第2章-5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)課件

第二章5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)中國通信建設(shè)集團(tuán)設(shè)計院有限公司2018年10月內(nèi)部資料注意保密目錄2.3大規(guī)模天線陣列2.4編碼與調(diào)制2.5全頻譜接入2.1關(guān)鍵技術(shù)總覽2.2新型多址技術(shù)2-12.15G關(guān)鍵技術(shù)總覽2-22.15G關(guān)鍵技術(shù)總覽2-3關(guān)鍵技術(shù)——總覽頻譜拓展技術(shù)頻效提升技術(shù)能效提升技術(shù)覆蓋增強(qiáng)技術(shù)多址技術(shù)、用戶調(diào)度、資源分配、用戶/網(wǎng)絡(luò)協(xié)作超密異構(gòu)組網(wǎng)D2D、M2M大規(guī)模天線、FBMC、空間調(diào)制認(rèn)知無線電、毫米波、可見光綠色通信干擾管理增加覆蓋增加信道增加帶寬增加SINR目錄2-42.3大規(guī)模天線陣列2.4編碼與調(diào)制2.5全頻譜接入2.1關(guān)鍵技術(shù)總覽2.2新型多址技術(shù)2.2新型多址技術(shù)2-5需滿足目標(biāo)設(shè)計要點(diǎn)更高的頻譜效率更高帶寬，能夠有效支持MIMO，抵抗多徑信道的影響。更低的帶內(nèi)/帶外輻射降低頻帶內(nèi)用戶間干擾，降低相鄰運(yùn)營商之間的干擾（如較低的ACLR）。支持異步多址接入采用異步操作，在最小的調(diào)度開銷內(nèi)支持更多的小數(shù)據(jù)突發(fā)類設(shè)備，滿足更低功率的要求。低功耗需要較小的PA補(bǔ)償，以提高PA效率。低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性收發(fā)信機(jī)的復(fù)雜性要求合理，額外的復(fù)雜度要求必須考慮性能的影響。網(wǎng)絡(luò)頻譜效率更高使用戶和基站間的頻譜效率最大化，支持MU-MIMO。鏈路預(yù)算和容量間的權(quán)衡基于用戶和場景需求來考慮覆蓋和容量之間的平衡。低開銷協(xié)議開銷最小化，以增強(qiáng)可擴(kuò)展性，降低功率消耗，增加容量，降低控制開銷。OFDMA/SC-FDMA方式一直被3GPP采用，但是為了滿足更高級的需求，正交多址方式會顯現(xiàn)出來一些局限性。5G波形及多址設(shè)計需要滿足更高頻譜效率、更低帶內(nèi)外輻射、低功耗、低復(fù)雜度及低開銷等一系列特征。波形和多址設(shè)計要點(diǎn)2.2新型多址技術(shù)2-6特性：1.支持多路正交子載波傳輸；2.易于與MIMO集成，實(shí)現(xiàn)更高的頻譜效率。舉例：1.CP-OFDM（LTE協(xié)議中采用）2.CP-OFDM+WOLA（目前的LTE系統(tǒng)采用）3.UFMC4.FBMC5.GFDM多載波波形特性：1.較低的PAPR使得功放效率高，同時可以增加續(xù)航時間；2.在多徑環(huán)境下，為實(shí)現(xiàn)更高的頻譜效率，需要做均衡。舉例：1.恒包絡(luò)波形，例如： MSK（IEEE802.15.4） GMSK（GSM、藍(lán)牙）2.SC-QAM（EVDO、UMTS）3.SC-FDE（IEEE802.11ad）4.SC-FDM（LTE上行）5.Zero-tailSC-FDM單載波波形下行：支持基于OFDM的波形。上行：支持基于OFDM的波形，也支持DFT-S-OFDM的波形，DFT-S-OFDM與CP-OFDM波形互補(bǔ)使用。CP-OFDM波形可以用于單流和多流（即MIMO）傳輸，而基于DFT-S-OFDM的波形限于單流傳輸（針對鏈路預(yù)算有限的情況）。對于頻率高達(dá)40GHz的eMBB和URLLC服務(wù)，基于CP-OFDM的波形支持頻譜利用率Y大于LTE的頻譜利用率（假設(shè)在LTE中，Y=90％），其中Y（％）被定義為傳輸配置帶寬/信道帶寬*100％。2.2新型多址技術(shù)2-7多載波（OFDM系列）波形處理流程以O(shè)FDM為基礎(chǔ)，多載波波形候選方案包括CP-OFDMWOLA、UFMC、FBMC等，處理流程如下。波形SC-QAMSC-FDM/SC-FDEZero-tailSC-FDMCP-OFDM+WOLAUFMCFBMCGFDM采用MIMO來獲取更高的頻譜效率√√√√較低的帶內(nèi)和帶外輻射√√√√√√√支持異步多址接入√√更低功耗√√√更低的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度√√√√2.2新型多址技術(shù)2-8潛在多址接入方案正交多址接入技術(shù):FDMA、TDMA、CDMA、OFDMA非正交多址接入技術(shù)（候選方案）:SCMA(稀疏碼分多址)、MUSA（多用戶共享接入）、PDMA（圖樣分割多址）、NOMA（非正交多址）、RSMA(非正交資源擴(kuò)展型多址接入)、LDS-SVE、IGMA、NCMA、LSSA、GOCA、RDMA、LCRS、MU-MIMO、NOCA多址方案：協(xié)議未定，需進(jìn)一步跟蹤。正交多址接入技術(shù)非正交多址接入技術(shù)2.2新型多址技術(shù)2-9以兩個用戶為例，由上式可得，兩用戶速率對（R1，R2）滿足下列不等式：新型多址技術(shù)中，假設(shè)上行多址接入信道包含K個用戶，用戶k的最大發(fā)射功率為Pk，信道增益為gk，帶寬為B。假設(shè)接收端AWGN的功率譜密度為N0/2，則K個用戶的容量界可表示為：4G采用正交多址接入技術(shù)，僅在C點(diǎn)能達(dá)到曲線所示的容量界，一般來說是次優(yōu)容量。但是在該點(diǎn)，用戶1(弱用戶)獲得的速率很小，因此對弱用戶而言不公平。非正交多址接入理論上可顯著提升頻譜效率（折線），實(shí)際蜂窩通信系統(tǒng)為復(fù)雜的干擾網(wǎng)絡(luò)，且干擾不能完全消除，大量非正交傳輸將給相鄰小區(qū)帶來無法完全消除的干擾。對于較多用戶同時發(fā)送時的實(shí)際性能，還需考慮系統(tǒng)設(shè)計和工程約束，進(jìn)行全面的評估和優(yōu)化。