一就是延续TD-SCDMA的思路,设计LTE TDD方式的技术方案。由于LTE TDD比较拗口,同时也为了和TD-S统一,改称为TD-LTE。开始老外不太明白TD-LTE是啥,后来慢慢也就认可了,现在还有一个全球性的TD-LTE推进论坛,就叫Global TD-LTE Initiatives,简称GTI。

当时的设计思路是与TD-S共享频谱,需要考虑邻频共存。由于TDD最大的干扰是交叉干扰(干扰源BS发送干扰受害BS接收),所以邻频共存就得到了一个必然的结果:TD-L的帧结构必须与TD-S完全一致 - 即0.625ms的子帧。这个设计在3GPP研究报告存在了很长时间,直到欧洲公司为了保证LTE FDD和TD-LTE设计的最大一致性,强行revise结论。TD-L的子帧被设计为和LTE FDD一致的1ms,相应的符号长度和CP长度也用了完全一样的设计。期间还有个小插曲,国内的某些领导不太满意TD-L帧结构被称为Alternative Frame structure,认为Alternative显得TD-L和LTE FDD似乎不对等,要求3GPP改为type 2 Frame Structure.

年纪大了,不能熬夜了,明天再写5G的帧结构设计

点评

supermanguan  领导很爱国,这是对的  详情 回复 发表于 2016-8-24 15:24
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发表于 2016-8-19 07:46:10 |显示全部楼层
好东东大家分享

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发表于 2016-8-19 10:26:59 |显示全部楼层
为哈后来 TD-LTE用 1ms子帧还是能在现网中和 TD-S 共存呢,莫非所使用的频谱频段又重新分配了?

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bluie  重新算了一下,在牺牲几个符号后可以凑的上。  详情 回复 发表于 2016-8-19 10:51
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在水之舟               偶是通信人

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发表于 2016-8-19 10:51:32 |显示全部楼层
laicai2003 发表于 2016-8-19 10:26
为哈后来 TD-LTE用 1ms子帧还是能在现网中和 TD-S 共存呢,莫非所使用的频谱频段又重新分配了?

重新算了一下,在牺牲几个符号后可以凑的上。

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发表于 2016-8-19 23:10:43 |显示全部楼层
本帖最后由 bluie 于 2016-8-19 23:14 编辑

2-2. 自包含子帧 - 2

在3G、4G时代,TDD系统虽然是主流标准之一,但由于TDD频段偏高,网络覆盖较差、运营商投资高,除了中国的特殊国情以外,其他地区主流运营商采用TDD系统独立组网、运营的并不多。

话说到了5G时代,情况不太一样了。首先是新的FDD频率实在太难找了,唯一的可能就是二次数字红利(DD,Digital Dividend)广播业务退出的频段(600MHz),但这个频段涉及到广电清频这种多个行业协调问题,推动缓慢,目前只有美国进入了拍卖阶段。其次,1.8GHz – 2.6GHz之间这段频率基本都处于3G或4G的现网运营状态,何时重耕需要看政府的策略和运营商的商业计划。但是5G需要的频率量之大前所未遇,DD和重耕都不能解决实质问题,更多新频率只能在3.5GHz以上发挥了。从3.5GHz到70GHz,几乎所有的IMT备选频率都是TDD划分。

总结成一句话:5G时代真的要看TDD了。

吸取4G时代TD-LTE的设计经验,结合被广泛看好的Massive MIMO技术,5G时代TDD系统设计主要有两个目标:
1. 更快的系统反馈:为了提供更低的端到端传输时延,5G系统需要更低的RTT (消息往返时间,Round Trip Time)。在TD-LTE帧结构的七种配置中,最快的反馈大约是1ms;如果不幸的配置成了8:1的配置,最慢的系统反馈将是9ms。
2. 更快的信道测量:MIMO在TDD频段使用最大的优点是利用信道互易性,通过测量上行导频获得下行信道部分信息(波束方向)。考虑到毫米波频段的信道快速变化,5G的 TDD系统需要提供更多的上行导频发送时机。

