5G分组核心网专题课件

中国移动计划部5G汇报23/10/2017目录1EPC网关的C/U分离与5G核心网协同标准、产业及产品进展演进策略建议23标准进展：3GPP5G进展情况201620172018Q4Q1Q2Q3Q4Q1Q2Q3Q4SA,CT

#75SA

#78SA,CT

#80

(Rel-15completion)5GPhase1架构和流程(R15)EPC+支持NSAEPC对NSA的支持SA

#775GPhase1接口协议（R15）NGC支持SA组网5G系统安全架构

（R15）SA

#79网管与计费（R15）Phase1SA3进展30%5GStage3协议标准于17年Q1启动，目前进展35%。已确定使用服务化接口Phase1SA5切片管理进展30%；计费进展40%5GPhase2架构和流程(R16)Today5G研究5GNR工作5GNRNSACompletion后续演进5GNRSACompletion无线标准进展：3GPP5G的主要功能特性列表NSA支持无线双连接、QoS改变、计费增强切片：支持端到端网络切片、网络切片的选择、一个UE同时接入多个网络切片等移动性管理MICO、servicearearestriction、RRCinactive、reachability、AMFfailure和maintenance会话管理SSCmode1/2/3、ULCL、multihoming、LADN、MEC的支持、以太类型和无结构类型的PDU等QOS和PCCReflectiveQoS、5GCQoSflow与RANbearer的映射不限定只是1:1，移动性和会话策略服务化架构控制面实体间采用基于restful框架进行通信，非3GPP的支持仅支持untrustednon3GPP数据融合用户签约数据、能力开放的数据、应用数据都统一保存到UDR能力开放NEF统一对外提供能力开放接口与4G的互通支持有N26接口和没有接口两个场景R15主要功能增强的V2X服务架构增强支持5G系统架构的FMCVoLTE性能增强5G对接入数据流的导流、交换、和分流支持EPC对E-UTRANURLLC的支持.5G网络自动化使能的研究5G网络对SMF和UPF增强拓扑的支持对ProSeUE-to-NetworkRelay架构增强的支持加密报文检测和验证的能力研究5GCIoT支持与演进R16主要立项业界方案选择：基于应用场景NSA是海外运营商的主流选择RegionOperatorOptionsUseCaseKoreaJapanXNSA+SAeMBB+Slicing+TBDXNSAeMBBX??XNSAeMBBX？XSAeMBB+V2XUS&CanadaXNSAwTTXX?wTTXEUX？XNSAeMBBX？XNSAeMBBCategoryEPC+NGCore部署与升级部署5GNReNB升级EPC升级部署5GNR核心网升级或新部署NGCeNB升级到EvolvedeNB标准时间表2017年底2018年2~3季度功能大带宽网络支持：eMBB高吞吐能力升级支持4G/5G互操作完全的5G功能：服务化架构，服务化接口分布式用户面与5G边缘计算网络切片多种业务连续性模式支持5GQoS流管理框架5G安全接入5G移动性支持VoNR终端NSA模式5G终端4GNASUEwith5GRRCNSA/SA模式5G终端5GNASUE5G全球主要市场商用节奏，NSA是海外运营商的当前的主流选择东京奥运2020.74.6G+28G规模商用低频商用3GPP版本商用部署商用扩大商用部署20H2预商用友好用户友好用户eMBB早期商用(Dataonly)实验局规模商用高频系统测试规模测试欧洲本土测试早期商用实验室测试4.6GHz发放3.5GHz发放冬奥会部署规模测试17Q117Q217Q317Q418Q118Q218Q318Q419H119H220H1各成员国商用美国(WTTx/eMBB@28/39GHz)日本(4.6GHz+28GHz)韩国(28GHz+3.5GHz)欧洲(3.5GHz)华为5G核心网路标5GCore1.0NSAEPC+双连接QoS增强，单用户高带宽CU分离NSA支持SA

NGC试点网络切片移动性管理框架会话管理框架策略管理框架服务化架构，服务化接口分布式用户面边缘计算5GCore2.05GCore3.020172018H12018H22019H25GTrialPhase1.1NSAAccessPhase1.2SA

AccessPhase2：Non-3GPPAccessandenhancement3GPPVerticalIndustryWTTXTrialeMBBNon-3GPPAccess5G核心网规划SA

NGC商用固定移动多接入固定移动统一策略控制……华为产品功能路标应答

功能厂家CP/UP分离SBA及SBIE2E网络切片边缘计算（MEC）5GC-EPC互操作华为2017H2：4GCUPS2018H2：5GCU架构2018H22018年H2：动态核心网切片2019H1:端到端切片4GMEC已支持2018H2:5GMEC2018H2华为所有版本支持三层解耦的原生云架构NSA(基于R15的Option3)SA(基于R15的Option2)5GQos及PCF5G数据中心（UDM）5G移动性管理及会话管理支持R15支持R16