bit/s/Hzbit/s/Hz最優(yōu)容量區(qū)域正交方案可達(dá)速率區(qū)域SNR1=20dB（強(qiáng)用戶）,SNR2=0dB（弱用戶）2.2新型多址技術(shù)2-10NOMA基本原理：引入了一個新的維度—功率域，通過功率域疊加編碼的思想來發(fā)送信號，使得信道條件不同的用戶可以共享相同時域、頻域、碼域資源。功率復(fù)用的主要思想是根據(jù)用戶信道條件差異來分配功率，為了保證用戶的公平性，給差用戶（小區(qū)邊緣）分配更多的功率，給信道條件較好的用戶（小區(qū)中心用戶）分配較少的功率；從而在保證差用戶的性能條件下，提高系統(tǒng)的整體性能。利用串行干擾消除（SuccessiveInterferenceCancellation）實(shí)現(xiàn)解調(diào)。與正交傳輸相比，接收機(jī)復(fù)雜度有所提升，但可以獲得更高的頻譜效率。NOMANOMA和OFDMA對比NOMA接收側(cè)SIC解調(diào)算法2.2新型多址技術(shù)2-11PDMASCMAMUSA發(fā)送端，將低密度擴(kuò)頻技術(shù)和多維調(diào)制技術(shù)相結(jié)合，為用戶選擇最優(yōu)的碼本集合，不同用戶基于分配的碼本進(jìn)行非正交疊加后在信道傳輸。對于每個用戶，將兩個比特調(diào)制映射到復(fù)數(shù)碼字，6個稀疏碼字在4個正交資源（OFDM）上傳輸。接收端，采用MPA（MessagePassingAlgorithm）算法進(jìn)行低復(fù)雜度的多用戶聯(lián)合檢測。發(fā)送端，不同用戶數(shù)據(jù)通過碼序列c進(jìn)行擴(kuò)頻，各用戶擴(kuò)展后的符號可以在相同的時頻資源里發(fā)送。接收端，對多用戶采用SIC技術(shù)進(jìn)行區(qū)分。MUSA的特征主要是在于系統(tǒng)性能改善和靈活的復(fù)雜性控制。它可以支持大量的用戶訪問，且不需要同步，實(shí)現(xiàn)免調(diào)度過程。發(fā)送端，增加圖樣映射模塊，在同一時頻資源內(nèi)對多個用戶信號進(jìn)行功率域、空域、碼域單獨(dú)或聯(lián)合編碼，采用易于SIC算法的特征圖樣進(jìn)行區(qū)分。接收端，增加圖樣檢測模塊，采用低復(fù)雜度、高性能的SIC接收機(jī)實(shí)現(xiàn)多用戶檢測。稀疏碼分多址（SparseCodeMultipleAccess）技術(shù)是由華為提出的一種碼域疊加的非正交多址技術(shù)。多用戶共享接入(Multi-userSharedAccess)技術(shù)是由中興提出的一種基于碼域疊加的非正交多址技術(shù)。圖樣分割多址接入（PatternDivisionMultipleAccess）是由大唐提出的功率域、空域、碼域聯(lián)合優(yōu)化的非正交多址技術(shù)。目錄2-122.3大規(guī)模天線陣列2.4編碼與調(diào)制2.5全頻譜接入2.1關(guān)鍵技術(shù)總覽2.2新型多址技術(shù)2.3大規(guī)模天線陣列2-13空間分集利用較大間距的天線陣元之間的不相關(guān)性，發(fā)射或接收一個數(shù)據(jù)流或與該數(shù)據(jù)流有一定相關(guān)性的數(shù)據(jù)，避免單個信道衰落對整個鏈路的影響。波束賦形利用天線陣子之間的相關(guān)性，通過發(fā)射波形成干涉，集中能量于某個（或某些）特定方向上，形成波束，從而實(shí)現(xiàn)更大的覆蓋和干擾抑制效果?？臻g復(fù)用利用較大間距的天線陣元之間或賦形波束之間的不相關(guān)性，向一個終端/基站并行發(fā)射多個數(shù)據(jù)流，以提高鏈路容量（峰值速率）。注：不同天線發(fā)射相同的數(shù)據(jù)（亦或同一數(shù)據(jù)不同樣本，如STBC），在弱信號條件下提高數(shù)據(jù)的傳輸可靠性。多天線（又稱為MIMO），即在發(fā)送和接收端同時使用多天線。注：不同天線發(fā)射不同的數(shù)據(jù)，可以增加容量，即2×2MIMO方式容量提高1倍2.3大規(guī)模天線陣列2-14MassiveMIMOMassiveMIMO（大規(guī)模天線，又稱Large-scaleMIMO）理論依據(jù)：隨著基站天線個數(shù)趨于無窮大，多用戶之間信道趨于正交，即系統(tǒng)的很多性能都只與大尺度相關(guān)，與小尺度無關(guān)。MassiveMIMO可以達(dá)到如下效果：深度挖缺空間維度資源，在三維空間形成具有高空間分辨力的高增益窄幅波束，提升頻譜資源在多個用戶之間的復(fù)用能力，大幅提升頻譜效率；通過窄幅波束的調(diào)度和協(xié)調(diào)，起到降低干擾的目的。窄波束集中輻射更小的空間區(qū)域，使得射頻傳輸鏈路能量效率最高，減少基站發(fā)射功率損耗，是構(gòu)建未來綠色寬帶無線通信系統(tǒng)的重要技術(shù)。MassiveMIMO應(yīng)用場景2.3大規(guī)模天線陣列2-15陣列增益（ArrayGain）：MIMO系統(tǒng)利用各天線上信號的相關(guān)性和噪聲的非相關(guān)性，提高合并后信號的平均SINR而獲得的性能增益；主要用來提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能。空間分集增益（DiversityGain）：MIMO系統(tǒng)對抗信道衰落對性能的影響，利用各天線上信號深衰落的不相關(guān)性，減少合并后信號的衰落幅度（即信噪比的方差）而獲得性能增益。主要用來提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能。干擾抑制增益：通過利用IRC或其它多天線干擾抵消算法，為系統(tǒng)帶來的干擾場景下的增益；主要用來提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能和增加系統(tǒng)容量。大規(guī)模天線增益：陣列增益、空間分集增益、干擾抑制增益、空間復(fù)用增益空間復(fù)用增益：在相同帶寬和相同總發(fā)射功率條件，通過增加空間信道的維數(shù)（即增加傳輸流數(shù)）獲得的吞吐量增益。主要用來增加系統(tǒng)容量和提升峰值速率。2.3大規(guī)模天線陣列2-16圖示：系統(tǒng)頻譜效率

