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5G是第五代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，由國(guó)際電信聯(lián)盟組織（ITU）制訂，5G的正式名稱(chēng)為IMT-2020。5G的愿景是實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)，不再像之前的幾代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)在速率上做提升。
5G綜合考慮了峰值速率，用戶(hù)體驗(yàn)速率，頻譜效率，移動(dòng)性，時(shí)延，連接密度，網(wǎng)絡(luò)能效，話務(wù)密度等技術(shù)指標(biāo)。從下面的雷達(dá)圖上可以看出，5G需要支持20Gbit/s的峰值數(shù)據(jù)速率，用戶(hù)可以體驗(yàn)到的帶寬達(dá)100Mbit/s，端到端的連接達(dá)到1ms的時(shí)延，10Gbps的小區(qū)吞吐量，每平方公里100萬(wàn)連接密度，支持500km/h的高移動(dòng)性服務(wù)等。
5G NR的三大應(yīng)用場(chǎng)景
5G考慮到這么多性能指標(biāo)，并不只是為了滿足個(gè)人業(yè)務(wù)的發(fā)展，因此，也為其劃分了三大應(yīng)用場(chǎng)景:
- 增強(qiáng)移動(dòng)帶寬（eMBB）
- 海量連接（mMTC）
- 高可靠低時(shí)延（uRLLC）
增強(qiáng)型移動(dòng)帶寬:這種應(yīng)用場(chǎng)景下有高的數(shù)據(jù)流量需求，比如AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、VR 虛擬現(xiàn)實(shí)，還有4K、8K超高清的視頻，這些應(yīng)用目前受流量限制，因此，還不能有很好的用戶(hù)體驗(yàn)。
海量連接: 這種應(yīng)用場(chǎng)景下有大量設(shè)備的連接需求，不再是現(xiàn)在的手機(jī)終端的連接，而是面向更多其他設(shè)備的連接，實(shí)現(xiàn)人與物的連接，物與物的連接，也就是物聯(lián)網(wǎng)。比如，智慧城市，智能建筑等。
高可靠低時(shí)延:這種應(yīng)用場(chǎng)景主要體現(xiàn)在一些對(duì)時(shí)延要求低的特殊行業(yè)，比如，自動(dòng)駕駛，工業(yè)控制，遠(yuǎn)程醫(yī)療等。
5G NR的頻譜分布
任何無(wú)線通信業(yè)務(wù)傳輸都離不開(kāi)無(wú)線頻譜，它是信息傳輸?shù)妮d體，就像是我們周?chē)牡缆?，要?shí)現(xiàn)之前所述的三大應(yīng)用場(chǎng)景，就需要比以往更多的頻譜資源，然而頻譜資源確是有限的，在5G當(dāng)中分配了兩個(gè)區(qū)域的頻譜資源FR1和FR2。(FR: Frequency Range)
FR1: 是5G的主要頻段，因?yàn)檫@個(gè)頻段低于6GHz，稱(chēng)為Sub6G。頻率范圍從450MHz到6000MHz，頻率低，穿透能力強(qiáng)，覆蓋效果更好，這個(gè)頻段是無(wú)線通信的黃金頻段。
目前中國(guó)在建的5G也是在這個(gè)頻段里，各大運(yùn)營(yíng)商的主要頻段分布具體可參考下圖，包括廣電在內(nèi)現(xiàn)在也在涉足5G，其擁有700MHz的頻譜資源，可謂是黃金中的黃金頻譜。
頻段劃分
聯(lián)通電信所使用的是目前全球很多國(guó)家的5G廣泛采用的n78 3.5GHz頻段，其產(chǎn)業(yè)鏈條較為成熟，因此，電信聯(lián)通可以使用相對(duì)較低的成本去部署5G網(wǎng)絡(luò)。而移動(dòng)使用的n41頻段和n79頻段不管從芯片或者設(shè)備上來(lái)說(shuō)都不如n78成熟，需要花費(fèi)大量的精力去推動(dòng)這個(gè)頻段的產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。
FR2: 是5G的擴(kuò)展頻段，因?yàn)檫@個(gè)頻段的頻率高可達(dá)到28GHz，波長(zhǎng)達(dá)到毫米級(jí)別，稱(chēng)為毫米波。其頻率范圍從24250MHz到52600MHz，這個(gè)頻段頻譜豐富，可實(shí)現(xiàn)超大帶寬，頻譜也較為干凈，干擾小。
5G NR頻譜分布
"NSA"和"SA"真假5G?