2018H1

2018H22018H1:NSA2018H2：SA2018H1:NSA2018H2：SA

2018H22018H1:NSA2018H2：SA2020H1中国移动2020年SA商用倒推测试节奏多厂家实验室互通测试多节点对接互通切片功能互通外场验证端到端对接测试现网计费、网关系统升级及对接现网语音及IMS系统对接数据管理和用户迁移准备2019.62019.122018.6统一电信云建设，具备三层云化解耦能力CU分离试点PNF和VNF混合组Pool测试NSA内外场测试2017.12NSA标准冻结R15SA标准冻结基于NGC的预商用2018.12支持NSA商业部署5G部署准备NSA规模试点转商用NGC实验室功能验证与4/5G系统互操作、多切片支持、网络管理和切片管理、能力开放、安全、业务发现和授权、语音方案、融合组网SA功能验证NGC的商用规模试点转商用端到端切片管理验证5G商业场景：eMBB和垂直市场场景共同驱动2020年NGC部署需求eMBB是早期商用场景垂直市场孵化空中覆盖4G网络存在网络覆盖/速率/时延/精度等诸多挑战彩虹大型无人机：2万米高空飞行，可搭载太阳能电池，具备与地面通信需求应用场景：无线Relay，高空通信小型无人机巡检网联通信巡检/监管等；应用场景：高带宽低时延的组队飞行、超视距飞行遥控等企业移动办公、视频监控企业存在园区低时延无线网络建设需求，已经具备5G能力需求某工业企业需求：满足企业智能办公业务能力；日常移动办公、企业通信；企业数据内部传输；设备间的互联互通需求、信息同步等；厂区视频监控等。主要技术需求：边缘计算、切片、广覆盖等主要技术需求：高带宽、高QoS、低时延需求场景：VR直播等大众市场需求已经开始出现，演唱会直播、马拉松直播、中超直播、综艺直播均已探索VR化。主要需求：上行带宽40M以上下行2K/4K视频质量移动性和实时互动能力…VR直播、场馆互动Docomo认为视频和VR是5G的典型应用场景OOREDOO展示了通过3D眼镜及VR眼镜观看足球赛，体验在内容领域的创新

STC展示了VR视频：通过VR眼镜观看本国的自然风光和风土人情Orange展示VR360应用三星：TraVRer，开启VR旅游的新市场高通：骁龙835+VR开发套件，集成手部动作捕捉VR：成为运营商展示的亮点，变现模式越来越丰富智能电网无人机智能医疗智能制造以及更多……

监控和控制

故障自恢复

公共安全

农林

远程手术

机器人通信与控制案例网络需求时延要求5~50ms可靠性要求Ultra-High时延要求10~100ms可靠性要求Ultra-High时延要求10~30ms可靠性要求High时延要求10~100ms可靠性要求Ultra-HighSource:5GPPPWhitePapers5G业务未来将涵盖新兴垂直行业应用2020年SA商用的主要挑战满足低时延需求的边缘数据中心的准备垂直行业商业拓展及合作新核心网服务节点多、多厂家混合对接复杂端到端切片管理、运维模式搭建NEFNRFUDMPCFAFAMFSMFUEANUPFDNNnefNnrfNudmNpcfNafNamfNsmfN1N2N4N3N6AUSFNausfNsmsfSMSF切片管理5G切片云管租户视图运营商视图网元视图切片管理的搭建、以及运维模式、经营模式的挑战5G节点多、服务多，厂家对接IoT复杂，SLA保证难商业逻辑如何定义？业务如何发放？能力开放生态搭建？垂直行业合作模式？垂直行业的商业模式开拓，流程打通的新挑战RegionalDCTransmissionNetworkEdgeDCCentralDCLatency:1~5msLatency:10~20msLatency:50ms低时延能力的边缘DC的建设满足5GURLLC业务目录1EPC网关的C/U分离与5G核心网协同标准、产业及产品进展演进策略建议235G网络技术演进两条路径比较选项分析：SA引入速度要考虑到生态成熟周期SA建设速度受云化、SA架构标准进展等因素影响周边计费、网管等采用新接口，建设周期可能对5G引入有影响现网改动相对小：引入新网络，现网周边计费网关等可以不变传统设备仍需升级保证切换业务连续性，避免业务中断新建融合网元可与传统设备融合组Pool，保证用户体验以及平滑迁移只需要支持Option2终端选项分析：eMBB早期快速部署：NSAEPC升级简单，快速大规模部署架构/组网改动小现网升级，投资保护：现网EPC长期存在，保护投资云化扩容升级支持全业务场景网络平滑演进，用户平滑迁移需要支持多种制式终端长期共存选项2：SA叠加网NGC传统EPCLTENR双模终端4G终端EPC+LTENR双模终端4G终端升级NGCNReMBB+uRLLC+mMTCeMBBvEPC+PooleMBB+uRLLC+mMTCMBB选项1：NSA->SA升级两个路径的选择取决于5G引入的时间点，5G频谱、终端生态PoolEPCNSA部署:Option3/3a/3X的选择EPC+LTENRS1XxEPC+LTENRS1S1-UXxOption3Option3XDualModeUEDualModeUEDualModeUEEPC+LTENRS1S1-UXx-COption3aNRNRPDCPSplitNRPDCPSplitOption3Option3aOption3x升级成本EPC：协议无影响RAN：硬件扩容&协议升级，升级工作量最大LTE-NR重绑定EPC：协议升级RAN：协议升级LTE-NR轻绑定，对UE/传输/RAN要求低EPC：协议升级RAN：协议升级LTE-NR重绑定性能数据流迂回最高速率受限数据流直达一个RAB一个RAT数据流迂回一个RAB汇聚多个RAT流

信令接口数据接口用户数据基于NSA接入的EPC+对网络节点的升级要求NRMME功能升级Option3a/3x双连接高带宽QoS支持独立的统计和告警4/5G用户分流GW功能升级CUPS高带宽QoS支持Option3a/3x双连接5GNR/UE性能独立统计&告警4/5GUE分流单用户>10Gbps（快速转发+计费）HSS功能升级支持AMBRQoS最大带宽取值范围S1-u支持Option3