vs

基站天線數(shù)目空間復(fù)用增益：隨著基站天線數(shù)增加（大于100根天線時），系統(tǒng)頻譜效率接近無干擾時的系統(tǒng)頻譜效率13.8bit/s/Hz。發(fā)送端：采用最大比發(fā)送(MRT)方式的兩種天線陣列的下行合速率對比。接受端：單天線4個用戶128天線線性陣列性能128天線圓柱陣列性能2.3大規(guī)模天線陣列2-17廠家5G樣機(jī)工作在3.5G頻點(diǎn)\TDD\200M帶寬基礎(chǔ)上，在單站測試中，下行峰值頻譜效率接近70~80bps/Hz，極限速率達(dá)到19Gbps（200MHz帶寬）。更高速率來源于測試終端，8天線以及更強(qiáng)處理能力。3.5GHz大規(guī)模天線2.3大規(guī)模天線陣列2-18碼字：獨(dú)立的編碼數(shù)據(jù)塊q={0,1}，5G規(guī)定碼字?jǐn)?shù)最大為2。加擾：對信道編碼后的比特序列與擾碼序列相乘（異或），實(shí)現(xiàn)比特級加擾。下行采用的擾碼序列為31位的Gold序列(38.211Clause5.2.1)，不同物理信道的擾碼序列初始值Cinit不同。加擾方法：下行物理共享信道（PDSCH）處理過程包含加擾、調(diào)制、層映射、天線端口映射、虛擬RB映射、虛擬RB到物理RB映射等過程。2.3大規(guī)模天線陣列2-19下行物理共享信道（PDSCH）處理過程包含加擾、調(diào)制、層映射、天線端口映射、虛擬RB映射、虛擬RB到物理RB映射等過程。層：表示空間復(fù)用或發(fā)射分集所發(fā)送的不同“數(shù)據(jù)流”的概念,，下行最多層數(shù)為8，詳見Table7.3.1.3-1:Codeword-to-layermappingforspatialmultiplexing。1個碼字2個層2個碼字2個層2.3大規(guī)模天線陣列2-20下行物理共享信道（PDSCH）處理過程包含加擾、調(diào)制、層映射、天線端口映射、虛擬RB映射、虛擬RB到物理RB映射等過程。天線端口映射：即預(yù)編碼，將空間流上的符號映射到天線端口P，LTE多天線（空間分集和空間復(fù)用）均在這個模塊完成。值得注意的是，天線端口P是虛擬天線端口數(shù)目，并不是實(shí)際物理天線端口。協(xié)議只規(guī)定了，下行未提到預(yù)編碼方案：2.3大規(guī)模天線陣列2-21下行物理共享信道（PDSCH）處理過程包含加擾、調(diào)制、層映射、天線端口映射、虛擬RB映射、虛擬RB到物理RB映射等過程。映射到VRB：完成虛擬天線端口的數(shù)據(jù)到空域、時域、頻域的映射操作,VRB是虛擬的RB，mac層在分配資源的時候，是按VRB來分配。映射到PRB：VRB再映射到PRB,有兩種映射方式：分布式和集中式。集中式VRB和PRB是一一對應(yīng)的關(guān)系，分布式的VRB映射到PRB需要先交織，然后再按照一定的規(guī)則映射到實(shí)際的PRB位置。2.3大規(guī)模天線陣列2-22上行物理共享信道（PUSCH）處理過程包含加擾、調(diào)制、層映射、DFT預(yù)編碼、預(yù)編碼、虛擬RB映射、虛擬RB到物理RB映射等過程。TS38.211Clause6.3.1.52.3大規(guī)模天線陣列2-23天線型號：MB800-65-15DDE2.3大規(guī)模天線陣列2-242.3大規(guī)模天線陣列2-25輻射單元（振子）饋電網(wǎng)絡(luò)（功率分配網(wǎng)絡(luò)）反射板（槽板）單極化對稱振子雙極化對稱振子單極化微帶貼片振子2.3大規(guī)模天線陣列2-263.5GHZ,8×8×2陣子2.3大規(guī)模天線陣列2-27c=λfc是電磁波的傳播速度,單位m/s,近似為2.998x108m/sλ是波長,單位mf是頻率,單位Hz當(dāng)f=2.5GHz時，λ=12cm;當(dāng)f=3.5GHz時，λ=8.6cm;當(dāng)f=5.8GHz時，λ=5.2cm;當(dāng)f=28GHz時，λ=1.1cm;dv=dH