5G的部署是個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，建設(shè)進(jìn)度上不會(huì)那么的快完成，同時(shí)也為了利用現(xiàn)有4G普及的優(yōu)勢(shì)，不僅可以節(jié)省成本還能快速部署，因此在5G的組網(wǎng)方式上有兩種: 非獨(dú)立組網(wǎng)（NSA）和獨(dú)立組網(wǎng)（SA）。
NSA（Non-Standalone）:是用現(xiàn)有的4G網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行改造、升級(jí)和增加一些5G設(shè)備，4G核心網(wǎng)/5G核心網(wǎng)+4G基站+5G基站的組合模式。對(duì)于NSA來(lái)說(shuō)可有下圖這幾種組網(wǎng)組合模式，包括3系，4系和7系。
SA（Standalone）: 是一套全新的5G網(wǎng)絡(luò)，包括全新的核心網(wǎng)和基站設(shè)備，引入了全新網(wǎng)元與接口，并大規(guī)模采用網(wǎng)絡(luò)虛擬化、軟件定義網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)。目前其主要有以下兩種組合模式，包括2系和5系。
NSA和SA兩組組網(wǎng)方式，也使得5G網(wǎng)絡(luò)有更豐富的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。
總體上來(lái)說(shuō)，非獨(dú)立組網(wǎng)比獨(dú)立組網(wǎng)更加快速并且更節(jié)省部署成本，能為運(yùn)營(yíng)商更快的搶占市場(chǎng)。但是非獨(dú)立組網(wǎng)要比獨(dú)立組網(wǎng)復(fù)雜得多，在NSA組網(wǎng)下，5G與4G在接入網(wǎng)級(jí)互通，組網(wǎng)復(fù)雜度大大增加，在NR-NR，NR-LTE切換時(shí)延上也會(huì)高于SA這種獨(dú)立組網(wǎng)，這也將使5G的應(yīng)用將會(huì)有一定的限制。
但是NSA也并不是我們平時(shí)所說(shuō)的假5G，不過(guò)，最終還是向SA組網(wǎng)方式發(fā)展，我們也將會(huì)感受到這個(gè)漸變的過(guò)程中給我們的生活所帶來(lái)的變化。
5G幀結(jié)構(gòu)
5G NR與LTE相同，無(wú)線幀和子幀的長(zhǎng)度固定，幀（Frame）的時(shí)間仍然是10ms; 每幀從0~9有10個(gè)子幀（Subframe），每個(gè)子幀時(shí)間為1ms; 每幀有兩個(gè)半幀，0~4為1個(gè)半幀，5~9為1個(gè)半幀。但是，同時(shí)又為了能夠使得5G滿足更多的應(yīng)用場(chǎng)景，5G NR定義了更加靈活的其子構(gòu)架，即時(shí)隙和字符長(zhǎng)度可根據(jù)子載波間隔靈活定義。
從子載波間隔上看，LTE只支持15KHz一種子載波間隔，5G NR支持多種子載波間隔，有15KHz ，30KHz，60KHz，120KHz，240KHz，可參考下圖所示。
另外，1個(gè)RB由12個(gè)子載波間隔組成。不同子載波間隔，支持RB數(shù)量如下表:
RB
5G NR的中不同的子載波間隔，其對(duì)應(yīng)子幀的時(shí)隙（slot）長(zhǎng)度也不同。隨著子載波間隔變大，時(shí)隙長(zhǎng)度變小。
在LTE中，上下行的配置是以時(shí)隙也就是子幀為單位，包含上行子幀，下行子幀和特殊子幀，特殊子幀包含上下行轉(zhuǎn)換點(diǎn)，轉(zhuǎn)換周期是5ms或10ms。在5G NR中，上下行配置是以符號(hào)為粒度，配置更加靈活。