NSA部署的EPC+核心网重用4G现有接口和协议PCRF功能升级识别4/5GUE差异并下发不同的计费控制策略支持AMBRQoS最大带宽取值范围Page18省份NRLTENB-IoT2/3GCloudOSMME/IMS统一电信云GW-CvMMEvHSSvPCRF边缘地市PooLSAE-GWGW-UGW-USxSx融合用户面143327云化+NSA阶段5G阶段1统一电信云（多业务共平台）、I层收敛2PNFVNF融合组PooL3GW专有硬件、U面现网升级4C/U分离6融合控制面72/3/4/5G全接入MEC（V2x）2017201820192020第一步第二步第三步网络演进建议：两阶三步，迈向融合5G目标网AMFSMFCloudOSUDM统一电信云PCFAUSFAFURFCloudOS统一电信云融合用户面业务链IPMetroIPCoremCDNMEC切片vIMS556vDRAMMEE-eNBNSAMMENSAGWNSAMME+NG-CP（GW-C）GW-U+NG-UP阶段二:5G融合商用阶段（Option3/7/2）NRE-eNBNG-CPNGUP阶段三:云化全融合网络（Option7/2）POOLeNB（2/3/4/NB/eMTC）NSAMMENSAGWSxNSAMME（GW-C）eNB（2/3/4/NB/eMTC）MMEGW当前阶段:全网融合引入C-IoT阶段一:云化初步引入和5GNSA部署（Option3）NRPOOLIOTP-GW2017年2019年2025年后2020年中移动EPC网络技术演进建议路径IOTP-GW*红色为新建*蓝色为基于前一阶段的现网升级2018年关键工作全网升级支持oneLTE（核心网需要支持2/3/4G/eMTC/NB共接入）现网： 1、MME升级支持NSA

2、GW升级支持NSA和GW-U，沿用现网硬件

NFV：

1、新建NSAvMME（GW-C），连接NSAGW

2、vMME与现网MME混合组pool1、云化NSAMME升级为融合控制面 2、新建融合用户面 3、5G云化网络规模部署建设2/3/4/5G全云化融合网IOTP-GWS12021年S11S11S1S1S1-US5S1NRNRS11S10S10/N26N2/S1N2S1-UN3N4N4N2N3GW+UPF演进的四个原则：业务连续、融合接入、信令最优、配置简化数据业务连续切换IP锚点不变各演进阶段LTE、NSA、SA终端在接入间切换始终要保持锚点唯一，IP地址不变关键技术：2/3/4/5G融合用户面信令精简优化移动控制面不变降低外部信令消耗增加切换成功率运维简化关键技术：2/3/4/5G融合控制面融合接入体验管理和配置简化4G5GInternet核心网融合组Pool一个位置区的RAN只需接入一个池组，避免网络选择难题池组覆盖范围内，控制面不变用户平滑迁移关键技术：2/3/4/5G控制面Pool控制面与用户面分离云化控制面与云化或非云化用户面的生命周期管理分离集中接口与控制面，运维简化，便于灵活分布的用户面部署关键技术：控制面集中融合LTE切换信令融合控制面HSS/UDM位置上报信令MME大量切换NR覆盖范围小LTE融合控制面EMSMME大量切换NR覆盖范围小EMS融合用户面融合用户面CGLIPCF…融合控制面EPCGW-U融合组网，2/3/4/5G一张网支持N26接口的互操作方式：可以支持4/5G融合组网和平滑演进，以及业务的平滑迁移具备融合能力的节点：UPF具备PGW-U能力SMF具备PGW-C能力PCF具备PCRF能力UDM具备HSS能力互操作节点：MME&AMFMME与AMF之间支持N26进行互通不支持N26接口的互操作方式：通过HandoverAttach进行切换互操作节点：无假定MME不升级，AMF与MME之间没有接口，但实际部署容易影响业务连续性3GPP基于N26接口的互通支持基于N26接口的4/5G互操作与3/4G的S3互操作类似，建议新的节点支持N26和类似MME的S10接口的互操作融合用户面，支撑演进网络的业务连续性融合用户面（GW-U/UPF）LTENR双模终端5GSA终端IP锚点切换IP:1.1.1.1IP:1.1.1.1IP锚点EPCGW融合用户面确保多模终端业务连续数据业务连续4G5GPGWUPFInternet用户面锚点挑战统一用户面系统切换时保持互联网上唯一的IP地址运维简化4G5G融合用户面Internet用户面锚点挑战Internet①②节省切换信令融合控制面AMF/SMF/MME…HSS/UDM节省位置上报信令MMEN2融合控制面实现5G核心网最优体验切换切换5G5G4G覆盖S1融合控制面，优化网络信令信令精简优化融合控制面降低外部信令消耗增加切换成功率运维简化4G5GMMEAMFUDMHSS控制面流程挑战4G5G融合控制面UDMHSS控制面流程挑战4G核心网SCEF与5GNEF能力开放的演进与融合AMF/MMESMF/GW-CPCF/PCRFOSSSCEF/NEF(云化统一智能中心)OTT、企业、政府、个人QoS加速类API流量统付类API监控类APIRAN统付规则(L34/URI,SNI，标签)增加统付规则(L34/URI,SNI，标签)删除统付规则(L34/URI,SNI，标签)修改...QoS资源申请QoS资源修改QoS资源释放QoS状态事件通知…Lossofconnectivity(UE失联)UEReachability(UE可达)Locationreporting(UE位置)RoamingStatus(U漫游状态)CommunicationFailure(通信故障)ChangeofIMSI-IMEI(SV)Association(UE标识切换)AvailabilityafterDDNFailure(DDN故障后UE可达)…位置LCS类API立即位置查询延迟(UE可达和周期）位置查询…NEF能力开放的定义还在制定中，但3GPPCT3已经在考虑对NEF采用与SCEF统一的北向接口5G用户面5G控制面云化EPC（EPC+）节点融合升级到5GNGCGW-UMMESMF/GW-CGW-CUPF/GW-U/ULCL/BPNSSFAMF/MMENRFSCEF/NEFSCEFPCRFPCF/PCRFHSSHSS/UDM4G当前主要网络节点4/5GNGC主要网络节点5G新引入节点4G升级节点4G节点到5G节点可以平滑升级，通过合设和融合组网，优化网络结构和业务体验A省NRFNRFSCEF/NEFPCF/PCRFHSS/UDM融合控制AMFSMF/GW-CNSSFB省5G核心网控制面NF的部署和发现跨省服务发现跨省服务发现服务发现NRFSCEF/NEFPCF/PCRFHSS/UDM融合控制AMFSMF/GW-CNSSF服务发现跨国服务发现NRFZ国M国NSAvMMEPNF和VNF混合组POOL平滑引入NSAEPC+ONELTE共基站