=0.5λdv=2λdH

=0.5λ天線大小與頻率（波長）有關(guān)，在單一維度上放置大量天線工程建設(shè)是比較困難的，二維天線更易于實(shí)現(xiàn)。文獻(xiàn)研究表明當(dāng)dv=2λ，dH=0.5λ時，天線性能最優(yōu)。AAU（型號：A9611S35）工作頻段3400MHz-3600MHz體積55L（880x450x140mm）重量40Kg通道數(shù)64T64R陣子數(shù)192信號帶寬(IBW)200MHzeCPRI1*25G(SFP28),2*100G(QSFP28)輸出功率200W功耗<1100W安裝方式掛墻/抱桿（抱桿需直徑60~120mm，壁厚4mm以上，鐵塔抱桿承重及風(fēng)載需滿足以上需求。）2.3大規(guī)模天線陣列2-285G無線設(shè)備主要包括CU、DU和AAU，其中AAU部分射頻和天線合一。中國電信試驗(yàn)網(wǎng)5G設(shè)備-ZTE:BBU(CU和DU合設(shè))V9200+AAUA9611BBU（型號：V9200）尺寸2U高、19英寸寬88.4*482.6*370重量<18kg容量15*100MHz64T64R（滿配）3*100MHz64T64R（單基帶板）同步方式GPS/北斗/1588V2供電方式-48VDC功耗<370W(S111常溫)/<600W(S111高溫)安裝方式19英寸機(jī)柜安裝、掛墻安裝、室外一體化機(jī)柜安裝、HUB柜安裝BBUV9200AAUA96112.3大規(guī)模天線陣列2-29典型站型BBUAAUBBU典型功耗BBU峰值功耗AAU典型功耗AAU峰值功耗單站典型功耗單站峰值功耗空開/熔絲需求S1111337060011001360≤3700W≤4700W2*100AZTE5G基站電源容量需求:5G基站S111配置情況下，單站典型功率3700W，單站峰值功率4700W，單站電源容量配置需求2*100A。頻段頻譜資源通道數(shù)下行占比流數(shù)小區(qū)峰值小區(qū)均值eCPRIBackhaul/三扇區(qū)扇區(qū)5G低頻100MHz64T64R0.75164Gbps0.8Gbps25G5.6Gbps5G低頻100MHz16T16R0.7582Gbps0.4Gbps12.5G2.8Gbps5G高頻800MHz4T4R0.7548Gbps1.6Gbps50G11.2Gbps注：NGMN帶寬規(guī)則：單站點(diǎn)峰值=單小區(qū)峰值+單小區(qū)均值*(N-1)，單站點(diǎn)均值=單小區(qū)均值*N；N為小區(qū)數(shù)5G傳輸需求:5G前傳帶寬需求25Gbps，采用25G光模塊通過單模光纖進(jìn)行傳輸，和目前4GRRU所使用單模光纜通用，BBU和AAU之間拉遠(yuǎn)距離≤10km；目前AAU間暫時不能級聯(lián)。2.3大規(guī)模天線陣列2-305GAAU面積比傳統(tǒng)設(shè)備有所下降，重量略有增加：5GAAU（64T64R)的擋風(fēng)面積約為0.4㎡，相比傳統(tǒng)設(shè)備（天線+RRU）平均降低了21%；重量約為43kg，相比傳統(tǒng)設(shè)備增加27%。5G第三階段試驗(yàn)基站設(shè)備參數(shù)（64T64R宏站，3.5G）廠家AAU與傳統(tǒng)設(shè)備的區(qū)別尺寸(mm)面積(㎡)重量(kg)面積減少（㎡）面積差異重量增加重量差異（kg）華為860×395×1900.3440-0.18-34.62%721.21%中興799×399×1610.3245-0.2-38.46%721.21%諾基亞貝爾900×480×1440.4340-0.09-17.31%721.21%大唐895×490×1420.4447-0.08-15.38%1442.42%愛立信978×520×1500.5143-0.01-1.92%1030.30%平均值0.4043-0.112-21.54%927.27%4G-1800M-約0.52約33

