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5G NR标准 第5章 NR概览

2020/10/16 18:25:59 文章标签:

5G NR标准 第5章 NR概览 图5.1概述了3GPP中NR开发的时间表。 基于3GPP版本14的研究项目,NR的技术工作于2016年春季启动,该项目基于2015年秋季的启动研讨会。在研究项目阶段,研究了不同的技术解决方案,但考虑到时间紧迫&#x…

5G NR标准 第5章 NR概览

图5.1概述了3GPP中NR开发的时间表。
在这里插入图片描述

基于3GPP版本14的研究项目,NR的技术工作于2016年春季启动,该项目基于2015年秋季的启动研讨会。在研究项目阶段,研究了不同的技术解决方案,但考虑到时间紧迫,此阶段已经做出了一些技术决定。这项工作一直持续到版本15中的工作项目阶段,在2017年底,即在3GPP版本15在2018年中期关闭之前,NR规范的第一个版本问世。在15版正式发布之前发布这个版本,是为了满足早期5G部署的商业要求。作为本书重点的2017年12月的第一个规范仅限于非独立NR操作,这意味着NR设备依赖LTE进行初始访问和移动。最终版本15规范也支持独立的NR操作。独立和非独立之间的差异主要影响高层和核心网络的接口。两种情况下的基本无线电技术都是相同的。在版本15的开发过程中,重点是eMBB和(在某种程度上)URLLC类型的服务。对于大规模机器类型通信(mMTC),可以使用基于LTE的技术,例如eMTC和NB-IoT,效果极佳。 NR的设计考虑了在与NR载波重叠的载波上对基于LTE的大型MTC的支持,从而形成了一个能够处理各种服务的集成整体系统。在以后的发行版中将解决对扩展mMTC的本机NR支持等特殊技术功能的问题。与3GPP的NR无线电接入技术相关的工作同时,开发了一种新的5G核心网络,负责与无线电接入无关的功能,但需要提供完整的网络。但是,也可以将NR无线电接入网络连接到称为“演进型分组核心(EPC)”的传统LTE核心网络。实际上,在非独立模式下运行NR时就是这种情况,其中LTE和EPC处理诸如连接建立和寻呼的功能,而NR主要提供数据速率和容量提升。更高版本将引入独立运行,其中NR连接到5G核心。本章的其余部分概述了NR无线电访问,包括NR版本15的基本设计原理和最重要的技术组件。

与LTE相比,NR具有许多优势。其中一些主要的是

  • 利用更高的频带作为获得额外频谱的手段,以支持非常宽的传输带宽和相关的高数据速率;
  • 超精简设计可增强网络能源性能并减少干扰;
  • 前向兼容性,以为将来的未知用例和技术做准备; •低延迟,以提高性能并启用新用例;
  • 以波束为中心的设计,不仅可以用于数据传输(在某种程度上在LTE中是可能的)而且还可以用于控制平面程序(例如初始访问),从而广泛使用波束成形和大量天线元件。

前三个可以归类为设计原则(或对设计的要求),将首先进行讨论,然后讨论适用于NR的关键技术组件。

5.1 高频操作和频谱灵活性

NR的一个关键特征是部署无线电接入技术的频谱范围的实质性扩展。与LTE不同,LTE刚刚推出了支持3.5 GHz许可频谱和5 GHz非许可频谱的支持,NR从其第一版开始就支持从1 GHz以下到52.6 GHz1的许可频谱操作,并且还扩展了非许可频谱已经在计划中。毫米波频率可提供大量频谱和相关的非常宽的传输带宽,从而实现极高的通信量和极高的数据速率。但是,更高的频率也与更高的无线电信道衰减相关联,从而限制了网络覆盖。尽管这可以通过先进的多天线发送/接收部分地加以补偿,而先进的多天线发送/接收是NR中以波束为中心设计的动力之一,但仍然存在很大的覆盖范围缺点,尤其是在非视距范围和室外到室内的传播条件。因此,即使在5G时代,低频段操作仍将是无线通信的重要组成部分。特别是,在较低和较高频谱(例如2 GHz和28 GHz)中的联合操作可以提供巨大的好处。尽管覆盖范围更有限,但可以访问大量频谱的较高频率层可以为大部分用户提供服务。这将减少带宽受到更多限制的低频频谱的负载,使之可以集中于最坏情况的用户。在更高频段上运行的另一个挑战是监管方面。由于非技术原因,定义允许辐射的规则在6 GHz时会发生变化,从基于SAR的限制到更像EIRP的限制。根据设备类型(手持式,固定式等),这可能会导致传输功率降低,从而使链路预算比单独的传播条件可能表明的更具挑战性,并进一步强调了低频/高频组合的优势频率操作。

5.2 极简设计

当前的移动通信技术的一个问题是网络节点承载的传输量与用户业务量无关。此类信号有时称为“始终开启”信号,例如包括用于基站检测的信号,系统信息的广播以及用于信道估计的始终开启的参考信号。在针对LTE设计的典型流量条件下,此类传输仅占整个网络传输的一小部分,因此对网络性能的影响相对较小。但是,在为高峰值数据速率而部署的非常密集的网络中,可以预期每个网络节点的平均流量负载相对较低,从而使始终在线传输成为整个网络传输中更重要的部分。常开信号有两个负面影响:①它们对可达到的网络能源性能施加了上限; ②它们对其他小区造成干扰,从而降低了可达到的数据速率。

超精简设计原理旨在最小化常开信号的传输,从而实现更高的网络能量性能和更高的可实现数据速率。相比之下,LTE设计在很大程度上基于特定于小区的参考信号,设备可以假设的信号始终存在,并用于信道估计,跟踪,移动性测量等。在NR中,这些过程中有许多都具有进行了重新审查和修改,以说明超精简设计原理。例如,相比于LTE,已经在NR中重新设计了小区搜索过程,以支持超精简范例。另一个示例是解调参考信号结构,其中NR严重依赖于仅在发送数据时才存在的参考信号,而在其他情况下则不存在。

5.3 向前兼容

NR规范开发的一个重要目标是确保无线接口设计中的高度前向兼容性。在这种情况下,前向兼容性意味着无线接口设计,在引入新技术和启用具有未知要求和特性的新服务方面,同时仍支持同一载波上的传统设备,这将允许未来的实质性演进。本质上,前向兼容性很难保证。但是,根据前几代演进的经验,3GPP设定了与NR前向兼容性相关的一些基本设计原则

  • 最大化可灵活利用或可保留的时间和频率资源量空白,将来不会引起向后兼容性问题;
  • 最小化常亮信号的传输;
  • 将信号和信道限制在可配置/可分配的时间/频率资源内的物理层功能。

根据以上三点,3GPP应尽可能避免规范规定的时间/频率资源上传输。这样一来,它为将来保留了灵活性,从而允许以后引入受传统信号和信道限制的新型传输。这与LTE中采用的方法不同,在LTE中,例如使用同步混合ARQ协议,这意味着上行链路中的重传发生在初始传输之后的固定时间点。为了避免不必要地阻塞资源,与LTE相比,NR中的控制信道也要灵活得多。请注意,这些设计原则与上述超精益设计的目标部分吻合。 NR中还可能配置保留资源,即时频资源,该资源在配置时不用于传输,因此可用于将来的无线接口扩展。在ping LTE和NR载波重叠的情况下,相同的机制也可以用于LTE-NR共存。

5.4 传输方案、部分带宽和帧结构

5.5 双工方式

5.6 低时延支持

5.7 调度和数据传输

5.8 控制信道

5.9 以波束为中心的设计和多天线传输

5.10 初始接入

5.11 互通和与LTE共存


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