5G网络架构及关键技术分析

1、5G网络架构及关键技术分析5G KPI全方位超越4G自动驾驶高可靠性应用指标名称流量密度连接数密度时延移动性能效用户体验速率频谱效率峰值速率4G参考值0.1 Mbps/m210万/km2空口10ms350Km/h1倍10 Mbps1倍1Gbps5G取值10 Tbps/Km2100万/Km2空口1ms500Km/h100倍提升0.1-1Gbps3倍提升20Gbps流量密度(Mbit/s/m2)网络能效峰值速率(Gbits/s)用户体验速率(Mbits/s)频谱效率移动性(km/h)IMT-20201101x350IMT-Advanced10105106连接密度(devices/km2)1x100

2、 x100.1201003x5001时延(ms)大带宽高速率海量连接低时延高可靠性智慧城市智慧家居/楼宇高清语音超高清3D视频云办公/游戏AR/VR工业自动化GB/秒移动通信全球各国家5G态度和定位最早宣布5G商用，抢跑毫米波部署 主导互联网持续创新发展主导5G标准节奏重视多场景应用 积极推进2020年商用重大赛事进行5G热身 发展计划超前重点关注28G/37G/39G及600MHz，开始研 究3.7G-4.2GHzVerizon/ AT&T宣布2018年H2推出5G FWA业务，基于“非标5G”Sprint和T-Mobile合并，考虑在 600M/2.5GHz频段共建5G聚焦3.5G频段，关

3、注700MHz频段在政府积极推动下，意大利在2017已开始5G实验局建设，其他运营商积极进行5G实验网建设多家欧洲大T已经发放了RFI，探索5G组网 方式和业务应用聚焦3.5GHz和4.9GHz频段，高频频段关注26G和40GHz重点面向eMBB业务，同时积极探索面向垂直行业的URLLC业务应用继续探索SA建网模式，实现性能和5G应 用领先日本聚焦4.5G和28G频段，韩国重点考虑28G，后续考虑3.5G日本计划在2020年东京奥运会实现5G商 用，意图通过5G助力发展在机器人/AR/VR 方面的优势；韩国(KT)在2018年冬奥会上，在高频提供 5G业务。后续意图通过5G助力实现“创 新经济

4、”韩国三家运营商确定5G网络共建共享，节 省建网成本5G NR标准进展20162017201820192020R145G研究R15第一阶段R16第二阶段5G 演进IMT-2020 需 求IMT-2020 提 案IMT-2020 技术规范NSASA3GPP R15 NR Phase1 (2018Q2)：NR新技术：自包含帧信道编码LDPC/Polar2018年Q3完成R15 SA版本，2020年Q1完成R16完整版本灵活的网络架构：CU-DU切分CPRI重新切分Massive MIMONumerology统一帧结构、超短帧、 组网方式：NSA/SA应用场景：eMBB、部分URLLCeMBB Su

5、b6GHz增强URLLC超高可靠，更低时延新多址NOMA3GPP R16 NR Phase2 (2019Q4)：NR性能提升：应用场景：URLLC增强mMTCV2X非授权频谱接入Late Drop中国5G频谱分配情况当前2.6G 频谱现状20MHz60MHz20MHz250026552690255525752635未分配频谱5G NR新 频 谱 分 配 方 案40MHz20MHz60MHz20MHz20MHz2500 2515265525552575263526902675160MHz100MHz (室内覆盖)100MHz100MHz330035003600100MHz100MHz2.6G3.

6、5G4.9G已明确，待分配3400待分配48005000新机遇最宽的连续频谱：连续160MHz良好的覆盖性能：相比3.5GHz更好的覆盖优质的产业基础：2.6GHz TD-LTE产业积累5G网络架构发展的趋势DiversifiedScenariosCustomer Oriented ModelFast Establishment & ModificationBetterPerformance5G Diversified service will be handled by Network Slices, comprise several network function modularTrad

7、itional Telecommunication Networkevolves to Universal Virtualized PlatformTherefore, Virtualization, Modularization, andOrchestration are the trends of 5G networkarchitectureCloud ManagementVNFVNFVNFVNFNFVI orchestrateAccess NodeAccess DC with NFVIFunction InstanceFunction InstanceFunction InstanceE

8、dge DC with NFVIEdge NodeCore DC with NFVIFunction InstanceFunction InstanceFunction InstanceCore NodeBackhaulBackboneSA/NSA部署方式对比无论SA还是NSA，中兴通讯均已做好了商用部署的准备。NSAvsSAEPCeNodeBOption 3系NR5G NSA架构最初发展来源于毫米波架构， 设计的初衷是作为热点区域的容量补充。 优势当前产业成熟度略高于SA，选择NSA部署有利于取得5G市场先发优势。劣势难以支持新业务，后期演进到SA涉及网络改造Option 2NRSA架构采用

9、最新设计的5GC，支持NR与5G之间信令面和媒体面，独立工作。5GC优势建网简洁，一步到位，总体成本低，天 然支持新业务。劣势产业略落后于NSA，前期需投资5GC运营商在选择NSA或者SA建网时，需综合评估如上问题，制定详细的策略与计划。中兴将积极配合运营 商做好评估，选择最合适的建网方案。C。5G网络架构Options概述Note: ZTE will support these options 6 Months after 3GPP released time2018.06NR5GCUEOption 22017.12LTENREPCUEOption 3xLTENREPCUEOption 3L

