5G NR 基础原理与关键技术
基于 IUV 官网提供的视频资源，记录了 5G 技术的基本原理以及一些关键技术
目录
(2) 协议定义的 5G 网络部署方式（实线 - 用户面、数据面通路 虚线 - 控制面通路）
1. 系统概述
(1) 什么是 5G
与前面的2 、3、4G 时代相比，5G 时代是一个全业务的时代，不仅可以覆盖人与人之间的通信，也可以覆盖人与物、物与物之间的通信；5G 网络是面向垂直行业以及万物互联的，它的速率、时延等与上一代网络相比有了很大的提升。
(2) 为什么需要 5G
无人驾驶、远程医疗、物联网接入等很多新兴产业技术的发展需要更高的通信速度、更大的连接数量以及更短的时延，4G 网络很难满足这些需求，所以需要更高一级的网络。
(3) 5G 网络解决了什么问题
5G 的场景设计就是为了满足新兴产业对于更高传输速率、更大连接数目以及更低时延的需求，图中 1ms 的时延指的是 通信双工的过程，即信息的发送与接收。
(4) 协议标准
eMBB（大带宽） - Option3: 商用5G网络，非独立组网架构
eMBB（大带宽）- Option2: 运营商主要部署的网络，独立组网架构
uRLLC: 低时延场景
mMTC: 物联网应用（大数量接入）
通信网络都是基于协议进行部署的，5G 网络的协议版本到 R17版本大致冻结完毕
(5) 终端发展过程
首款 5G NSA （非独立组网）终端：2019.05 中兴天机Axon 10 Pro 5G版 高通骁龙855芯片
首款 5G SA/NSA （双模）终端 ：2019.09 华为Mate 20X 5G版 巴龙5000芯片
这两个终端都不是直接集成的一个芯片，而是芯片外挂一个 X55 基带
(6) 5G 频谱介绍
FR1（Sub 6GHz）：410MHz - 7125MHz
FR2（毫米波）：24250MHz - 52600MHz
3GPP为NR主要定义了两个频率范围：Sub 6GHz和毫米波，Sub 6GHz称为FR1，毫米波称为FR2
我国的 5G 频段分布主要如下图所示：
中国移动：2.515 - 2.675GHz 用来建立宏站 4.8 - 4.9 GHz 用来建立室内站点
中国广电：工信部允许中国广电和移动联通使用 4.9 GHz 频段建立室内站点
2. 网络架构
(1) 5G网络总体拓扑
5G网元设备都是虚拟的，可以在一个很小的设备内存在一个核心网
核心网网元：虚拟化之后的网络不再关注底层硬件；那些错综复杂的软件功能模块全部回炉重造，再淬火凝练成为一个个的软件意义上的网络功能（NF，即Network Function）。每个网络功能逻辑上相当于一个网元，并且这些功能都是完全独立自治的，无论是新增，升级，还是扩容都不会影响到其他的功能，这就为网络的维护和扩展提供了极大的便利性。
(2) 协议定义的 5G 网络部署方式（实线 - 用户面、数据面通路 虚线 - 控制面通路）
NSA 与 SA 的区别 ：都需要 5G 核心网，控制面的的锚点都是 5G基站（在上面的图中可以表示为 5g 无线由虚线连接到 5g 核心网，也有虚线连接到 5G 终端 ）上图中虚线指的是控制通道，实线指的是数据通道。
(3) 独立部署（SA）与非独立部署（NSA）
独立部署（SA）：整个网络架构都是 5G 部分，没有 LTE 参与网络架构的建设
成本较高，需要新建 5GC 和 5G NR 站点，而且由于站点较少，可能使用不理想。
eLTE ：升级的 LTE ，可以接入 5G网络
Option 4：5G基站处进行用户面数据的分流
Option 4a: 核心网处进行用户面数据的分流
目前使用的主要是 NSA 网络，SA 网络也在加强建设中。
(4) 5G 网络部署建议
NR 连续覆盖场景：先部署 NR ，5GC，后续将 LTE连接到5G网络上，对LTE来说实现增强
NR 非连续覆盖场景：先部署 5G 基站、NR、5GC，等时机成熟接入 LTE，相对来说过程较为平滑
(5) 5G基站重构为 CU 和 DU 两个逻辑网元
实时的东西存储在 DU 上，非实时的东西放在 CU 上。
(6) 无线部署方式
D - RAN：分布式无线网络，一个站点机房中有 CU 和 DU 两个部分
CU 云化&DU分布式部署：多个无线站点的 CU 部署到一起，然后连接到相应的站点机房中的DU，一个 CU 可以连接多个 DU ,但一个 DU 只能接一个 CU
CU云化&DU集中：将 DU 也放在一起，CU 称为云化是因为 CU 是虚拟的产品
CU 云化&DU分布式部署和CU云化&DU集中部署都称为C-RAN
(7)CU/DU小结
3. 基本原理
(1) NR帧结构
1 帧 = 10ms = 10个子帧 = 10 x 1 ms = 两个半帧
子帧中的时隙个数用 u 决定
Tc 是基本时间单元，480k 是最大子载波间隔，4096 采样点
(2) 可变帧结构
u 可以取 0,1,2,3,4，也可以取5，当 u 取 5 时代表子载波间隔为 480k, 商用的 u 采用小于 5 的部分，u 用来判断一个子帧中的时隙个数; lte 中的一个子帧存在两个时隙.