（天線+RRU）2.3大規(guī)模天線陣列2-31對整體承載力影響對安裝抱桿的影響根據(jù)測算，5GAAU面積的變化，使鐵塔風(fēng)荷載降低15~20%，對鐵塔承載力的要求有所降低。通信鐵塔屬于高聳結(jié)構(gòu)，對風(fēng)荷載較為敏感，風(fēng)荷載對鐵塔產(chǎn)生的影響超過90%，需關(guān)注天線、設(shè)備的尺寸而不是重量。5GAAU在面積和重量上的變化，對原抱桿的強(qiáng)度和變形能力的要求降低約30%。29%31%27%32%注：以上數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)圖集中的0.65風(fēng)壓的抱桿，規(guī)格70x4測算。注：以上數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)圖集中的標(biāo)準(zhǔn)塔型進(jìn)行的測算。2.3大規(guī)模天線陣列2-325G基站AAU采用了64T/64R天線陣列，相比傳統(tǒng)8T/8R的4G天線，單通道的平均功耗雖然下降，但通道數(shù)量大幅度提升，AAU功耗明顯上升。各廠家設(shè)備仍在不斷優(yōu)化，功耗仍有下降空間，研究院持續(xù)關(guān)注。5G第三階段試驗(yàn)基站設(shè)備功耗表廠家CU/DU合設(shè)功耗（W）AAU單系統(tǒng)功耗（W）規(guī)格功耗（W）華為140064T64R11504850中興60064T64R13604780諾基亞貝爾166064T64R15006160大唐185064T64R17006950愛立信170064T64R12005300注：單系統(tǒng)按1個BBU（CU/DU合設(shè)）和3個AAU計算。約4倍2.3大規(guī)模天線陣列2-335G天線整機(jī)功耗大而且能源利用效率低。發(fā)熱量巨大而且集中，設(shè)備可靠性要求高。早期MassiveMIMO天線樣機(jī)指標(biāo)：頻段：2.6GHzTx通道數(shù)：128重量：50kg輸出功率：20w功耗：1500w目前3GPP標(biāo)準(zhǔn)：發(fā)射功率：每通道3w,64TR約200w實(shí)際功耗約為2000w量級整機(jī)能耗大，效率低能源利用率僅為10%，90%為無效能量以熱量形式耗散發(fā)熱量巨大而且集中，設(shè)備可靠性要求高無效功率轉(zhuǎn)化為熱量，導(dǎo)致發(fā)熱量巨大，而且集中在有限體積內(nèi)的設(shè)備空間內(nèi)（其中設(shè)備正面放置天線，無法安裝散熱齒，散熱面積減半）；室外環(huán)境惡劣，長期高溫加速器件、芯片、PCB板等老化，故障率上升，維護(hù)難度大目錄2-342.3大規(guī)模天線陣列2.4編碼與調(diào)制2.5全頻譜接入2.1關(guān)鍵技術(shù)總覽2.2新型多址技術(shù)2.4編碼與調(diào)制2-35

