4G与5G网络的区别和相似之处

2021-03-05 08:38:54 字数 5409 阅读 1724

1楼:成都亿佰特公司

一、帧结构比较

1.4g和5g相同之处

帧和子帧长度均为:10ms和1ms。

最小调度单位资源:rb

2.4g和5g不同之处

1);子载波宽度

4g:固定为15khz。

5g:多种选择,15khz、30khz、60khz、120khz、240khz,且一个5g帧中可以同时传输多种子载波带宽。

2); 最小调度单位时间

4g:tti, 1毫秒;

5g:slot ,1/32毫秒~1毫秒,取决于子载波带宽。

此外5g新增mini-slot,最少只占用2个符号。

3);每子帧时隙数(符号数)

4g:每子帧2个时隙,普通cp,每时隙7个符号。

5g:取决于子载波带宽,每子帧1-32个时隙,普通cp每时隙14个符号。

4g的调度单位是子帧(普通cp含14个符号);5g调度单位是时隙(普通cp含14个符号)。

3.5g设计理念分析

1);时频关系

基本原理:子载波宽度和符号长度之间是倒数关系,宽子载波短符号,窄子载波长符号;

表现:总带宽固定时,时频二维组成的re资源数固定,不随子载波带宽变化,吞吐量也是一样的。

2);减少时延

选择宽子载波,符号长度变短,而5g调度固定为1个时隙(12/14个符号),调度时延变短。

当选择最大子载波带宽时候,单次调度从1毫秒(15khz)降低到了1/32毫秒(480khz),更利于urllc业务。

4. 5g子载波带宽比较

1);覆盖:窄子载波好

业务、公共信道:小子载波带宽,符号长度长,cp的长度就唱,抗多径带来的符号间的干扰能力强。

公共信道:例如pucch、prach需要在一个rb上传完,小子载波每rb带宽也小,上行功率密度高。

2);开销:窄子载波好

调度开销:对于大载波带宽,每帧中需要调度的slot单位会多,调度开销增大。

3);时延:宽子载波好

最小调度时延:大子载波带宽,符号长度小,最小调度单位slot占用时间短,最短1/32毫秒。

4);移动性:宽子载波好

多普勒频移忍受度:在频移一定情况,大带宽影响度小,子载波间干扰小。

5);处理复杂度:宽子载波好

fft处理复杂度:例如15khz时,优于fft多,设备只能支持到275个rb(50mkz)。

5.5g常用子载波带宽

1);c-band

embb:当前推荐使用30khz。

urllc:宽子载波带宽。

6.自包含

4g:单子帧要么只有下行,要么只有上行(特殊子帧除外),下行子帧传完后,才传上行子帧,3:1的比例下,下行发送开始3ms后,才开始发送上行反馈,时延比较大。

5g:在每个时隙里面都引入与数传方向相反方向的控制信道,可以做到快速反馈降低(下行反馈时延和上行调度时延),例如30khz时候,反馈可以做到0.5ms单位,其它大子载波带宽,可以做到更小时延。

二、tdd的上下行配比

1.tdd分析

1)、优势

资源适配:按照网络需求,调整上下行资源配比。

更好的支持bf:上下行同频互异性,更好的支持bf。

2)、劣势

需要***同步:需要严格的时间同步。

开销:上下行转换需要一个gap,资源浪费。

干扰:容易产生站间干扰,例如tdd比例不对齐,超远干扰等。

2.从tdd-lte看5g

tdd比例无创新:lte和5g在tdd比例设计上都差不多,上下行比例可调。

动态tdd短时间不太可能:同一张网络只能一个tdd比例,否则存在严重的基站间干扰。

tdd比例会收敛:从lte看,初期也是定义了很多的tdd比例,但最终都收敛到了3:1的比例(下行与上行的资源配比),5g应该也会如此。

同步:5g运营商之间同步,nr与tdd-lte之间同步。

三、信道:传输高层信息

1. 公共信道

1) ;下行

a)pcfich,phich

4g:有此信道。

5g:删除此信道,降低了时延要求。

b)pdcch

4g:无专有解调导频,不支持bf,不支持多用户复用,覆盖和容量差;pdcch在频域上散列,有频选增益,但是前向兼容不好,例如gl动态共享,需考虑pdcch如何规避。

5g:有专有解调导频(dmr)、支持bf、支持多用户复用,覆盖(9db增益)和容量好;pdcch设置在特定的位置,前向兼容性强,想把其中部分频段拿出来很简单。

c)广播信道

4g:频域位置固定,放在带宽**,不支持bf。

5g:位置灵活可配,前向兼容性强,支持bf,覆盖提升9db。

2)上行

a)pucch

4g:调度最小单位rb。

5g:调度最小单位符号,可以放在特殊子帧。

2.业务共信道

1)下行pdsch

4g:除lte mm外无专有导频,最高调制64qam。

5g:有专有导频,最高调制256qam,效率提升33%。

2)上行pusch

4g:最高调制64qam。

5g:最高调制256qam,效率提升33%。

四、信号:辅助传输,无高层信息

1.信号类型

4g:测量和解调都用共用的crs(测量rsrp pmi ri.cqi测相位来解调),当然lte mm(mm:massive mimo,多天线技术,下同)有专有导频与crs共享。