统一规划ONECORE重用接口链路

容量统一规划用户平滑迁移切换信令防护统一管理运维NFV可靠性多业务阶段一NSA初期，NR少量部署，小范围覆盖vSGSN/vMME/vSGW大网NSAGGSN/PGW物联网GGSN/PGWNSASGWNSAMME重用HSS/PCRF/AAA等设备的接口链路无需S1等接口改造，无需新增Ga/S11/S6a等接口统一运维管理NR初期覆盖小，融合pool内一套MME融合接入，Pool间切换变成系统内切换，减少开销由于网间切换的不确定性，变动较大，实际非常难于单独评估VNF和PNF的容量融合Pool内，用户平滑迁移，传统设备随生命周期自然消亡网络构造简单对接调测简单运维方式简单稳定定位简单重用接口链路容量统一规划切换信令减少90%用户平滑迁移PCRFDRAHSS2/3/4/C-IOTNRNRNR同厂家组pool能做到无损Pool内用户迁移，对网元的操作用户不感知可靠性提升目录1EPC网关的C/U分离与5G核心网协同标准、产业及产品进展演进策略建议23MECISGLaunch2015/07Phase1StandardizationPhase2Standardization2014/122015Q3CUPSSI2016Q3CUPSSA2Freeze2016Q2CUPSWI2018Q2R15WISA3FreezeCCF,Slice,Programming2019Q4R15SA3Freeze3GPPR153GPPR14CUPSPublicpublishalltheMECGSKeytechnologies–basedWI(e.g.RNIS,Platform,Management)2017Q2CUPSStage3Freeze2016.23GPPR162015Q4R15SICCF,Slice,Programming2018R16SI2017Q22016Q22018Q2MEC是包含一系列商用场景的解决方案组合实现角度:MEC对CUPS有更细粒度管理的要求R15/R16为5G标准核心网CU架构演进的标准已经冻结，5G支持CU分离和MEC3gppRAN架构关键描述：网关的控制面和用户面分离：SGW拆分成SGW-C和SGW-U，PGW拆分成PGW-C和PGW-U；同时仍支持SGW/PGW合一场景，此时网关拆分为GW-C(SGW/PGW-C)和GW-U(SGW/PGW-U)；与现有网络兼容：CU分离后网关(GW-C+GW-U)的网元功能和外部业务接口无变化，无需改变周边网元（UE、RAN等），可以与现有网络各网元正常对接。GW-C集中部署：GW-C统一出信令接口连接周边设备，简化网络部署；GW-U分布部署：GW-U可贴近用户，部署到城域甚至更低，缩短业务访问路径，提升用户业务体验。SGW-UMMECGPCRFAAAInternet/IntranetOCSSGW-CPGW-UPGW-CSGW/SGSNPGWGn/S5/S8-CSGiS1-U/S12S1-CS11GyGxGi/S6bnon3gppRANnon3gppGWS2a/b-US2a/b-CGn/S5/S8-UGa/GzDHCP3GPP

4G标准CUPS介绍——网络架构信令接口数据接口5G基于UL-CL和IPv6multi-homing的边缘计算的架构3GPPTS23.501基于ULCL的用户面架构基于BranchingPoint的Multi-homed用户面ULCL根据目标地址进行分流；终端地址可以不变，减少应用层的交互；IPv6multihoming是根据源地址分流，终端对不同连接使用不同前缀，应用层负责业务连续性技术方案：本地内容访问（企业网）、本地业务分流（eMBB场景）、车联网等技术方案：应用场景：IPv6的Multi-homing，基于多IPv6地址前缀的业务连接和移动性支持，例如物联网，高可靠性专网连接等应用场景：对低时延业务来讲通过本地分流考虑满足移动性体验DNANUPFULCLUEUPFIPanchorLocalNetwork1ANUPFULCLUELocalNetwork2UPFIPanchorLocalNetworkDNANUPFULCLUEANUPFULCLUEMEC网关切换，内容服务器不变MEC网关切换，内容服务器改变