數(shù)字調(diào)制方式ASKFSKPSKQAM2.4編碼與調(diào)制2-36信道編碼：在發(fā)送端對原數(shù)據(jù)添加與之相關(guān)的冗余信息，再在接收端根據(jù)這種相關(guān)性來檢測和糾正傳輸過程產(chǎn)生的差錯。2.4編碼與調(diào)制2-37信道編碼的先驅(qū)2.4編碼與調(diào)制2-38根據(jù)3GPPTS38.212協(xié)議，5G的邏輯信道中，UL-SCH和DL-SCH的信道編碼采用LDPC碼，UCI（Uplinkcontrolinformation）和DCI（Downlinkcontrolinformation）的信道編碼采用Polar碼。Polar碼的中文名為極化碼，LDPC碼（LowDensityParityCheckCode）的中文全稱為低密度奇偶校驗(yàn)碼。LDPC碼和Polar碼均為線性分組碼。2.4編碼與調(diào)制2-39各信道編碼類型邏輯信道物理信道編碼方式UCIPUCCH,PUSCH塊編碼Polar碼UL-SCHPUSCHLDPC碼DCIPDCCHPolar碼DL-SCHPDSCHLDPC碼BCHPBCHPolar碼PCHPDSCHLDPC碼3GPPTS38.2025.1.2 RandomaccesschannelThephysical-layermodelforRACHtransmissionischaracterizedbyaPRACHpreambleformatthatconsistsofacyclicprefix,apreamble,andaguardtimeduringwhichnothingistransmitted.2.4編碼與調(diào)制2-402.4編碼與調(diào)制2-41短碼編碼針對1bit信息C0，通過在信息尾部直接添加占位符的方式進(jìn)行編碼；針對2bit信息CC，通過增加1位校驗(yàn)位，再添加占位符以匹配碼率的方式進(jìn)行編碼；針對信息比特為3~11的場景，編碼矩陣如右表所示，將編碼信息位（K位）與第i行的前K個元素構(gòu)成的向量相乘，得到輸出的比特di（輸出編碼后比特恒定為32）。2.4編碼與調(diào)制2-42交織00661126732468510763769849701010811128121381351471151091612917139186197207221110221302382492510267327112874291113012317532112331334763511336131371403814239144401464114427743114441545784611547132481649175018517952195320548055215681572258235982602461256283631166426652766286784682969307031713272857311774133753376347786781187913480358136823783878411985135863887398840898890419189924293909443959196120974498929912110045101931021221034610494105471069510748108961094911097112501115111398114521159911612311753118541195512010012156122571231011241241255812659127102128601291031301251316113210413362134105135126136136137631386413965140106141127142137143141144143145145146147147輸入數(shù)據(jù)流方向輸出數(shù)據(jù)流方向交織器實(shí)現(xiàn)原理可用一M×N的矩陣來表示，原始數(shù)據(jù)以行進(jìn)列出的方式對交織矩陣進(jìn)行填充并讀出，原相鄰數(shù)據(jù)比特經(jīng)過交織，其距離變?yōu)镹，從而可將持續(xù)時間的干擾和衰落在時域上分散，降低單個數(shù)據(jù)塊的最大誤碼數(shù)，從而提高譯碼輸出的準(zhǔn)確性。NR中針對交織器進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化，交織器如右圖所示，通過對調(diào)整交織器各行列寄存器數(shù)目，實(shí)現(xiàn)了對不同輸入數(shù)據(jù)塊的靈活處理。2.4編碼與調(diào)制2-43對于碼組長度為n、信息碼元為k位、監(jiān)督碼元為r=n-k位的分組碼，常記作(n,k）碼。一個[7,3]碼，在發(fā)送端編碼時，信息位c6，c5，c4的值決定于輸入信號，屬于隨機(jī)的,監(jiān)督碼元c3，c2、c1和c0應(yīng)根據(jù)信息位的取值按監(jiān)督關(guān)系來確定。如果碼字生成規(guī)則為：生成矩陣G編碼效率Rc=k/n2.4編碼與調(diào)制2-44Polar碼2008年在國際信息論ISIT會議上，Arikan首次提出了信道極化的概念，基于該理論，他給出了人類已知的第一種能夠被嚴(yán)格證明達(dá)到信道容量的信道編碼方法，并命名為極化碼（Polarcode）。信道極化定理：對于長度為N=2n（n為任意正整數(shù)）的極化碼，它利用信道W的N個獨(dú)立副本，進(jìn)行信道聯(lián)合和信道分裂，得到新的N個分裂之后的信道{W(1)N,W(2)N,…,W(N)N}。隨著碼長N的增加，分裂之后的信道將向兩個極端發(fā)展：其中一部分分裂信道會趨近于完美信道，即信道容量趨近于1的無噪聲信道；而另一部分分裂信道會趨近于完全噪聲信道，即信道容量趨近于0的信道。信道容量C=0,則二元信道不能傳送信息信道容量C=1,則可直接傳輸未編碼信息2.4編碼與調(diào)制2-45華為測試了極化碼在靜止和移動場景下的BLER性能，相對于Turbo碼：