在正常CP的情況下，每個(gè)時(shí)隙（slot）卻有相同的OFDM符號(hào)（symbol）數(shù)，都為14個(gè)。每個(gè)時(shí)隙可以為下行符號(hào)D，上行符號(hào)U和靈活符號(hào)X這三種符號(hào)。以15kHz為例，OFDM符號(hào)長(zhǎng)度為66.67微秒，14個(gè)OFDM符號(hào)總共14*66.67=0.93338ms，1個(gè)時(shí)隙長(zhǎng)1ms，所以剩下的時(shí)間就是CP的時(shí)間。
在擴(kuò)展CP情況下，每個(gè)slot的symbol數(shù)是12個(gè)。
對(duì)于5G NR幀結(jié)構(gòu)而言，還有以下幾點(diǎn):
- 相位噪聲和多普勒頻移決定了15kHz作為下限，過(guò)小的子載波間隔會(huì)對(duì)頻偏過(guò)于敏感，會(huì)對(duì)不同子載波之間的正交性有一定影響。
- 在5種不同的子載波間隔中，60kHz不用于同步，240kHz不用于數(shù)據(jù)傳輸。60KHz有正常CP和擴(kuò)展CP兩種配置。
- 對(duì)于6GHz以下頻段，采用15k、30k、60kHz子載波間隔配置。
- 對(duì)于6GHz以下頻段，采用120k、240kHz子載波間隔配置。
- 循環(huán)前綴CP決定了子載波間隔的最大值，因?yàn)樽虞d波間隔越大，OFDM符號(hào)時(shí)長(zhǎng)越短，CP也就越短，CP的作用之一是抵抗多徑時(shí)延，CP要大于最大多徑時(shí)延，所以過(guò)短的CP會(huì)無(wú)法克服多徑時(shí)延。
- 不同的子載波間隔支持物理信道的能力不同。談?wù)?G幀結(jié)構(gòu)
- 5G NR定義了許多不同的時(shí)隙格式，后續(xù)章節(jié)再進(jìn)一步展開(kāi)
5G調(diào)制方式
調(diào)制是將信源產(chǎn)生的信號(hào)轉(zhuǎn)換為適應(yīng)于無(wú)線傳輸的形式的過(guò)程，是無(wú)線通信業(yè)務(wù)的一個(gè)重要流程。
在無(wú)線通信中，信號(hào)是以電磁波的形式發(fā)送到接收端，那么電磁波是如何傳遞信息的呢？
電磁波可以用正弦波來(lái)描述，一個(gè)正弦波有3大特征，幅度，相位，頻率?？梢岳秒姶挪ǖ倪@3大特征來(lái)傳遞信息。
正弦波
所以這里的調(diào)制就是用基帶信號(hào)去控制載波信號(hào)的幅度，頻率，相位這幾個(gè)參量的變化，將信息荷載在到載波上形成已調(diào)信號(hào)。因此，在數(shù)字信號(hào)調(diào)制中有三種最基本的調(diào)制方式:
- 調(diào)幅（ASK）:載波幅度是隨著調(diào)制信號(hào)而變化的。
- 調(diào)頻（FSK）:用數(shù)字信號(hào)去調(diào)制載波的頻率。
- 調(diào)相（PSK）:根據(jù)數(shù)字基帶信號(hào)的兩個(gè)電平使載波相位在兩個(gè)不同的數(shù)值之間切換的一種相位調(diào)制方法。
調(diào)制方式
對(duì)于其他各種調(diào)制方法其實(shí)都是以上方法的改進(jìn)或組合，例如:
- 正交振幅調(diào)制QAM就是一種幅度、相位聯(lián)合調(diào)制的技術(shù)，同時(shí)使用載波的幅度和相位來(lái)傳遞信息比特，將一個(gè)比特映射為具有實(shí)部和虛部的矢量，然后調(diào)制到時(shí)域上正交的兩個(gè)載波上，然后進(jìn)行傳輸。每次在載波上利用幅度和相位表示的比特位越多，則其傳輸?shù)男试礁?。通常?QAM，16QAM，64QAM，256QAM等。
- MSK是FSK的改進(jìn)，GMSK又是MSK的一種改進(jìn)，是在MSK（最小頻移鍵控）調(diào)制器之前插入了高斯低通預(yù)調(diào)制濾波器，從而可以提高頻譜利用率和通信質(zhì)量；
- OFDM是采用正交頻分復(fù)用技術(shù)對(duì)多載波的一種調(diào)制方法， 將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。