C/U分离架构5G的C/U演进5G融合CP5G融合UP5G融合UP（包含ULCL/BP）5G融合UP5G融合UP…GW-CGW-UGW-UGW-UMMEPCRFAAADHCP…优势:减少接口集中配置优势:统一策略与控制，部署更敏捷减少网络节点种类，成为融合的控制面和用户面MEC结合C/U分离架构支撑网络向5G平滑演进边缘GW步骤3：核心网C/U重构步骤2:网关C/U分离重构EPCGWMMEPCRFAAADHCP…边缘GW接入城域核心

移动边缘计算MEC优势:用户体验提升提升传输效率步骤1:优化网关部署大众市场流量持续增长驱动CU分离的分层部署满足大带宽需求4/5G控制面专用用户面云化用户面（硬件加速）+2017~20182019.H2省级DC地市DC国内某运营商上半年流量增长3倍大众市场现状：全网流量爆发增长5G方案：CU分离软硬件支撑大带宽增长(Gbps)传统高性能硬件云化高性能标准与方案成熟边缘分流场景驱动MEC移动边缘计算技术逐步应用视频、手游加速QoS网络环境业务实时开通业务使能网络测速InternetMEC/5G边缘UP边缘应用使能3rdAPP媒体加速本地分流FW/NATTCP加速…计费/监听位置信息测量报告本地服务器vSCEF能力开放PCRF基于精准位置推送API网络架构华为MEC具备灵活、聚合、开放的边缘网络能力，可平滑向5G核心网演进APIUGW5GCPPCFSMFvSCEFAMF4G核心网5G核心网新建MEC：1）基于场景部署在基站、CRAN或汇聚环节点。如需计费功能，需通过特定接口对接现网UGW；2）MEC配置专用APN或L34分流白名单，开启计费等软件功能；3）根据业务需求，聚合平台集成对应APP功能。大网EPC改造：1）UGW升级到支持对接RGW的版本，与MEC配合支持本地分流、计费、监听数据上传等功能；网络建设根据业务场景部署在基站、CRAN及汇聚节点2023/9/14FBMC调研SoutheastUniversity2023/9/14大纲FBMC发展历史FBMC的研究现状FBMC的热门研究点参考文献2023/9/14OFDM的缺点OFDM载波之间是相互正交的，这种正交性有效的抵抗了窄带干扰和频率选择性衰落。OFDM技术也存在很多不足之处。比如，OFDM系统的滤波方式为矩形窗滤波，并且在信号中插入循环前缀（CyclicPrefix，CP）以对抗多径衰落[2]，这带来了无线资源的浪费以及数据传输速度受损等缺陷。此外,由于OFDM技术采用了方波作为基带波形,载波旁瓣较大,从而在各载波同步不能严格保证的情况下使得相邻载波之间的干扰比较严重[2]。OFDM旁瓣较高的危害很多，主要有以下几个方面：较高的旁瓣会严重影响系统的频谱感知精度和效率，因为旁瓣能量过大，因此当按传统的能量感知方法进行感知的时候，无法判断检测到的到底是有用信号还是旁瓣，这会造成误判等后果；而且一般而言通信系统中发送的信号能量有限，较高的旁瓣会占去主要信号的能量，导致能量的消耗和浪费；OFDM信号旁瓣过大会导致相邻子载波间的保护间隔变长，这会降低系统的频谱利用率和用户密度[1]。对载波频偏的敏感性高,具有较高的峰均比;另外,各子载波必须具有相同的带宽,各子载波之间必须保持同步,各子载波之间必须保持正交等,限制了频谱使用的灵活性.2023/9/14FBMC的发展在5G系统中，由于支撑高数据速率的需要，将可能需要高达1GHz的带宽。但在某些较低的频段，难以获得连续的宽带频谱资源，而在这些频段，某些无线传输系统，如电视系统中，存在一些未被使用的频谱资源(空白频谱)。但是，这些空白频谱的位置可能是不连续的，并且可用的带宽也不一定相同，采用OFDM技术难以实现对这些可用频谱的使用。灵活有效地利用这些空白的频谱，是5G系统设计的一个重要问题[2]。为了克服多径信道和高速宽带无线通信带来的频率选择性衰落，一个十分自然的想法就是在频域上划分成多个子带，使得每一个子信道上的频谱特性都近似平坦，同时使用多个相互独立的子带并行传输数据，这就有效的解决了延长符号周期和传输速率的矛盾。在接收机中利用子带之间的正交性或近似正交性来分离各自的信息，并且还可以在子带之间进行信号的频率分集，进一步增强通信的可靠性，这就是多载波调制的基本思想[6]。为了解决这些问题,基于滤波器组的多载波(FBMC，filter-bankbasedmulticarrier)实现方案被认为是解决以上问题的有效手段，被我国学者最早应用于国家863计划后3G试验系统中[2]。滤波器组技术起源于20世纪70年代，由Saltzberg，Chang，Weinstein和Bingha