10、TENREPCUEOption 3a2018.12eLT ENR5GCUEOption 7xeLT ENR5GCUEOption 7eLT ENR5GCUEOption 7aeLT ENR5GCUEOption 4eLT ENR5GCUEOption 4aNSA架构是5G网络建设早期的选择之一利用NSA获得市场先发优势，强化eMBB业务，打造极速用户体验利用早期的NSA产业领先优势启动5G运营，打造市场领先的品牌形象;持续聚焦eMBB业务，发展超高带宽业务.驱动力5G NR5G NSA早期发展更适合对城市热点/高价值 区域进行局部容量翻倍，实现按需部署。 4G打底兼顾覆盖和容量。NSA配合流量

11、经营按需部署5G NR部署准备改造问题 （基站，EPC，承载）全网经历两次改造， 影响现网体验。上行发射通道减半，影响覆 盖及用户体验。LTE&NR并发，功耗增加后期涉及NSA/SA双模替换。终端问题1.8G FDD锚点需加快建设 已经规模部署的1.9G/2.3G 网络视需求进一步考虑。锚点问题优化问题4/5G耦合，优化涉及两张 网络，带来工程运维工作 量增加。5G RAN侧重构驱动力RRU/AAUBBU4GBBU 10Gbps 20MHzRRU/AAU高层 低层传统CPRI接口采用静态配置，10G光模块可以解决大部分场景DUCUNew CPRIMidHual5G时代带宽需求高达数百G到 Tb

12、ps，需要引入New CPRI降低传 输带宽基带部分功能上移，大幅降 低光纤带宽需求控制面集中，为多业务提供灵活的扩展能力，为mMTC提供高效的处理能力DU更靠近用户，满足uRLLC业务需求几十Gpbs100MHz New CPRI几百Gbps1Tbps CPRI100MHz5GRRU/AAU5G5GRRU/AAUCPRI降低CPRI接口的传输带宽和5G控制面集中使能RAN切分5G RAN重构下的多种切分方案关注非实时类业务功能，部分核心网功能以及MEC 功能向基于IT平台的云化方向发展关注物理层和L2实时类业务功能向专用或基于IT平台的趋势发展为节省RRU/AAU和DU间的带宽，部 分物理层

13、功能下移到RRU/AAU5G RRU/AAUDURRCPDCPLow- RLCHigh- MACLow- MACHigh-PHYLow-PHYRFRRCPDCPHigh- MACLow- MACHigh- PHYLow- PHYRFDataDataOption1Option2Option3Option4Option5Option6Option7Fronthaul (New CPRI)MidhaulHigh-RLCHigh-RLCLow-RLCOption8CUCU/DU高层切分DU/AAU低层切分RAN切分后带来的5G多种部署方式站点机房站点机房站点机房站点机房5G CU中心机房DUDUDUA

14、AU/RRUAAU/RRUAAU/RRU站点机房5G CU中心机房AAU/RRUDU PoolCU云化&DU集中CUDUD-RAN12CU云化&DU分布式部署3AAU/RRU未来5G将D-RAN和CU云化并存，协同组网Part one35G关键技术Massive MIMO是提升5G网络容量和频谱效率最重要的技术5GPre 5G4G8 AntennasCMCC Pre5G MMCommercial LaunchingSoftBank Pre5G MM Commercial Launching3D-MIMO Beam formingMulti-steams Spatial Multiplexing

15、Improve the network capacity 68 timMeasssive MIMO 100 AntennasPre5G Massive MIMO 64 AntennasM-MIMO天线技术 X X X X X X X XMassive Antenna Array128 Antenna Elements64T*64R = V4 * H8 * P2Channel Gain = 9dBiBroadcast Beam Gain = 15dBiService Beam Gain = 24dBi1 Element1 Channel with 2*ElementsZTE MM6212V -

16、Vertical FreedomH - Horizontal Freedom P - Cross Polarization天线增益计算方式BBHVBtotalUBlossG G10 log HU10 log VU . GUssHVstotalS lossG G10 log HU10 log VU . GBmaxG 9 10 log 90 10 log 40 . 0 9 1.4 6.5 16.9dBi.659smax 9 10 log 90 10 log 40 0(Normal _ direction) 9 8.4 6.5 23.9dBi.139但考虑到实现过程中存在增益的损失，与水平波束的增益

17、抵消。因此，通常我们将广播增益的计算公式简化为“单通道增益+单列的通道合成增益”。广播波束的最大增益是15dBi，即9db（单通道增益）+ 10log4（单列的4通道合成增益）。通常我们也采用简化公式进行计算，业务波束的最大增益是：不考虑极化增益24dBi = 9dBi (通道增益) + 6dB(10log4，BF Gain in V) + 9 dB(10log8， BF Gain in H) ；ZTE MM:ZTEMM: G多天线关键指标的对比分析16TR (1*8*2)32TR (2*8*2)64TR - 128*element (4*8*2)64TR - 192*element(4*8*

18、2)8TR(1*4*2)8TR16TR-192*element32TR-128*element64TR-128*element64TR-192*elementChannel Gain15dBi(馈电损耗)14.5dBi (馈电损耗)12dBi9dBi10.5dBiBroadcast Beam Gain15dBi14.5dBi15dBi15dBi16.5dBiTypical Broadcast BWH65V7H65V7H65V9H65V9H65V7Broadcast BW RangeH: 30-65, V: 7H: 15-65, V: 7H: 15-65, V: 9-20H: 15-65, V: 9-40H: 15-65, V: 7-20Max. Service Beam Gain21dBi23.5dBi24dBi24dBi25.5dBiService BeamwidthH26V7H14V7H14V9H14V9H14V7Service Beam ScanH:-40 +40, V:NoH:-60 +60, V:NoH:-60 +60, V:-2+8H:-60 +60, V:-5 +20H:-60 +60, V:-5 +10DL/UL Streams2/28/412/616/816/85G关键技术5G编码5G传输模式5G新多址5G新波形5G关键信号5G帧结构U0.5ms0.5ms0.5