目錄

• 1. 5G相關概念
• • 1.1 ITU對IMT2020愿景的描述
  • 1.2 5G的性能
  • 1.3 5G的頻譜
  • 1.4 5G的主要頻段之毫米波
  • 1.5 5G 協議標準的發展
• 2. 新架構——5G接入網
• • 2.1 傳統基站系統
  • 2.2 5G基站
  • 2.3 5G切片
  • 2.4 5G對承載網帶寬需求分析
• 3. 新架構——5G承載網
• • 3.1 承載網帶寬
  • 3.2 **承載網帶寬解決方案**
  • 3.3 MEC（移動邊緣計算）
  • 3.4 5G中回傳L3到邊緣，使能靈活連接
  • 3.5 GPU+1588
  • 3.6 Flex-Eth實現網絡切片
  • 3.7 敏捷運營
• 4. 新架構——5G核心網
• • 4.1 面向業務的核心網網絡架構
  • 4.2 基于服務的架構
  • 4.3 CUPS提升用戶體驗和網絡效率
• 5. 新架構-5G架構
• • 5.1 5G組網方式
  • 5.2 SA組網
• 6. 新空口
• • 6.1 新空口主要技術
  • 6.2 5G空口頻譜
  • 6.3 大帶寬
  • 6.4 C波段的覆蓋性能
  • 6.5 上下行解耦（SUL）
  • 6.6 毫米波部署的挑戰
  • 6.7 調制技術-QAM調制
  • 6.8 MIMO原理
  • 6.9 信道編碼技術
  • 6.10 頻率利用率提升技術– F-OFDM
  • 6.11 靈活幀結構配置 - Numerology
  • 6.12 自包含時隙
• 7. 5G網絡安全
• • 7.1 3GPP協議保障網絡安全
  • 7.2 用戶標識加密，增強型密鑰
  • 7.3 完整性：用戶面增加完整性保護，防篡改

1. 5G相關概念

第五代移動通信技術（5th Generation Mobile Communication Technology,簡稱5G）是具有高速率、低時延和大連接特點的新一代寬帶移動通信技術，是實現人機物互聯的網絡基礎設施。

1.1 ITU對IMT2020愿景的描述

超高速率(eMBB)

增強移動寬帶：以人為中心的應用場景，集中表現為超高的傳輸數據速率，廣覆蓋下的移動性保證等，這是最直觀改善移動網速，未來更多的應用對移動網速的需求都將得到滿足

超大連接(mMTC)

海量物聯：5G 強大的連接能力可以快速促進各垂直行業（智慧城市、智能家居、環境監測等）的深度融合，從而實現萬物互聯（面向車聯網、工業控制、遠程醫療等特殊應用）

超低時延(uRLLC)

高可靠低時延連接：在此場景下，連接時延要達到 1ms 級別，而且要支持高速移動（500KM/H）情況下的高可靠性（99.999%）連接

IMT-2020 vs. IMT-Advanced 在關鍵性能指標上的對比：

1.2 5G的性能

5G技術包括：

新空口關鍵使能技術

5G NR中新的關鍵空口技術

Massive MIMO：配對算法優化，DMRS增強

新的物理信號設計：CRS-Free，DM-RS

Flexible：靈活Numerology

新頻譜：引入C-band，毫米波頻段

LTE Advanced Pro演進

作為LTE和LTE-A系列技術的一個獨特標識，這是4.5G在標準上的正式命名

下一代核心網NextGen

EPC演進

5G性能主要指標：

5G安全性更高：

5G網絡安全將保護用戶數據，構筑網絡韌性

機密性和完整性
保護用戶隱私信息（簽約信息和位置信息等）、用戶通信數據、運營商關鍵數據（比如報表、話單等）。

可用性
識別非法攻擊并削減攻擊帶來的影響

可追溯性
記錄操作便于安全審計、問題定界等

密碼算法增強
256bit加密算法（4G為126bit）

用戶永久身份加密
用戶IMSI加密發送（4GIMSI明文發送）

對接安全性
PLMN間的端到端安全保護（4G有類似于SS7攻擊）

空口保護措施
空口用戶面完整性保護（4G用戶面變更攻擊）

5G網絡演進的路線：

5G重點關注對象：

1.3 5G的頻譜

5G將聚合所有的頻段頻譜：

C-band 和高頻G30/G40將成為5G的可獲得頻譜：

首頻：首選3.5GHz，因為它是6GHz以下可以獲取最寬的連續頻譜 ，覆蓋和容量綜合考慮，全球完善生態系統。 C-band不可用時，選擇2.6GHz 作為eMBB首頻，還可以通過與LTE 2.1GHz/1.8GHz 雙連接，提升5G用戶體驗。