从快速反馈的需求出发,最直接的设计就是同一个子帧里同时包含DL、UL和GP。下图是RAN1 #85会议提案中的示意图。

self-contained.JPG


图(a)是自包含子帧,具备三个特点 :
•        同一子帧内包含DL、UL和GP
•        同一子帧内包含对DL数据和相应的HARQ反馈
•        同一子帧内传输UL的调度信息和对应的数据信息

考虑到自包含子帧对硬件处理能力的要求很高,低端手机可能不具备相应的硬件能力,提案中也包含了图(b)中的较低要求方案。这种方案中HARQ反馈和调度都有更多的时间余量,对终端硬件的处理能力要求较低。而且,自包含子帧很容易通过信令指示终端支持这种配置。

在Verizon的V5G方案中关注到了MIMO信道测量这个问题。通过在同一个子帧内同时包含DL、UL和GP,利用UL发送RS进行信道测量。但是V5G对HARQ反馈时延要求不高,不必在同一子帧内反馈。

TD-LTE帧结构设计主要考虑了两个问题:当相邻小区UL/DL不能对齐时相邻小区的交叉干扰和GP对于小区覆盖的影响。相比于传统TDD帧结构设计,自包含子帧提供了更大的灵活性,但它是否会面临TD-LTE设计时同样的挑战呢?
•        首先是相邻小区的交叉干扰。如果相邻小区采用不能完全对齐的UL/DL配置,会有一个时间片段存在交叉部分。自包含子帧在设计时考虑了一些措施:首先将DL控制部分完全对齐,避免最重要的控制部分受到干扰;其次在数据部分通过纠错编码、HARQ等技术对抗干扰带来的影响。
•        其次是较小的GP限制了小区覆盖范围。小区的覆盖范围取决于GP的大小,即小区半径R=C(电磁波速度,即光速)* GP/2。但高频率无线电波在空气中传播损耗大,本身覆盖范围有限,相应的GP长度很小。也就是说,这个问题在载频变高后就不再是主要矛盾了。

在5月的南京RAN1会议,自包含子帧的基本设计在E、Q、Z、D几家公司共同的推动下获得了通过。可以预测,自包含子帧对5G物理层的设计会起到支柱性作用,3GPP将以此为基础,结合sub-carrier spacing等参数,尽快完成帧结构设计。

self-contained2.JPG


点评

guopeng0000  看不懂  详情 回复 发表于 2016-9-20 22:14
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发表于 2016-8-20 17:35:42 |显示全部楼层
本帖最后由 bluie 于 2016-8-20 17:39 编辑

2-3. 自包含子帧 - 3

直面自包含子帧时延挑战 – Scaled Symbol Control Design

ITU的IMT-2020.VISION对5G(IMT-2020)空中信号传输时延提出了1ms要求:
“IMT-2020 would be able to provide 1 ms over-the-air latency, capable of supporting services with very low latency requirements.”

自包含子帧的设计目标之一就是在同一子帧内通过反馈UL ACK,保证低时延。可是,问题来了,手机是否真的能那么快的处理信号、并生成反馈呢?

20160814 - 0.JPG


自包含子帧示意图(DL Centric)

在示意图中,为了通过快速反馈降低时延,UE会在同一个子帧内的UL符号传输针对DL数据的ACK。假设DL数据占用T0 -> T1的全部符号(蓝色),一个能够充分利用流水处理接收信号的UE会在接收到每一个DL符号之后,马上开始开始解调,解码等处理(充分流水处理也即是自包含子帧的设计理念之一)。UE将在T1 + TLatency (BS到UE的空口传输时延)时刻接收全部DL数据,在这之后大致还需要一个符号的时间来处理最后一个DL符号的数据。

为了保证小区内各个UE信号同时到达BS,UE需要在T2 - TLatency时刻发送UL ACK。也就是说,留给UE处理数据的时间大约是T2 – T1 – 2×TLatency。为保证UE有足够的处理时间,似乎必须得在帧结构里预留一个额外的符号作为数据处理时间。