我們知道在GSM采用GSMK信號(hào)調(diào)制技術(shù)；3G、4G系統(tǒng)采用QAM、QPSK調(diào)制技術(shù)；那么5G采用什么調(diào)制技術(shù)，較之前的調(diào)制技術(shù)有哪些變化？
3G：QPSK、16 QAM
4G LTE：QPSK、16 QAM、64 QAM
5GNR：π/2-BPSK、QPSK、16 QAM、64 QAM、256 QAM
從圖上可以看出，5G支持的調(diào)制更加豐富，主要有載波的相位變化，幅度不變化π/2-BPSK和QPSK的PSK調(diào)制方式，還有載波的相位和幅度都變化的16QAM, 64QAM和256QAM等QAM調(diào)制方式。
不過(guò)問(wèn)題來(lái)了，有這么多種調(diào)制方式，我們?cè)趺从脠D形直觀的表示它們呢？其實(shí)，我們有個(gè)星座圖這個(gè)圖形工具可以用。
星座圖中的點(diǎn)，可以指示調(diào)制信號(hào)的幅度和相位的可能狀態(tài)，尤其當(dāng)我們使用兩個(gè)載波(一個(gè)同相，而另一個(gè)正交)時(shí)。對(duì)于多電平ASK,PSK或QAM時(shí)，星座圖很有用。
星座圖
如上圖所示，在星座圖中，水平X軸與同相載波相關(guān)，垂直Y軸與正交載波相關(guān)。圖中每個(gè)點(diǎn)，可以包含4條信息。點(diǎn)在X軸的投影定義了同相成分的峰值振幅，點(diǎn)在Y軸的投影定義了正交成分的峰值振幅。點(diǎn)到原點(diǎn)的連線(向量)長(zhǎng)度是該信號(hào)元素的峰值振幅(X成分和Y成分的組合)，連線和X軸之間的角度是信號(hào)元素的相位。所有需要的信息都可以從星座圖中得到。
下面是幾種調(diào)制方式的星座圖：
5G 波束賦形
波束賦形（Beamforming）又叫波束成型、空域?yàn)V波，是一種陣列定向發(fā)送和接收信號(hào)的信號(hào)處理技術(shù)，它既可以用于信號(hào)發(fā)射端，又可以用于信號(hào)接收端。波束賦形技術(shù)通過(guò)調(diào)整相位陣列的基本單元的參數(shù)，使得某些角度的信號(hào)獲得相長(zhǎng)干涉，而另一些角度的信號(hào)獲得相消干涉，從而產(chǎn)生波束。其原理就是利用波的干涉，我們?cè)?jīng)物理中也學(xué)過(guò)波的干涉，當(dāng)波峰和波峰，或者波谷和波谷相遇，則能量相加，波峰更高，波谷更深; 當(dāng)波峰和波谷相遇，兩者則相互抵消。
基站發(fā)出的電磁波同樣也是波，通過(guò)干涉之后也會(huì)是類(lèi)似的現(xiàn)象。
因此對(duì)于基站來(lái)說(shuō)，如果天線的信號(hào)全向發(fā)射的話，基站周?chē)氖謾C(jī)只能收到有限的信號(hào)，大部分能量都會(huì)浪費(fèi)掉。而如果能通過(guò)波束賦形把信號(hào)聚焦成幾個(gè)波束，專(zhuān)門(mén)指向各個(gè)手機(jī)發(fā)射的話，承載信號(hào)的電磁能量就能傳播地更遠(yuǎn)，而且手機(jī)收到的信號(hào)也就會(huì)更強(qiáng)。5G頻段更高，尤其是毫米波頻段，覆蓋范圍更小，為了增強(qiáng)5G覆蓋，波束賦形應(yīng)運(yùn)而生。
為了獲得更加集中的信號(hào)，兩個(gè)天線對(duì)往往是不夠的，天線個(gè)數(shù)越多，電磁波傳播方向越集中，實(shí)現(xiàn)電磁波單方向傳播，在5G中我們通常會(huì)使用多天線矩陣。
