5G NR的三个使用场景及全双工技术

5G作为新一代的移动通信技术，它的网络结构、网络能力和要求都与过去有很大不同，有大量技术被整合在其中，5G 体现了创新、全面的移动无线通信技术的广度和深度。

5G NR 中定义了以下三个使用场景：

» 增强型移动宽带 (eMBB)：指的是与传统移动宽带相比更高的 目标 5G 峰值和平均数据速率、更大容量和覆盖范围。eMBB 规定 了 5G 设计能够在下行链路 (DL) 中达到 20Gbps 的数据速率， 在上行链路 (UL) 中达到 10Gbps 的数据速率。

» 海量机器类通信 (mMTC)：支持包含几十亿互联设备和传感器的 5G IoT 使用场景。该使用场景既涵盖偶尔传输数据、需要较长 电池续航时间的低数据速率/小带宽设备，也包括大带宽/高数据 速率的设备。

» 超高可靠性低时延通信 (URLLC)：侧重于支持需要防止故障的应用 实时通信。例如自动驾驶汽车、工业互联网、智能电网、基础设施 保护和智能交通系统。

一、波形的提升

OFDM技术避免多径衰落能力强，频谱效率高，实现也较为简单，广泛应用于LTE、LTE-A等系统中。但该技术中的基带波很容易会受到干扰的方波，而5G无线网络系统中，要求单位达到吉赫的带宽，从而实现极高速率的数据传输，然而在频率较低的频率区域中，得到不间断的频谱资源较为困难。下图是2G-5G波形的演变。

5G的波形在OFDM的基础上，对波形增加滤波器，FBMC是对每个子载波加滤波器，能够实现带外频率扩展的降低。下图是4G波形与5G波形的仿真对比，从图中可以看出FBMC大大提升了邻道指标。

5G将被应用于大规模物联网，这意味着会有数十亿设备在相互连接，5G势必要提高多路传输的效率，以应对大规模物联网的挑战。为了相邻频带不相互干扰，频带内和频带外信号辐射必须尽可能小。

二、大规模MIMO

MIMO在4G中就得到了应用，但是在4G中应用MIMO的一般都是基站，对于终端，最多能够支持接收采用多路，但是发射就是单路。如下图所示。

5G则不同，话说5G的超高下载速率主要来自MIMO技术，主要靠在空中同时传输多路不同的数据来成倍地提升网速。

MIMO在5G无线网络中是一项被认为关键、具有可行性的技术。但是要实现技术也需要一定的条件，比如当小区内采用正交的导频序列、小区间采用相同的导频序列组时，会存在有导频污染的问题，导致上、下行数据传输的信干比无法随基站天线数增加相应变化。另外，若在基站侧部署大规模多天线技术，在一定程度上会增加成本的投入，在实际场景中，大规模多天线还要能够灵活地适应复杂的天线电环境，这是该技术面临的挑战。

三、全双工技术

早期的无线通信中通信技术主要分为FDD，TDD，在5G中全双工技术首次被提及。

5G全双工情况如下：

全双工意味着DL和UL在同一时间/频率资源中同时传输。与UL和DL之间的隔离相关，使用场景可分为以下几类。

情况1：基站和终端都有全双工对消器。

情况2：基站有全双工消除器，但终端可能没有。

案例1部署的一个示例如图所示。在基站或终端侧中，存在一些自干扰，例如从终端侧的UL传输到DL接收，或者从DL传输干扰到基站侧的UL接收。在这种情况下，仅在网络中显示一个终端。根据情况，可能有多个终端正在基于基站的调度和MIMO能力进行类似于MU-MIMO的全双工。

在情况2中，终端不需要具有消除器。因此，终端复杂性问题得到缓解。是终端1和终端2没有全双工（或自干扰）消除器，但基站有。通过基站调度可以避免/减少从终端2到终端1的干扰。在基站中，情况类似于情况1，并且基站可以通过其自身的消除器来消除自干扰。

比较案例2和案例1，显然对终端复杂度的要求很小。但另一方面，情况1允许更多的全双工操作，而不管发射机/接收机终端的情况如何。因此，基站将在如何调度资源方面具有更大的灵活性。假设在同一子帧中同时调度两个终端，情况1可以获得比情况2理想的两倍吞吐量。

 

NR Operating Band

Uplink (UL) operating band BS receive 终端 transmit

Downlink (DL) operating band BS transmit 终端 receive

Duplex Mode

FUL_low   –  FUL_high

FDL_low   –  FDL_high

n1

1920 MHz

–

1980 MHz

2110 MHz

–

2170 MHz

FDD

n2

1850 MHz

–

1910 MHz

1930 MHz

–

1990 MHz

FDD

n3

1710 MHz

–

1785 MHz

1805 MHz

–

1880 MHz

FDD

n5

824 MHz

–

849 MHz

869 MHz

–

894MHz

FDD

n7

2500 MHz

–

2570 MHz

2620 MHz

–

2690 MHz

FDD

n8

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、网络切片

就是把运营商的物理网络切分成多个虚拟网络，每个网络适应不同的服务需求，这可以通过时延、带宽、安全性、可靠性来划分不同的网络，以适应不同的场景。通过网络切片技术在一个独立的物理网络上切分出多个逻辑网络，从而避免了为每一个服务建设一个专用的物理网络，这样可以大大节省部署的成本。

在同一个5G网络上，通过技术电信运营商会把网络切片为智能交通、无人机、智慧医疗、智能家居以及工业控制等多个不同的网络，将其开放给不同的运营者，这样一个切片的网络在带宽、可靠性能力上也有不同的保证，计费体系、管理体系也不同。在切片的网络中，各个业务提供商，不是如4G一样，都使用一样的网络、一样的服务。很多能力变得不可控。5G切片网络，可以向用户提供不一样的网络、不同的管理、不同的服务、不同的计费，让业务提供者更好地使用5G网络。

编辑：黄飞