等人提出，最初受制于实现上的复杂性并没有在业界受到重视[5]，主要应用在多速率采样，减少计算复杂度以及减少传输数据率和存储单元的要求，并在20世纪80年代开始受到关注，随着数字信号处理技术及集成电路的发展，尤其是快速傅立叶算法、大规模集成电路的出现，从90年代开始，多载波技术逐渐得到了大范围的应用。在几十年的发展过程中，滤波器组的研究经历了从基础理论分析到各种理论的丰富完善，发展到现在已经产生了多种滤波器组理论、结构和设计方法，其应用也从最初的语音处理扩展到通信信号处理、图像编码/压缩、自适应滤波、雷达信号处理、快速计算、系统辨识、噪声消除等许多领域[3]。2023/9/14滤波器组技术开始受到人们的关注时期是在1980年，Johnston提出了两通道正交镜像滤波器组(QuadratureMirrorFilter，QMF)。它可以完全消除混迭失真和相位失真，只存在微小的幅度失真。1986年，Smith和Bowell提出了共扼正交滤波器组。(ConjugateQuadratureMirrorFilter，CQF)，首次实现了完全重构。接着，Vaidyanathan在1987年引入了多相位((Polyphase)分解的方法对滤波器组进行分析和设计，极大的简化了滤波器组设计的思想，为滤波器组的实现提供了一种可靠的结构，同时也为格型滤波器组理论的发展打下了基础。1992年，KoilpillaiR.D提出了余弦调制(eosine-modulatedfilterbank，C璐B)的M带滤波器组，给出了完全重构条件，并用格型结构实现。这些工作不但极大的推动了滤波器组理论的研究，同时还为后续的深入研究提供了理论基础[3]。2023/9/14滤波器组多载波技术在20世纪90年代由不同的研究者从不同的角度进行分析和提出的，其中滤波多音调制、广义多载波等是基于多抽样率数字信号处理，从调制滤波器组的思路对该技术进行的分析，即发射机对串并变换后的多路信号，首先进行上插值，然后分别通过带通调制滤波器调制到不同的频带上，时域合成以后就构成宽带多载波信号，而接收机的处理是对应的逆过程，通过一组不同中心频率的带通滤波器得到对应子带的信号后再进行下抽样、解调输出。而非正交多载波、时频局部化多载波的理论基础是二维时频面上的框架理论[42-47]，它把发送和接收原型脉冲的时移和频移构成的网格看成是时频面上一组基函数。发射机就是把各个子带上的每个符号投影到二维时频网格，再进行信号综合得到宽带合成信号，接收端是对应的信号分析的逆过程，利用网格在时域和频域上的正交或近似正交特性，来解调输出[6]。因此无论实际的系统标准还是一些理论上讨论滤波器组性能分析、估计和均衡、同步都还是采用的能量归一化的平方根升余弦滤波器[6]。2023/9/142023/9/14在基于滤波器组的多载波技术中，存在分析滤波器组、综合滤波器组以及上下采样器。发送端通过综合滤波器组来实现多载波调制，接收端通过分析滤波器组来实现多载波解调。综合滤波器组和分析滤波器组由一组并行的成员滤波器构成，其中各个成员滤波器都是由原型滤波器经载波调制而得到的调制滤波器。在滤波器组中，一般存在三种失真：(1)混叠失真，这是由于分析滤波器组和综合滤波器组的频带不能完全分开及抽样频率不能满足奈奎斯特抽样定理所致；(2)幅度及相位失真，这两项失真来源于分析及综合滤波器组的频带在通带内不是全通函数，而其相频特性不具有线性相位所致；(3)对各子带信号作处理时(如编码)所产生的误差(如量化误差)。一般存在混叠失真的滤波器组是线性周期时变系统，而完全消除混叠失真的系统是线性时不变系统。如果滤波器组的输出是输入的纯延时，则称为完全重构系统(PerfeetReeonstruetion，PR)[3]。研究发展史该技术其本质上就是把一路宽带高速数据流通过串并变换转换为并行的多路相对低速的数据流，然后再对应调制到相互正交的多个子载波上，从而有效延长符号周期，降低多径带来的频率选择性衰落影响。OFDM作为多载波技术中的特例，相当于采用矩形脉冲做成型滤波，所以其对抗符号间干扰（ISI）有着先天的优势。但是在频域，其频谱可以看作是Sinc

函数在各个子载波频点上的保持相互正交的叠加，由于Sinc

函数旁瓣较大、衰减缓慢。当OFDM系统处于复杂移动条件下的快时变衰落信道中时，子载波间正交性被破坏不能得到保证，所以受载波间的干扰（ICI）影响十分严重，为了达到多载波技术对ISI和ICI干扰的折衷考虑，实现在时频双色散信道下的可靠通信，一些相关文献提出了采用非矩形脉冲子带成型的多载波，如Kozek，Haas，Bölcskei，Matz，F.M.Han等提出的非正交多载波和脉冲成型多载波，Cherubini，Assalini

等提出的滤波多音调制，高西奇、尤肖虎等提出的广义多载波等[5]。2023/9/14FBMC-OQAMOQAM调制：干扰系数都是实虚交替分布的，利用这个性质，将原先复数信号的实数部分和虚数部分分开处理，时间间隔为符号周期T/2。在干扰项为实数的单位块发送虚数部分，在干扰项为虚数的单位块发送实数部分，这样在接收端解调时，就可以通过实部和虚部的分别处理来去除干扰项，从而得到原始的发送信号，调制框图如下[14]。2023/9/14FBMC系统基本框架和普通FFT滤波器组相比，发送端IFFT之前增加了OQAM预处理模块，对复数信号进行了实部和虚部分离；在IFFT之后增加了多相结构PPN模块，实现了频域的扩展，接收端也有对应的操作。IFFT和PPN(PolyPhaseNetwork-多项滤波器组)称为综合滤波器组(SynthesisFilterBank，SFB)，对应的接收端FFT和PPN称为分析滤波器组(AnalysisFilterBank，AFB)。此框架可以实现基本的基于FBMC的多载波调制解调功能[14]。多相滤波器组的方法是从时域的角度出发,保持FFT位数为M不变,通过在时域上做些额外的处理来实现原型滤波器的实现[14]。2023/9/14多项滤波器组2023/9/14发送端滤波器组发送端PPN的实现：2023/9/142023/9/14FBMC的研究点FBMC-OQAM降低峰均比（PAPR）FBMC-OQAM可以保持和FFT滤波器组相同的码率国内外研究现状一类是通过信号无失真技术来降低OFDM信号的峰均功率比，这一类的代表性方法有部分传输序列法以及选择性映射法（SelectiveMapping，SLM）。另一类是通过信号有失真技术来降低OFDM信号的峰均功率比，其中比较著名的方法有剪切法（Clipping），压扩法（Companding），多音预留法，剪波加滤波法（ClippingandFiltering）以及星座扩展法（ActiveConstellationExtension，ACE）。并且以这些方法为基础延伸出来的分支和改进的方法也很多。目前已有的文献中，关于降低FBMC-OQAM信号PAPR的文章和方法都非常少。常见的有：Alexandre