關(guān)于多天線矩陣就要談到外一個(gè)概念Massive MIMO（大規(guī)模天線技術(shù)），是第五代移動(dòng)通信（5G）中提高系統(tǒng)容量和頻譜利用率的關(guān)鍵技術(shù)。它最早由美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研究人員提出，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)小區(qū)的基站天線數(shù)目趨于無(wú)窮大時(shí)，加性高斯白噪聲和瑞利衰落等負(fù)面影響全都可以忽略不計(jì)，數(shù)據(jù)傳輸速率能得到極大提高。尤其是毫米波頻段，載波頻率的提高顯著加大了無(wú)線信號(hào)的傳播損耗，減少了天線的覆蓋面積，也大大減小了天線單元的物理尺寸，使得在相同的物理空間里能夠安裝更多的天線單元，從而可以使用天線陣列、波束賦形等技術(shù)加大無(wú)線信號(hào)的覆蓋范圍，補(bǔ)償路徑損耗。
波束賦形可分為兩種: 數(shù)字式波束賦形和模擬式波束賦形。
數(shù)字式波束賦形vs模擬式波束賦形
數(shù)字式波束賦形由于處理的是數(shù)字信號(hào)，因?yàn)閭鞑サ碾姶挪ㄊ鞘?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1589317.html">模擬信號(hào)。所以對(duì)于下行鏈路其工作在DAC之前和上行鏈路工作在ADC之后，調(diào)整數(shù)字信號(hào)的幅度和相位權(quán)值，從而可以明確區(qū)分不同的波形，因此可以支持多通道多用戶(hù)的不同傳輸模式，可以并行獲得很多路不同的輸出信號(hào)，同時(shí)測(cè)量來(lái)自不同方向的信號(hào)。但是因此每條RF鏈路都需要一套獨(dú)立的DAC、ADC、混頻器、濾波器和功放器等。
模擬式波束賦形處理的是模擬信號(hào)，它是在發(fā)射端DAC之后完成波束賦形的信號(hào)處理，接收端ADC之前完成波束賦形。
如果5G NR的天線數(shù)量進(jìn)一步增加，使用數(shù)字式波束賦形，那么每個(gè)天線單元上都必須有一個(gè)DAC或者ADC。如果有100個(gè)天線單元，那么就要有100個(gè)DAC或者ADC；這就讓天線變得非常臃腫復(fù)雜，功耗也大大增加。如果使用模擬式波束賦形，由于多路信號(hào)其實(shí)是對(duì)一個(gè)輸入信號(hào)的相位或者振幅調(diào)整，只需要在波束賦形處理矩陣之前有1個(gè)DAC或者ADC即可，因此硬件設(shè)計(jì)非常的簡(jiǎn)單。
5G新接口協(xié)議
在2G和3G早期基站的架構(gòu)，處理射頻信號(hào)的RRU和處理數(shù)字基帶信號(hào)的BBU都放在室內(nèi)。因?yàn)樘炀€是掛在塔上，由于鐵塔一般情況下有個(gè)幾十米到100米高，所以饋線也得幾十到100米長(zhǎng)。然而信號(hào)的傳送是有損耗的，饋線越長(zhǎng)損耗越大，從基站到天線信號(hào)還沒(méi)發(fā)出去就已經(jīng)損耗掉了一多半。因此塔下的基站必須加大功率發(fā)射才能彌補(bǔ)這個(gè)損耗。這種架構(gòu)最顯著的特點(diǎn)就是復(fù)雜，功耗大。
在3G時(shí)代便誕生了一種新的構(gòu)架，就是分布式站點(diǎn)，在4G時(shí)代分布式站點(diǎn)的普及才使得問(wèn)題有了徹底的改觀。BBU小巧精致功耗低，而RRU體積龐大功耗高，把功耗高的RRU也掛在塔上和天線放一起，這樣就不用很長(zhǎng)的饋線連接了，損耗小了功耗自然也就降下來(lái)了，自然散熱就可以。這就是新的分布式站點(diǎn)架構(gòu)。
由于RRU和BBU分開(kāi)離的很遠(yuǎn)，連接和數(shù)據(jù)傳遞也會(huì)出現(xiàn)一定的問(wèn)題。在2003年，由愛(ài)立信，諾西，阿朗，NEC，還有華為這幾個(gè)廠家發(fā)起，定義了通用公共無(wú)線電接口（CPRI）的協(xié)議，CPRI對(duì)其它組織和廠家開(kāi)放。