熱點補充：mmWave作為熱點補充頻段。

1.4 5G的主要頻段之毫米波

毫米波簡介：

毫米波：波長1-10毫米的電磁波（頻率在30GHz-300GHz之間的電磁波），5G通訊中所使用的主要頻段之一

優點

1.1 極寬的帶寬：毫米波頻率范圍為26.5～300GHz，帶寬高達273.5GHz，配合各種多址復用技術的使用可以極大提升信道容量，適用于高速多媒體傳輸業務

1.2 波束窄：可以分辨相距更近的小目標或者更為清晰地觀察目標的細節

1.3 較高的頻率：受干擾很少，可靠性高

1.4 方向性好：毫米波受空氣中各種懸浮顆粒物的吸收較大，使得傳輸波束較窄，增大了竊聽難度，適合短距離點對點通信

1.5 波長極短：所需的天線尺寸很小，易于在較小的空間內集成大規模天線陣

缺點

2.1 大氣中傳播衰減嚴重

2.2 器件加工精度要求高

毫米波覆蓋：

毫米波應用- WTTx，熱點eMBB，自回傳：

毫米波用于熱點eMBB

1.1 室內外熱點，視距場景
1.2 C-Band和毫米波雙連接

毫米波用于WTTx

2.1 郊區WTTx接入
2.2 CPE可以室外或者室內安裝

毫米波用于無線回傳

3.1 集成5G接入和回傳功能，基于時間、頻率、 空間等維度進行動態調度
3.2 通過自回傳，站點部署更方便

1.5 5G 協議標準的發展

5G 從3GPP Release 15 開始：

日韓5G最激進的運營商與Verizon結成聯盟
四家最激進的運營商成立OTSA，旨在加速5G標準化和商用進程

共同制定5G試驗的統一規格，高效推進5G開發（2016年7月，Verizon宣布完成5G無 線標準的制定。）

除運營商參加外，后續會加入網絡、芯片、終端、儀器廠家

推動28GHz頻譜發放

加速商用解決方案，推動5G產業發展

共同開發和討論5G use cases

3GPP加速5G標準進程

Polar Code入選R15 eMBB短碼，邊緣化OTSA，初步維護了全球統一標準。

Phase I：預期2018年6月份/Rel-15完成，解決部分迫切的運營商市場需求，優先eMBB和uRLLC業務

R15 Ph1 NSA標準(eMBB)在17.12凍結

所謂凍結是后續不能有新的特性增加到這個版本里，通俗的說，就是定稿了，定了的東西咱不能去改了，大家才敢都按這個標準制造產品。

2. 新架構——5G接入網

無線通信網絡架構：

通信流程：

通信網絡的邏輯架構，一直都是：手機→接入網→承載網→核心網→承載網→接入網→手機。

通信過程的本質，就是：編碼解碼、調制解調、加密解密。

2.1 傳統基站系統

一個基站通常包括：

BBU（主要負責信號調制）

RRU（主要負責射頻處理）

饋線（連接RRU和天線）

天線（主要負責線纜上導行波和空氣 中空間波之間的轉換）。

早期基站系統進化-RAN：

RRU和BBU先給拆分

BBU和RRU掛墻上

機柜中的BBU

早期基站系統進化D-RAN（分布式無線接入網）

RRU不再放在室內，而 是被搬到了天線的身邊 （所謂的“RRU拉遠”），也就是分布式 基站DBS3900

D-RAN優點：

大大縮短了RRU和天線之間饋線的長 度，可以減少信號損耗，也可以降低饋線的成本。

以讓網絡規劃更加靈活。RRU加天線比較小，想怎么放，就怎么放。

D-RAN到C-RAN（集中化無線接入網）

在D-RAN的架構下，運營商仍然要承擔非常 巨大的成本。因為為了擺放BBU和相關的配套設備（電源、空調等），運營商還是需要租賃 和建設很多的室內機房或方艙。

2.2 5G基站

CU：原BBU的非實時部分將分割出來，重新定義為CU，負責處理非實時協議和服務。

AAU：BBU的部分物理層處理功能與原RRU及無源天線合并為 AAU。

DU：BBU的剩余功能重新定義為DU，負責處理物理層協議和實時服務。

簡而言之，CU和DU，以處理內 容的實時性進行區分

CU部署方案：

承載結構變化

在圖中，EPC（就是4G核心網）被分為New Core（5GC，5G核心網）和MEC（移動網絡邊界計算平臺）兩部分。MEC移動到和CU一起，就是所謂的“下沉”（離基站更近）。