Skrzypczak

等人套用了OFDM系统中的SLM方法并提出了OSLM（OverlappedSLM）方法来降低FBMC-OQAM信号的PAPR；Alexandre

Skrzypczak

等人分析了FBMC-OQAM信号的互补累积函数（ComplementaryCumulativeDistributionFunction，CCDF）并将理论分析结果与实际仿真结果进行了对比；M.Usman

Rahim

等人对剪切法进行了分析，通过分析发现剪切法会明显影响到FBMC-OQAM信号的旁瓣，虽然降低了PAPR，但对FBMC-OQAM信号的其它性能会有很大的影响。Zs.Kolar

等人用迭代剪切的方法降低FBMC信号的PAPR。这些研究和分析中主要都是对FBMC-OQAM系统特点的分析，实质性的可以降低FBMC-OQAM信号PAPR的方法却不多。文献1数据块联合优化（Multi-Block-Joint-Optimization，MBJO）的架构，并基于该架构提出了一个改进的部分传输序列（PartialTransmissionSequence，PTS）方法来降低FBMC-OQAM信号的PAPR。优化算法：（1）基于动态规划（DynamicProgramming，DP）的算法；（2）用载波预留（ToneReservation，TR）的方法降低FBMC-OQAM信号的PAPR。2023/9/14基于训练序列的FBMC系统符号定时同步改进算法由于FBMC存在着时域上符号之间的重叠，其符号同步实现起来较复杂[4]。为了提高传统滤波器组多载波(FBMC）

系统符号定时同步算法的精确度，提出了一种新的基于训练序列的符号定时估计算法。该算法考虑了噪声因素对定时性能的影响，通过对训练符号重复延迟特性的分析，运用最小二乘法实现了较高精度的同步定时估计[4]。研究现状针对这一问题，近年来提出了一些解决方案。Fusco等人提出盲同步定时估计，但是该方法适用于非弥散信道且需要大量的数据符号；Tonello等人将Schmidl等人算法应用到FBMC系统中，通过传输一组具有重复冗余的训练序列实现定时估计，该方法的定时不确定性较大；Fusco等人改进了Tonello的定时度量函数，提高了定时估计的精确度;吴华等人在Fusco等人的基础上改进延迟相关处理的长度，得到了相对较好的性能[4]。2023/9/14滤波器组多载波系统载波同步和符号定时同步技术[6]由于影响的大小决定系统同步训练序列的选择、同步资源的开销和系统帧结构，因此有必要首先得到FBMC受同步偏差的量化分析[6]。一种基于成型脉冲滤波的FBMC系统高效快速实现算法。该算法先把多载波连续系统抽样得到离散化模型,然后对系统模型延时进行因果化处理，最后利用成型脉冲的有限截断长度和复指数函数的周期性简化离散模型并得到快速实现算法。该算法计算复杂度仅略大于OFDM中基于FFT的快速实现算法，并且可以灵活的选择滤波器截断长度和系统基带采样频率[6]。不过尽管FBMC的原型脉冲带来了复杂的符号间交叠，其具体的分析思路和分析工具和OFDM有所不同，但基本方向是一致的，即通过多载波基带等效模型，研究其同步偏差带来的加性干扰和有用信号之间的信干比以及通过仿真来比较同步偏差带来的误码率情况[6]。2023/9/14基于FBMC帧结构的同步算法，其中Fusco等提出了针对子带成型滤波器的盲同步算法，该类算法不需要额外的训练符号、频谱效率高，并在多径条件下也有较好的性能。但由于盲同步需要较长的同步锁定时间，较高的计算复杂度，因此难以在突发分组无线通信中应用[6]；文献[7]提出了针对FBMC帧结构的训练序列同步算法，该算法的基本思路就是通过传输一组相同训练符号，其中利用部分未受其他数据符号叠加影响的部分用于同步，该算法核心思想和OFDM中的同步一样，也是通过训练序列在FBMC的合成时域上构造延迟冗余，并利用这种延迟冗余特性采用延迟相关来实现符号同步和频偏估计。但没有较好考虑同步度量函数的鲁棒性，因此同步误差较大，并且构造的训练序列延迟间隔过大，大约为一个符号长度的10倍左右，导致频偏估计的范围非常小，大概不到一个子载波间隔的1/10，这在实际使用中限制太大。Fusco[8]在Tonello[9]的算法基础做了同步度量函数的改进，算法具有较好的符号同步性能和相应提高了频偏估计精度，并从理论上分析了该算法的克劳美农界，只是在构造的训练序列延迟间隔上没有改进，依然没有解决频偏估计范围的问题。2023/9/14文献4研究点：通过传输一组连续且相同的训练符号，在时域上构成延迟重复冗余，利用这种特性并考虑到噪声对定时精度的影响，提出了一种新的定时度量函数[4]。宽子带滤波器组多载波系统本文针对子带设计为宽子带，且子带进一步采用循环前缀结构分块的滤波器组多载波进行研究[5]。课题的提出及现状新一代无线传输系统的物理层技术要求就是要在较宽的有限的频带内提供稳定可靠的尽可能高的数据传输，并且尽可能在有限的频谱资源上提升频谱效率，即达到信道理论容量。OFDM技术由于其很强的抗多径能力及简单易行的DFT实现，便于与MIMO技术相结合，而得到广泛的重视和应用，成为4G热门的候选物理层技术之一。但OFDM也存在其自身的缺点[10～11]:如信号峰均比(PAPR)高，对时间和频率的同步要求很高，信号的带外辐射较高等。这些缺点使得OFDM系统并不适用于所有的通信系统。如当系统信道变化剧烈是一种强的双色散信道时，这时如果使用OFDM技术，系统误码率将非常高；而且对于目前一些新技术，如谱感知技术因为OFDM大的谱泄漏问题，使得应用起来效果并不理想[12～14]另外OFDM由于CP的使用，还存在谱效率降低的问题。基于此，有必要对一些OFDM系统不适用的场合，研究一些新的结构、传输技术，从而对OFDM系统形成辅助，或者在某些特定的专有网络进行应用，而宽子带滤波器组多载波系统正是在这种情况下提出来的[5]。文献[5]由于滤波器组多载波技术一般采用非矩形成型脉冲，它在提高子带间频域抗干扰的性能的同时，在时域上必然带来相邻符号间的拖尾叠加，这就使得基于OFDM多载波系统成熟的同步技术、均衡技术不能直接应用于FBMC几种多载波系统的调制和解调实现框架[5]①OFDM多载波系统、②滤波多音调制多载波系统、③脉冲成型多载波系统带宽度不同时，系统的同步、信道估计和均衡算法必然差别很大，窄子带的条件下，可以和OFDM一样把子载波看作是平衰落，因此均衡时同样可以用单抽头频域处理，对于窄子带系统，其分析与常规的FMT系统十分类似，关于信道估计、同步、实现等关键技术，目前已有较多的分析[5]。2023/9/14FBMC的信道估计和均衡技术[6]需要从收发滤波器和子带信号两方面来综合考虑，因为衰落信道不仅对子带上传输的数据信号造成影响，同时也破坏了收发滤波器之间的正交性[6]。其中Xiqi