CPRI是一種標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議，定義了無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施基站的射頻設(shè)備控制（REC）和射頻設(shè)備（RE）之間的數(shù)字接口。這實(shí)現(xiàn)了不同供應(yīng)商設(shè)備的互操作性，保護(hù)了無(wú)線服務(wù)提供商的軟件投入。
CPRI接口
CPRI協(xié)議在BBU和RRU之間傳輸?shù)?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E7%89%A9%E7%90%86%E5%B1%82/">物理層數(shù)據(jù)，不但包含了承載的數(shù)據(jù)，還含有大量物理層信息，并使這些信息分到了各個(gè)天線之上，數(shù)據(jù)量非常巨大。
在CPRI協(xié)議中定義了9中選項(xiàng)，最大速率可以達(dá)到12Gbps。
但是來(lái)到5G時(shí)代，新的應(yīng)用場(chǎng)景需要，出現(xiàn)了Massive MIMO AAU，載波帶寬大幅度增加，對(duì)CPRI提出了更高的要求。如下100M 64天線的就需要速率高達(dá)172.8Gbps，這還只是Sub6G頻段。
對(duì)于毫米波段則有著更大的帶寬，這勢(shì)必要需要對(duì)CPRI進(jìn)行升級(jí)，這就是eCPRI。在通信協(xié)議棧上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)會(huì)層層加碼，越到物理層數(shù)據(jù)量越大，那就如下圖所示，把在BBU上處理的數(shù)據(jù)上移一層（High Phy往上的BBU處理），下面的交給RRU去處理（Low Phy往下的RRU處理），這樣BBU和RRU之間的數(shù)據(jù)量就少了，能大幅降低前傳帶寬，但是RRU的復(fù)雜度也會(huì)提高。
ECPRI接口
按照前面所說(shuō)的100M載波帶寬加64天線為例，采用CPRI協(xié)議需要172.8Gbps的光口速率，而如果是eCPRI的話，僅需要24.3Gbps的光口速率，帶寬也僅為原先的14%。
在未來(lái)的5G發(fā)展進(jìn)程中，eCPRI將會(huì)是主流，讓我們期待更多的應(yīng)用的出現(xiàn)。
5G如何建立連接？
UE為了與網(wǎng)絡(luò)取得連接，需要使UE和網(wǎng)絡(luò)取得上下行同步，當(dāng)UE解碼出SSB，就已經(jīng)取得了下行同步，為了建立上行同步和RRC連接，需要UE發(fā)起隨機(jī)接入，獲得上行授權(quán)（UL Grant），請(qǐng)求接入資源。這個(gè)過(guò)程我們叫做隨機(jī)接入，隨機(jī)接入是移動(dòng)通信系統(tǒng)中非常重要的流程，也叫做RACH（Random Access Channel）。在5G NR中和LTE一樣同樣有兩種接入方式:
- 基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入（Contention Based Random Access）
- 基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入（Contention Free Random Access）
這里的“競(jìng)爭(zhēng)”是什么意思呢？UE會(huì)以特定的模式發(fā)送PRACH Preamble，UE會(huì)隨機(jī)選擇其中的一個(gè)前導(dǎo)碼，當(dāng)有多個(gè)UE的時(shí)候就會(huì)有可能出現(xiàn)多個(gè)UE選擇相同的前導(dǎo)碼，多個(gè)UE發(fā)送相同的前導(dǎo)碼同時(shí)到達(dá)基站的情況。這種沖突就是這里的所指的“競(jìng)爭(zhēng)”。gNodeB使用競(jìng)爭(zhēng)解決機(jī)制來(lái)處理這種類(lèi)型的接入請(qǐng)求。
競(jìng)爭(zhēng)隨機(jī)接入主要有四個(gè)流程，包括:
- Random Access Preamble（MSG1）
- Random Access Response（MSG2）
- Scheduled Transmission（MSG3）
- Contention Resolution（MSG4）
CBRA：基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入
步驟一：隨機(jī)接入前導(dǎo)碼傳輸（MSG1）
- UE向基站發(fā)送前導(dǎo)碼
步驟二：隨機(jī)接入響應(yīng)（MSG2）
- 基站在收到前導(dǎo)碼后，為T(mén)C-RNTI、上行鏈路和下行鏈路調(diào)度資源；然后，通過(guò)PDSCH發(fā)送隨機(jī)接入響應(yīng)。
步驟三：調(diào)度上行傳輸（MSG3）
- UE通過(guò)PUSCH發(fā)送上行鏈路調(diào)度信息。
步驟四：競(jìng)爭(zhēng)解決（MSG4）
- 基站使用PDCCH上的C-RNTI或PDSCH上的UE競(jìng)爭(zhēng)解決標(biāo)識(shí)IE來(lái)幫助UE解決競(jìng)爭(zhēng)的問(wèn)題。
但是在某些情況下，競(jìng)爭(zhēng)是不可接受的，基站會(huì)給UE分配前導(dǎo)碼，這樣就避免了競(jìng)爭(zhēng)。這就是非競(jìng)爭(zhēng)隨機(jī)接入。在基于非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入中，基站分配的前導(dǎo)碼又稱(chēng)為專(zhuān)用隨機(jī)接入前導(dǎo)碼。專(zhuān)用前導(dǎo)碼通過(guò)RRC信令（可以在RRC消息中指定分配前導(dǎo)碼）或PHY層信令（PDCCH上的DCI）提供給UE，不存在前導(dǎo)碼沖突。當(dāng)專(zhuān)用資源不足時(shí)，基站指示UE啟動(dòng)基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入。
非競(jìng)爭(zhēng)隨機(jī)接入包括下面三個(gè)步驟：
- Random Access Preamble Assignment
- Random Access Preamble（MSG1）
- Random Access Response（MSG2）
步驟一：隨機(jī)接入前導(dǎo)碼分配
- 基站向UE分配隨機(jī)接入前導(dǎo)碼。
步驟二：隨機(jī)接入前導(dǎo)碼傳輸（MSG1）
步驟三：隨機(jī)接入響應(yīng)（MSG2）
- 基站發(fā)送隨機(jī)接入響應(yīng)。
隨機(jī)接入會(huì)應(yīng)用到多個(gè)場(chǎng)景中，尤其是切換過(guò)程，RRC連接重建等流程中，下面是隨機(jī)接入的一些應(yīng)用場(chǎng)景：
- 初始RRC連接和RRC連接重建：基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入；
- 切換過(guò)程：優(yōu)先選擇基于非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入。如果所有專(zhuān)用資源都已經(jīng)使用，可以選擇基于競(jìng)爭(zhēng)隨機(jī)接入；
- 下行數(shù)據(jù)到達(dá)：優(yōu)先選擇基于非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入。如果所有專(zhuān)用資源都已經(jīng)使用，可以選擇基于競(jìng)爭(zhēng)隨機(jī)接入；
- 上行數(shù)據(jù)到達(dá)：基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入；