在靜止場景下：短碼性能增益為0.35-0.48dB，長碼性能增益為0.35-0.6dB；

在移動場景下：短碼性能增益為0.34dB，長碼性能增益為0.37dB。2.4編碼與調(diào)制2-46LDPC碼是麻省理工學(xué)院RobertGallager于1962年在博士論文中提出的一種具有稀疏校驗(yàn)矩陣的分組糾錯碼。但是由于計算復(fù)雜度超出當(dāng)時的計算能力，LDPC碼在一段時間以來被人們遺忘。1981年，Tanner提出編碼的圖形結(jié)構(gòu)表示方法，這為LDPC解碼算法的簡化奠定了基礎(chǔ)，促進(jìn)了LDPC的復(fù)蘇。1996年，MacKay和Neal重新發(fā)現(xiàn)LDPC碼，并指出LDPC的優(yōu)秀性能可以逼近Shannon極限。LDPC重新進(jìn)入大家的視野，并受到廣泛重視。LDPC碼校驗(yàn)矩陣?yán)纾海∟，p，q）=（8，2，4）的編碼校驗(yàn)矩陣和二分圖如下所示：2.4編碼與調(diào)制2-47BPSK：二進(jìn)制基帶信號對載波進(jìn)行調(diào)制，0對應(yīng)載波0相位，1對應(yīng)180度相位。QPSK：利用載波的四種不同相位差來表征輸入的數(shù)字信息，它規(guī)定了四種載波相位，分別為45°，135°，225°，315°,分別與00，01，10，11相對應(yīng)。QAM：幅度、相位聯(lián)合調(diào)制技術(shù)。它將輸入比特先映射到一個復(fù)平面上，形成復(fù)數(shù)調(diào)制符號，然后將符號的I、Q分量采用幅度調(diào)制，分別對應(yīng)調(diào)制在相互正交的兩個載波上。MQAMBPSKQPSK2.4編碼與調(diào)制2-48對于給定的調(diào)制方案，信噪比越高，誤比特率則越??；對于給定的信噪比，具有較高比特傳輸率的調(diào)制技術(shù)擁有更高的誤比特率；物理層調(diào)制技術(shù)的動態(tài)選擇能用于適配對信道條件的調(diào)制技術(shù)。256QAM信號在不同SNR環(huán)境下的星座圖：調(diào)制技術(shù)中信噪比（SNR）與誤比特率（BER）的關(guān)系2.4編碼與調(diào)制2-49原理：基于信道質(zhì)量的信息反饋，動態(tài)地選擇最合適的調(diào)制和編碼方式，實(shí)現(xiàn)無線鏈路的數(shù)據(jù)速率控制。改善通信系統(tǒng)的信道質(zhì)量信道編碼AMC（自適應(yīng)編碼和調(diào)制技術(shù)）較多的信道編碼冗余；較低階的調(diào)制較少的信道編碼冗余；較高階的調(diào)制較差的信道環(huán)境較好的信道環(huán)境寫說明2.4編碼與調(diào)制2-505G不僅繼承了LTE在調(diào)制方面大部分的技術(shù)，并且做出了進(jìn)一步的技術(shù)更新，使用了頻帶利用率更高的256QAM調(diào)制方式和簡化信息傳輸復(fù)雜度的π/2BPSK。上行鏈路下行鏈路信道類型4G5G信道類型4G5GPUSCHQPSK16QAM64QAMπ/2BPSKQPSK16QAM64QAM256QAMPDSCHQPSK16QAM64QAMQPSK16QAM64QAM256QAMPUCCHBPSKQPSKBPSKQPSKPDCCHPBCHQPSKQPSK目錄2-512.3大規(guī)模天線陣列2.4編碼與調(diào)制2.5全頻譜接入2.1關(guān)鍵技術(shù)總覽2.2新型多址技術(shù)2.5全頻譜接入2-52頻譜需求分析

在系統(tǒng)性能方面，5G系統(tǒng)將具備10~20Gbit/s的峰值速率，100Mbit/s~1Gbit/s的用戶體驗(yàn)速率，每平方公里100萬的連接數(shù)密度，1ms的空口時延，500km/h的移動性支持，每平方米10Mbit/s的流量密度等關(guān)鍵能力指標(biāo)，相對4G提升3到5倍的頻譜效率、百倍的能效。為滿足上述愿景，5G頻率將涵蓋高、中、低頻段，即統(tǒng)籌考慮全頻段，高頻段一般指6GHz以上頻段，連續(xù)大帶寬可滿足熱點(diǎn)區(qū)域極高的用戶體驗(yàn)速率和系統(tǒng)容量需求，但是其覆蓋能力較弱，難以實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)覆蓋，因此需要與6GHz以下的中低頻段聯(lián)合組網(wǎng)，以高頻和低頻相互補(bǔ)充的方式來解決網(wǎng)絡(luò)連續(xù)覆蓋的需求。2.5全頻譜接入2-53頻段（MHz）帶寬（MHz）IMT全球統(tǒng)一頻段（截止至WRC-15）450～47020790～9601701427～1518911710～20253152110～2200902300～24001002500～26901903400～3600200合計1176電磁頻譜圖與IMT全球統(tǒng)一頻段C=f*λ