無線網絡云化演進概述

2.3 5G切片

切片圖示

用切片來滿足多樣的商業需求

5G靈活的架構

2.4 5G對承載網帶寬需求分析

5G承載技術新需求分析：主要體現在帶寬和未來垂直行業分片兩方面。車輛網等低時延需求，主要通過核心網網關下沉縮短傳輸距離來解決。

5G頻譜資源和頻譜效率大幅提升

5G基站帶寬計算：5G頻譜100M+4G頻譜60M

5G對承載網時延需求

E2E 5ms時延進行分解，承載網時延要求2ms

C-Band和毫米波是5G的主力波段，都采用TDD模式，時間同步是必須要求。

5G對承載網切片技術需求

承載網切片關鍵點：

需要保證不同分片對承載的帶寬、時延、和可靠性不同的帶寬需求。

分片的靈活創建和刪除。

分片的靈活調整。

各分片間需要完全隔離，分片的調整不 會影響其他分片。

5G對承載網自動化需求

按需的連接

分片全生命周期自動管理

業務跨域快速布放

3. 新架構——5G承載網

3.1 承載網帶寬

總體建議

縱向自上而下
1.1 匯聚核心搭平臺，能力提前構建
1.2 接入提帶寬，大端口按需引入

橫向帶寬升級：發展期 成熟期，熱點區域 普通區域

建網原則
網絡流量隨著業務發展逐步提升，充分利舊現網，原則如下：

接入環帶寬規劃：
1.1 10GE到站成為必須
1.2 已有10GE環，網絡實際流量 < 20%場景，可滿足5G初 期 應用
1.3 已有10GE環，網絡實際流量 > 20%場景，升級到50GE

匯聚核心帶寬規劃：
側重容量平臺提前構建，100GE/200GE端口按需引入

3.2 承載網帶寬解決方案

X-HAUL：

前傳：

回傳有光纖：

回傳協議簡化：

4.1 當前的問題：協議眾多，配置復雜；運維人員要求高；自動化能力差
4.2 目標協議價值：設備配置簡化；業務自動下發，縮短 TTM；降低運維人員能力要求，提升運維效率

3.3 MEC（移動邊緣計算）

MEC七大場景 (ETSI定義)

應用本地化：

企業分流：將用戶面流量分流到企業網絡

內容區域化：

2.1 視頻流分析：在邊緣對視頻分析處理，降低視頻采集設備的成本、減少發給核心網的流量
2.2 視頻優化：在邊緣部署無線分析應用，輔助TCP擁塞控制和碼率適配

計算邊緣化：

3.1 增強現實：邊緣應用快速處理用戶位置和攝像 頭圖像，給用戶實時提供輔助信息
3.2 車聯網：MEC分析車及路側傳感器的數據，將危險等時延敏感信息發送給周邊車輛
3.3 物聯網：MEC應用聚合、分析設備產生的消 息并及時產生決策
3.4 輔助敏感計算：MEC提供高性能計算，執行時延敏感的數據處理，將結果反饋給端設備

MEC組網架構：

3.4 5G中回傳L3到邊緣，使能靈活連接

3.5 GPU+1588

1588V2可以滿足5G初期部署的時間同步要求，后續基于1588V2.1新標準提供更高精度時鐘滿足協同特性要求

3.6 Flex-Eth實現網絡切片

3.7 敏捷運營

“云化+大數據分析”，分階段使能網絡智能化

4. 新架構——5G核心網

4.1 面向業務的核心網網絡架構

NGC Vs EPC：

4.2 基于服務的架構

大規模網絡，網元間耦合功能。

新功能標準化時間長。

減少接口，極簡網絡。

功能解耦，開放架構。

獨立服務，快速創新。

4.3 CUPS提升用戶體驗和網絡效率

5. 新架構-5G架構

5.1 5G組網方式

NSA (Non-Standalone，非獨立組網)
Phase1.1 推出5G非獨立組網架構(NSA，NR+EPC），結合MSA技術實現兩個制式的協同。

支持eMBB

LTE為錨點，復用4G核心網，快速引入5G NR

5G疊加于4G網絡上，無需提供連續覆蓋

SA (Standalone， 獨立組網)
Phase1.2 推出5G獨立組網架構(SA，NR+NG CORE）。

支持eMBB/uRLLC/mMTC及網絡切片

需要新建5G Core

對5G的連續覆蓋有較高要求

5.2 SA組網

5G網絡組成包括：
1.1 無線網絡：NR (New RAN)
1.2 核心網：NGC （Next Generation Core)