- 當(dāng)沒(méi)有SR的PUCCH資源可用時(shí)，RRC連接期間的上行數(shù)據(jù)到達(dá)：基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入；
- 調(diào)度請(qǐng)求失?。夯诟?jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入；
- 從RRC-Inactive到RRC-Connected：優(yōu)先選擇基于非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入，如果專(zhuān)用資源都已經(jīng)使用，則選擇基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入；
- 請(qǐng)求其他SI：基于非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入；
- 波束失敗恢復(fù)：優(yōu)先選擇基于非競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入，如果專(zhuān)用資源都已經(jīng)使用，則選擇基于競(jìng)爭(zhēng)的隨機(jī)接入。
5G網(wǎng)絡(luò)切片
什么是網(wǎng)絡(luò)切片？它是一種按需組網(wǎng)的方式，可以讓運(yùn)營(yíng)商在統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施上分離出多個(gè)虛擬的端到端網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片從無(wú)線接入網(wǎng)承載網(wǎng)再到核心網(wǎng)上進(jìn)行邏輯隔離，以適配各種各樣類(lèi)型的應(yīng)用。在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片中，至少可分為無(wú)線網(wǎng)子切片、承載網(wǎng)子切片和核心網(wǎng)子切片三部分。
我們知道5G主要有三大應(yīng)用場(chǎng)景，其服務(wù)是多種多樣的，比如，車(chē)聯(lián)網(wǎng)，工業(yè)自動(dòng)化，遠(yuǎn)程醫(yī)療，VR/AR等，這些不同的服務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求不盡相同，有的需要低時(shí)延高可靠，有的需要高速率，有的需要多連接低移動(dòng)性。5G網(wǎng)絡(luò)為了滿足這種多樣化的業(yè)務(wù)需求，就需要能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)劃分多個(gè)邏輯獨(dú)立的虛擬網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)具備不同的功能特點(diǎn)。可以靈活的不同的服務(wù)，靈活部署不同的服務(wù)，這些虛擬網(wǎng)絡(luò)相互隔離，一旦發(fā)生故障不會(huì)影響其他虛擬網(wǎng)絡(luò)。因此，網(wǎng)絡(luò)切片就需要有以下特性：
- 端到端的完整性
- 按需定制的靈活性
- 安全性隔離性
在5G的三大應(yīng)用場(chǎng)景中就是需要根據(jù)各自網(wǎng)絡(luò)對(duì)用戶(hù)數(shù)，QoS，帶寬等的不同要求，定義自己的通信服務(wù)切片。
當(dāng)然，網(wǎng)絡(luò)切片不僅僅限于這三大應(yīng)用場(chǎng)景，運(yùn)營(yíng)商可以根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景將物理網(wǎng)絡(luò)切出多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，這有著很大的網(wǎng)絡(luò)價(jià)值。
下載ECAD模型