一个子帧中时隙的个数为 ，5G 中一个子帧的单位时隙的时长为
ms
lte 中规定子载波间隔为 15 kHz, 5G 中规定子载波间隔为 15 kHz x
(3) RE and RB
lte 中 RB 在时域上是一个 OFMD 符号，在频域上是一个连续的12 子载波，但在 5G 上对于 RB 不在时域上做概念限制，仅仅是在频域连续的 12 子载波。
Point A: 指示为 0 号子载波（第一个子载波）的中心，Point A 确定，带宽确定，那么中心载频也可以直接确定。
(4) 帧结构的配置（影响上下行速率）
一个时隙包含有 14 个 OFMD 符号
D :下行时期
U: 上行时期
S: 特殊时期，可以由上行符号和下行符号以及特殊符号自由配置
时隙数的计算：
(5) 物理信道与调制
传输数据时上行使用PUSCH，下行使用PDSCH.
(6) 物理信号
lte 中有参考信号 CRS，但 5G 中没有参考信号 , 5G中多出来解调参考信号（DM-RS）对相关的信道进行解调。
相位跟踪参考信号：相位校正
探测参考信号：探测上行信号的质量，波束赋形
信道状态信息参考信号：信道估计，波束赋形
(7) 信道调制方式
(8) 物理信号与天线端口
同一个天线端口传输的信道可以使同一种解调方式
一个逻辑的天线端口至少对应一个物理端口
(9) SSB
PSS: 主同步信号
PBCH: 物理广播信道
SSS: 辅同步信号
每一个物理信道后面或中间都有一个解调用的 DMRS 信号
(10) 小区搜索
通过 GSCN 的频点找到频域位置 --> 找到时域位置 --> 得到小区 ID
(11) 随机接入
通过 PRACH 信道发送随机接入请求 --> 获得随机接入响应（包含上行授权、定时消息和标识）--> 发送竞争请求 --> 请求通过
(12) 步分带宽
根据业务量的大小配置带宽，let 无论业务大小配置 10 兆或 20 兆 带宽
4. 关键技术
(1) NOMA
在发送的信号之前加一段编码（短复用码字）进行编号，再通过编号解调
有三个信号 1,2,3 非正交发射，功率 P1 > P2 > P3,接收端从功率最大的信息开始验证，通过短复用码字标识进行对比，如果不满足则对功率第二大信号进行验证，直到满足条件
(2) 大规模天线阵列
频段越高，波长越短，天线大小越小
5G 使用高频段信号，使用天线阵列可以弥补高频信号覆盖不足的缺陷
(3) 波束原理
波束能量一定，所以波束的体积是一定的，通过调整不同的参数可以达到最优化
(4) 波束管理
SSB 信号可以用来进行小区搜索
CSI - RS 信号可以用来进行波束赋形
(5) 多接入边缘计算技术
通过多接入边缘计算，可以将把数据中心放到靠近基站的地方，降低了时延
自动驾驶使用该技术避免了信息向核心网的传输，降低时延，进行实时处理
(6) 补充上行链路
解决边缘覆盖中的一些问题
(7) 网络切片
给特定的业务分配特定的网络服务，虚拟的资源分配，核心网给不同的业务分配不同的带宽，承载也给不同的业务分配不同的信道
(8) 超密组网
使用波束管理小区，避免了基站管理小区造成的时间及其他资源的成本
参考资料
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