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5G网络和4G有什么不同

乐乐1年前 (2023-12-05)阅读数 8#综合百科
文章标签载波信道

4g与5g的区别在于速度上的不同,基站的不同和规模上的不同。

1、速度上的不同:理论上4G能够以100Mbps以上的速度下载,比家用宽带ADSL(4兆)快25;而5G其峰值理论传输速度可达每秒数10Gb,比4G网络的传输速度快数百倍。

2、基站的不同:4G基站大多数采用了宏基站的方式,就是我们平常所说的铁塔,可以实现数公里范围的覆盖;而5G网络采用了毫米波的技术,采用了更高的频率,覆盖范围、绕射百能力、抗干扰能力、覆盖相同的区域是4G基站的数十倍。

3、规模上的不同:在4G网络系统中,每个基站基本上最多采用八根电线。而由于5G采用的是高频率电波,所需要的电线规格也就小得多。

另外,为了提高信号强度,5G的基站利用小天线的特点,选择使用了MIMO技术,即在一个天线阵上排列上百根天线。与此同时,采用一定的技术处理,合理排列这些天线,就能获得极高的信号强度。

4G通信技术以之前的2G、3G通信技术为基础,在其中添加了一些新型技术,使得无线通信的信号更加稳定,还提高数据的传输速率,而且兼容性也更平滑,通信质量也更高。而且4G通信中使用的技术也先进于2G、3G通信,使得信息通信速度变快。

4G通信技术基于3G通信技术基础上不断优化升级、创新发展而来,融合了3G通信技术的优势,并衍生出了一系列自身固有的特征,以WLAN技术为发展重点。4G通信技术的创新使其与3G通信技术相比具有更大的竞争优势。首先,4G通信在、视频传输上能够实现原图、原视频高清传输,其传输质量与电脑画质不相上下;其次,利用4G通信技术,在软件、文件、、音视频下载上其速度最高可达到最高每秒几十兆,这是3G通信技术无法实现的,同时这也是4G通信技术一个显著优势;这种快捷的下载模式能够为我们带来更佳的通信体验,也便于我们日常学习中学习资料的下载;同时,在网络高速便捷的发展背景下,用户对流量成本也提出了更高的要求,从当前4G网络通信收费来看,价格较高,但是各大运营商针对不同的群体也推出了对应的流量优惠政策,能够满足不同消费群体的需求。

FSK具有一点抗干扰性,编码采用的是单极性不归零码,发送端发送的编码为1的时候,表示处于高频,发送的编码为0的时候,表示处于低频。假如发送的编码是1011010的时候,编码形成的波形会表现出周期性的浮动。利用OFDM技术传输的信号会有一定的重叠部分,技术人员会依据处理器对其分析,根据频率的细微差别,划分不同的信息类别,从而保证数字信号的稳定传输。

 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GPS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,放在带宽中央,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。

5G网络和4G有什么不同

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:

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