举个例子:假设UE处理DL数据的时间TD较大(即TD > T2 – T1 – 2× TLatency),在帧结构设计时需要预留灰色部分来保证UE有足够的时间处理DL数据,即T22 – T1 – TLatency ≥ TD。假设小区半径1公里,空口往返延时大约6us,数据处理时间大致为一个符号35us,数据处理时间远远大于空口往返延时。

20160814 - 1.jpg


很自然的想到,难道大部分灰色部分只能空着吗?能不能传点有用的数据呢?能想到这个,就必须给你点赞了。

仔细分析控制信道设计会发现,控制信道总可以归纳为两部分,一部分没有数据依赖性,另一部分则具有数据依赖性。UE可以在这个灰色时间区间发送与DL数据接收无关的信息,例如导频。把UL ACK分成两个较短的符号传输。第一个符号传输与DL数据接收无关的导频可以在数据处理的同时发送,第二个符号传输ACK在数据处理完成后再发送。这时,只要保证缩短符号(Scaled Symbol)的长度小于TD就可以了,既给UE留了足够的时间接收DL数据、生成ACK,又充分利用了时间资源。不仅如此,Ack到下一个子帧之间又留出了时间,这样不仅自包含同帧Ack实现了,子帧间无间断的HARQ处理也成为了可能!

20160814 - 2.jpg


再看复杂度,缩短符号相应的FFT  size 变小了,也更便于基站接收UL  ACK的流水作业(即在原本只收到半个符号的时间点就可以开始处理导频信号了),总的复杂度不增反降,真可谓两全其美。

那么,这样做有什么代价吗?会不会影响UL传输性能呢?

假设缩短符号是按比例缩短,即CP也缩短一半,这时对抗(多径造成的)时延扩展能力会相应下降。对于UL控制信道(导频和ACK),这个影响有多大呢?

30KHz符号和60KHz符号的设计参数
20160814 - 4.JPG


下图是信道时延扩展为300ns时的Geometry分布。可以看到:在Geometry较大的区域(大于22dB),Scaled CP性能开始下降。但是,采用UL缩短符号传输控制信道需要传输的仅仅是1个比特,码率非常低,Geometry工作点远远低于22dB。因此,缩短符号对控制信道的影响可以基本忽略。

点评

释然。。。  谢谢  详情 回复 发表于 2017-11-17 10:07
zhouhanzhi  有个疑问,dl的数据按照符号流水处理是只需要T1+TLatency+约一个符号的处理时间,但这应该只局限在接收数据符号域的处理,接下来还需要对整个dl的比特域处理,包括可能会涉及到1-4个Turbo译码的处理(lte),这个开销  详情 回复 发表于 2017-7-28 10:00
wyan_2005  开始有点迷糊了,5G好像真的有很大变化  详情 回复 发表于 2016-8-25 19:10
renxiaowei  楼主好文章,好总结。 先前看过这部分内容,很多点自己琢磨半天都无法理解。 期待楼主后续输出  详情 回复 发表于 2016-8-24 23:48
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发表于 2016-8-22 14:15:45 |显示全部楼层
self-contained subframe的设计还有一些细节,例如对UL centric的设计,和对URLLC的设计。但原理都类似,暂时都不讲了。

看来周末更新真心不行,大家都出去玩儿了。

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taojian723  感谢楼主真是惊喜,占个位置,追更!  详情 回复 发表于 2016-8-22 15:56
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发表于 2016-8-22 14:21:08 |显示全部楼层
好,谢谢楼主

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发表于 2016-8-22 15:56:43 |显示全部楼层
bluie 发表于 2016-8-22 14:15
self-contained subframe的设计还有一些细节,例如对UL centric的设计,和对URLLC的设计。但原理都类似,暂 ...

感谢楼主真是惊喜,占个位置,追更!
刻薄并非犀利,嘴贱不叫毒舌

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发表于 2016-8-22 17:22:30 |显示全部楼层
这得占个位置慢慢看,谢谢楼主
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