Gao

等[10]在子带上提出一种双循环前缀时隙结构用于空时信道估计，两重循环前缀可以看着分别是对导频信号和数据信号降低ISI的保护，并且分别把各自的线性卷积转换为循环卷积，便于在频域上进行单载波均衡。由于FBMC的宽带合成信号符号间是拖尾叠加，无法像OFDM那样在宽带上添加CP，因此如果全在子带上处理，没有考虑收发脉冲之间的正交性和信道估计与均衡算法的关系，导致在衰落信道下性能较差[6]。文献[11-12]都是首先对FBMC宽带信号受衰落信道影响产生的ISI和ICI进行量化分析，从收发滤波器和子带信号两方面来考虑系统的均衡处理，其中Ihalainen[13]在宽带上提出了线性相位FIR滤波器作为幅度均衡器和全通滤波器作为相位均衡Benvenuto

等[57]在宽带上给出了同时针对收发滤波器和子带信号的等效信道估计，并在宽带信号上提出了反馈判决均衡器[6]。2023/9/14

FBMC中等效信道分析

FBMC系统的资源分配较OFDM更为灵活，这是由于该多载波技术既可以选择窄子带，如类似LTE中选择的子带宽度为15KHz，也可以像广义多载波那样选择子带宽度为1.28Mhz。子带宽度不同时，系统的均衡和信道估计算法必然差别很大，窄子带的条件下，可以和OFDM一样把子载波看作是平衰落，因此均衡时同样可以用单抽头频域处理，但如果是宽子带，就需要考虑子载波上频率选择性衰落影响[6]。滤波器组多载波受符号间拖尾叠加的影响无法直接应用FFT来实现调制和解调处理，因此要把FBMC推广到实际实现中，必须要解决其快速实现问题，得到一种计基于时频分析和基带多载波通信的理论基础，提出了一种基于成型脉冲滤波的FBMC系统高效快速实现算法。该算法先把多载波连续系统抽样得到离散化模型,然后对系统模型延时进行因果化处理，最后利用成型脉冲的有限截断长度和复指数函数的周期性简化离散模型并得到快速实现算法。该算法计算复杂度仅略大于CP-OFDM中基于FFT的快速实现算法，并且可以灵活的选择滤波器截断长度和系统基带采样频率。算和实现复杂度类似OFDM的快速算法。2023/9/14FBMC的基带调制和解调的基带模型应用场景基于滤波器多载波技术在认知无线电中的应用[3]认知无线电(eognitiveRadio,eR)是目前解决频谱资源稀缺和授权频段频谱利用率低等问题的关键技术最近有越来越多的学者开始关注基于滤波器组的多载波技术在认知无线电中的应用。Behrouz.F.B研究了滤波器组(FilterBanks)在频谱感知中的作用。Sheikh.F等人研究了基于DFT多相滤波器组(DFTFilterBallkS)在认知无线电中频谱感知与检测的应用汇18]。Tero.lhalaiene等人研究了在多用户接入的上行链路中FBMC的应用。文献的作者同时还研究了FBMc在无线通信中的信道均衡问