5G無線網絡接口包括
2.1 Xn
2.2 NG-C（控制面板）
2.3 NG-U（用戶面）
2.4 Uu（無線空口）

6. 新空口

6.1 新空口主要技術

新空口可以靈活適配眾多業務，支撐更高的速率，更高的頻譜效率

6.2 5G空口頻譜

“Sub 6G”與“毫米波”

在3GPP協議中，5G的總體頻譜資源可以分為以下兩個頻譜范圍FR（Frequency Range）：

FR1：Sub 6G頻段，也就是我們說的低頻頻段，是5G的主用頻段；其中3GHz以下的頻率我們稱 之為sub3G，其余頻段稱為C-band。

FR2: 6G以上的毫米波，也就是我們說的高頻頻段，為5G的擴展頻段，頻譜資源豐富。

6.3 大帶寬

大帶寬是5G的典型特征：

Sub 6G小區最大小區帶寬100MHz

毫米波最大小區帶寬400MHz

20MHz以下帶寬定義主要是滿足既有頻譜演進需求

6.4 C波段的覆蓋性能

6.5 上下行解耦（SUL）

SUL是彌補C-Band上行覆蓋短板的重要技術

相比下行覆蓋，C波段上行有13.7dB的 覆蓋差距

通過將上行的發送切換到1.8G， 可以有效補償 上行覆蓋問題

6.6 毫米波部署的挑戰

6.7 調制技術-QAM調制

6.8 MIMO原理

傳統MIMO：

Massive MIMO(multiple-input multiple-output): 大規模的天線形成陣列。

通過對每個天線進行加權，控制大規模的天線陣列，進一步提升無線覆蓋。

Massive MIMO天饋結構：

Massive MIMO增益：

陣列增益：通過增加天線數量，獲得更高陣列增益，提升覆蓋。

賦型增益：水平和垂直兩個方向同時波束賦型，提升系統覆蓋和用戶數。

復用增益：最多支持16個數據流，提升系統吞吐率；空分復用，支持更多用戶。

分集增益：通過增加天線數量，從而形成更多的數據空間傳輸路徑，提升數據傳輸可靠性。

Massive MIMO—增強覆蓋：

業務信道：
1.1 高增益窄波束
1.2 賦形方向動態調整

廣播信道：
2.1 高增益窄波束
2.2 場景化的波束掃描

6.9 信道編碼技術

信道編碼的選擇的基本原則：
1.1 編碼性能：糾錯能力以及編碼冗余率
1.2 編碼效率：復雜程度及能效
1.3 靈活性：編碼的數據塊大小，能否支持IR-HARQ(增量冗余的混合自動重傳)

Turbo編碼：
性能好，隨著速率的增加，編碼的運算量會線性增加， 能效成為挑戰

LDPC -Low Density Parity Check Code（用于大包業務信道）：
性能好，復雜度低，通過并行計算，對高速業務支持好

Polar碼（用于控制信道）
對小包業務編碼性能突出

6.10 頻率利用率提升技術– F-OFDM

6.11 靈活幀結構配置 - Numerology

Numerology：即靈活幀格式，指NR中的SCS（SubCarrier Spacing，子載波間隔），以及與之對應的符號長度，CP長 度等參數的靈活配置

6.12 自包含時隙

在NR的slot結構中，有兩種特殊的Slot結構，我們稱之為自包含時隙，其設計目標是為了縮短上下行 數傳的RTT時延，分別包含以下兩種場景。

下行自包含時隙：
同一個時隙中包含下行數傳以及對應的HARQ反饋

上行自包含時隙：
同一個時隙包含上行調度信息以及上行數傳

7. 5G網絡安全

運營商網絡域外關鍵安全威脅：

7.1 3GPP協議保障網絡安全

3GPP標準安全目標：

確保合法接入網絡：
1.1 UE與網絡間進行雙向認證，防范偽基站
1.2 UE由高制式網絡回落到低制式

保障空口的機密性、完整性：
2.1 加密算法秘鑰使用256bit秘鑰
2.2 新增IMSI加密保護用戶隱私
2.3 用戶面新增完整性保護

確保3GPP網元間連接安全：
3.1 3GPP各網元間使用IPSec保護傳遞信息安全
3.2 5GC歸屬域與漫游域之間通過SEPP保證安全
3.3 5GC服務功能間使用HTTPS

5G UE和核心網互相認證鑒權

2G網絡單向認證導致2G偽基站問題難以解決

3/4/5G均采用雙向認證鑒權

7.2 用戶標識加密，增強型密鑰

7.3 完整性：用戶面增加完整性保護，防篡改

總結

以上是生活随笔為你收集整理的5G（IMT-2020）简介的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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