c為光速，數(shù)值為3×108m/s。

f為頻率，單位Hzλ為波長，單位為m2.5全頻譜接入2-54450470WRC07分配廣電占用WRC07分配電信CDMA上行電信CDMA下行698790806825835870880移動GSM上行聯(lián)通GSM上行889909915移動GSM下行聯(lián)通GSM下行93495496017101805MHz我國電信運(yùn)營商已分配的頻譜資源移動DCS上行聯(lián)通DCS上行移動DCS下行聯(lián)通DCS下行聯(lián)通LTEFDD上行聯(lián)通LTEFDD下行電信LTEFDD上行1735175517651830185018601780電信LTEFDD下行1875WRC-15新分配14271518移動TD-LTE上/下行電信EV-DO上行聯(lián)通WCDMA上行MHz188019001920193519401955移動TD上/下行電信EV-DO下行聯(lián)通WCDMA下行201020252110212521302145移動TD-LTE上/下行230023202370聯(lián)通TD-LTE上/下行電信TD-LTE上/下行2390255525752635移動TD-LTE上/下行聯(lián)通TD-LTE上/下行電信TD-LTE上/下行2655WRC-15新分配34003600中國移動：233MHz中國聯(lián)通：142MHz中國電信：120MHz2.5全頻譜接入2-5503GHz6GHz>60GHz>6GHz頻譜分配原則優(yōu)先保障移動通信的頻譜資源技術(shù)上可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)500MHz帶寬可用能與其他系統(tǒng)共存2G/3G/4Gre-farmingWRC-15AI1.2candidatebandsbelow6GHzPotentialbandsabove6GHzfor2020’s增加帶寬是增加容量和傳輸速率最直接的方法6GHz以下頻譜資源稀缺6GHz以上頻譜資源豐富GlobalinterestbandsforWRC-15<1GHz[MHz]410-430,470-694/698,694/698-7901-2GHz[MHz]1300-1400,1427-1525/1527,1695-1700/17102-3GHz[MHz]2025-2100,2200-2290,2700-31003-5GHz[MHz]3300-3400,3400-4200,4400-50005-6GHz[MHz]5150-5925,

5850-62452.5全頻譜接入2-56認(rèn)知無線電2014年7月，國家無線電監(jiān)測中心和全球移動通信系統(tǒng)協(xié)會發(fā)布《450MHz-5GHz關(guān)注頻段頻譜資源評估報告》，給出了北京、成都和深圳等城市部分無線電頻譜占用統(tǒng)計數(shù)字。統(tǒng)計結(jié)果表明，5GHz以下所關(guān)注頻段大部分的使用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于10%，說明5GHz以下頻段使用效率有大量的提升空間。為了提高頻譜利用率，未來5G需要采用認(rèn)知無線電技術(shù)2.5全頻譜接入2-57毫米波通信當(dāng)前的毫米波通信系統(tǒng)主要包括地球上的點(diǎn)對點(diǎn)通信和通過衛(wèi)星的通信或廣播系統(tǒng)?，F(xiàn)在地球上的點(diǎn)對點(diǎn)毫米波通信一般用于對保密要求較高的接力通信中。毫米波本身就具有很強(qiáng)的隱蔽性和抗干擾性，同時由于毫米波在大氣中的衰減和使用小口徑天線就可以獲得極窄的波束和很小的旁瓣，所以對毫米波通信的截獲和干擾變得非常困難。傳播特性 1）一種典型的視距傳輸方式 2）具有“大氣窗口”和“衰減峰” 3）降雨時衰減嚴(yán)重 4）對沙塵和煙霧具有很強(qiáng)的穿透能力2.5全頻譜接入2-58可見光通信可見光頻譜帶寬是無線電頻譜帶寬的萬倍優(yōu)勢信號源為LED，成本低、功耗低可實(shí)現(xiàn)高速率傳輸(3.5GbpsperLED)不易穿透障礙物，干擾小可在照明的同時提供通信挑戰(zhàn)目前僅能實(shí)現(xiàn)單向通信，如何實(shí)現(xiàn)雙向通信可見光通信和射頻通信的無縫切換等可見光通信在5G中可用于室內(nèi)短距離通信、車聯(lián)網(wǎng)通信、水下通信等謝謝聆聽！Q&A附件1：MCS表2-60PDSCH的MCS3GPPTS38.214PhysicallayerproceduresfordataMCSIndex

IMCSModulationOrder

QmTargetcodeRateR

x[1024]Spectralefficiency021200.2344121570.3066221930.3770322510.4902423080.6016523790.7402624490.8770725261.0273826021.1758926791.32621043401.32811143781.47661244341.69531344901.91411445532.16021546162.40631646582.57031764382.56641864662.73051965173.02932065673.32232166163.60942266663.90232367194.21292467724.52342568224.81642668735.11522769105.33202869485.5547292reserved304reserved316reservedMCSIndex

IMCS

ModulationOrder

QmTargetcodeRateRx[1024]Spectralefficiency021200.2344121930.3770223080.6016324490.8770426021.1758543781.4766644341.6953744901.9141845532.1602946162.40631046582.57031164662.73051265173.02931365673.32231466163.60941566663.90231667194.21291767724.52341868224.81641968735.1152208682.55.33202187115.55472287545.89062387976.22662488416.57032588856.9141268916.57.16022789487.4063282reserved294reserved306reserved318reservedMCSIndex

IMCSModulationOrder

QmTargetcodeRateR

x[1024]Spectralefficiency02300.058612400.078122500.097732640.1