5g:去掉crs。新增cri-rs(测量rsrp pmi ri cqi),并支持bf;新增dmrs解调专用的dmrs(测量相位解调)并支持bf,所有信道都有专有的dmrs,12个端口的dmrs加上空间复用支持最大32流。

2. 对比

1);覆盖

4g:crs无bf,rsrp差。

5g:cri-rs有bf(bf:beam forming,波束赋形,下同),相比lte rsrp有9db覆盖增益(10*log(8列阵子))。

2);轻载干扰

4g:轻载干扰大。无bf,干扰大一些;时刻发送,即使空载也要在整个小区内发送,对邻区有干扰;小区间错位发送,即使空载无数传也把邻区的数据给干扰了。

5g:有bf且窄带扫描,干扰小一些;可以只发送某个子带,邻区干扰小,无数传的子带不会干扰邻区;邻区间位置不错开,无对邻区的数据re干扰。

3);容量

a);导频开销:差不多

4g:每rb中的crs占16个re,如果mm的话还有专有导频re 12个。

5g:每rb中的csi-rs 2~4个re,dmrs 12~24个re。

b);单用户容量

4g:协议定义了2个端口的dmrs,因此mm的时候单用户最高2流。

5g:定义了12个端口的dmrs,单用户可以最高支持到协议规定的8流,当然考虑到终端的尺寸限制,实现上估计最高也就在4流的样子。

五、多址接入

1. 峰值提升9%

4g:ofdm带宽利用率90%,左右各留5%的带乱作为保护带。

5g:f-ofdm带宽利用率98.3%(滤波器减少保护带)。

2. 上行平均提升30%

4g:上行使用单载波技术。优势:

因为papr低,发射功率高,在边缘覆盖好;劣势:因为是单载波,单用户数据必须在连续的rb上传输,容易造成rb数不够传输一个用户数据而浪费;用户配对是1对1的,如两个用户需要的资源不一样大,就造成浪费。

5g:使用单载波多载波自适应。边缘用户使用单载波,覆盖好;中近点用户使用多载波,用户可以1对多配对,用户配对效率高,资源利用率高;用户资源分配可以用不连续的rb资源,有频选增益,以及可以完全利用零散的rb资源。

六、信道编码

4g:业务信道turbo,控制信道卷积码、块编码以及重复编码。

5g:ldpc码-业务信道,大数据块传输速率高,解调性能好,功耗低;polar码-控制信道,小数据块传输,解调性能好,覆盖提升1db。

七、bf权值生成

4g:tm7/8终端:基于终端发射srs,基站根据srs计算权值;tm9终端(r10版本及以上):终端发射srs基站计算权值(中近点)与终端根据crs计算pmi(远点)自适应。

5g:终端发射srs基站计算权值(中近点)与终端根据crs计算pmi(远点)自适应;srs需要全带宽发射,在边缘的时候因收集功率有限,到达基站时候可能已经无法识别了,而pmi制式一个index,只需要1~2个rb就可以发给基站了,覆盖效果好。

八、上下行转换

4g:每个帧(5ms/10ms)上下行转换一次,时延大。

5g:更大的载波带宽以及自包含时隙,实现快速反馈,时延小。

九、大带宽

4g:最大支持20mhz;

5g:最大支持100mhz(c波段),400mhz(毫米波);

十、载波聚合

4g:8cc;

5g:16cc;

十 一、5g相比4g容量增强

1. 下行

1);mm:持平

5g最关键的技术,大幅度提升频谱效率;lte也有mm,从lte经验看,mm的频谱效率大概是2t2r的5倍左右

2);f-ofdm:提升9%

5g的带宽利用率提升了9%;

3);1024qam:<5%

峰值提升25%;但是考虑到现网中很难进入1024qam,预估平均吞吐量增益小于5%;

4);ldpc:不清楚

5);更精确的反馈:20%~30%

终端srs在终端四个天线轮发,基站获取终端的全部4个信道的信息,而使单用户多流以及多用户之间的mimo调度与协调更优;srs与pmi自适应,在边缘srs不准时,使用pmi是的bf效果相比lte更优。

6);开销:基本持平

5g在减少crs的同时,其实是增加了cri-rs和dmrs,较少和增加的开销一致,不能说crs free后,相对于lte开销减少了。crs free其实是为了减少轻载时的干扰。

7) ;slot聚合:10%

4g:每两个slot都要发送dci grant信息。

5g:多个slot聚合,只发送一个dci grant信息,开销小。

2. 上行

1);mm:持平

2);单、多载波自适应:30%

用户一对多不对齐配对,rb不连续分配;

3);ldpc:未知

十二、5g相比4g覆盖增强

1. 下行

1)ldpc:未知

2)功率:2db

lte功率120w,5g功率200w。

2. 上行

1)ldpc:未知

2) 上下行解耦:11db+

十三、5g相比4g时延增强

1. 短tti

5g最短调度时长由lte的1ms缩短到最短1/32毫秒。

2.自包含

把上下行反馈时长间隔缩短到单个slot里面,最短1/32毫秒内。

3. 上行免授权

上行免授权接入,减少时延。

4. 抢占传输

urllc抢占资源。

5.导频前置

终端处理dmrs需要一定的时间。

6. 迷你时隙

选取几个符号作为传输调度单位,将调度时延进一步压缩。

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