4G與5G網(wǎng)絡(luò)有哪些區(qū)別

成都億佰特

一、幀結(jié)構(gòu)比較​

4G和5G相同之處

• 幀和子幀長度均為：10ms和1ms。
• 最小調(diào)度單位資源：RB
  

4G和5G不同之處1)；子載波寬度

• 4G：固定為15kHz。
• 5G：多種選擇，15kHz、30kHz、60kHz、120kHz、240kHz，且一個(gè)5G幀中可以同時(shí)傳輸多種子載波帶寬。
  

2)； 最小調(diào)度單位時(shí)間

• 4G：TTI， 1毫秒；
• 5G：slot ，1/32毫秒~1毫秒，取決于子載波帶寬。
• 此外5G新增mini-slot，最少只占用2個(gè)符號。
  

3)；每子幀時(shí)隙數(shù)（符號數(shù)）

• 4G：每子幀2個(gè)時(shí)隙，普通CP，每時(shí)隙7個(gè)符號。
• 5G：取決于子載波帶寬，每子幀1-32個(gè)時(shí)隙，普通CP每時(shí)隙14個(gè)符號。
• 4G的調(diào)度單位是子幀（普通CP含14個(gè)符號）；5G調(diào)度單位是時(shí)隙（普通CP含14個(gè)符號）。
  

5G設(shè)計(jì)理念分析1)；時(shí)頻關(guān)系

• 基本原理：子載波寬度和符號長度之間是倒數(shù)關(guān)系，寬子載波短符號，窄子載波長符號；
• 表現(xiàn)：總帶寬固定時(shí)，時(shí)頻二維組成的RE資源數(shù)固定，不隨子載波帶寬變化，吞吐量也是一樣的。
  

2);減少時(shí)延

• 選擇寬子載波，符號長度變短，而5G調(diào)度固定為1個(gè)時(shí)隙（12/14個(gè)符號），調(diào)度時(shí)延變短。
• 當(dāng)選擇最大子載波帶寬時(shí)候，單次調(diào)度從1毫秒（15kHz）降低到了1/32毫秒（480kHz），更利于URLLC業(yè)務(wù)。
  

5G子載波帶寬比較1)；覆蓋：窄子載波好

• 業(yè)務(wù)、公共信道：小子載波帶寬，符號長度長，CP的長度就唱，抗多徑帶來的符號間的干擾能力強(qiáng)。
• 公共信道：例如PUCCH、PRACH需要在一個(gè)RB上傳完，小子載波每RB帶寬也小，上行功率密度高。
  

2)；開銷：窄子載波好

• 調(diào)度開銷：對于大載波帶寬，每幀中需要調(diào)度的slot單位會(huì)多，調(diào)度開銷增大。
  

3)；時(shí)延：寬子載波好

• 最小調(diào)度時(shí)延：大子載波帶寬，符號長度小，最小調(diào)度單位slot占用時(shí)間短，最短1/32毫秒。
  

4)；移動(dòng)性：寬子載波好

• 多普勒頻移忍受度：在頻移一定情況，大帶寬影響度小，子載波間干擾小。
  

5)；處理復(fù)雜度：寬子載波好

• FFT處理復(fù)雜度：例如15kHz時(shí)，優(yōu)于FFT多，設(shè)備只能支持到275個(gè)RB（50MKz）。
  

5G常用子載波帶寬1)；C-Band

• eMBB：當(dāng)前推薦使用30kHz。
• URLLC：寬子載波帶寬。
  

自包含

• 4G：單子幀要么只有下行，要么只有上行（特殊子幀除外），下行子幀傳完后，才傳上行子幀，3：1的比例下，下行發(fā)送開始3ms后，才開始發(fā)送上行反饋，時(shí)延比較大。
• 5G：在每個(gè)時(shí)隙里面都引入與數(shù)傳方向相反方向的控制信道，可以做到快速反饋降低（下行反饋時(shí)延和上行調(diào)度時(shí)延），例如30kHz時(shí)候，反饋可以做到0.5ms單位，其它大子載波帶寬，可以做到更小時(shí)延。
  

二、TDD的上下行配比1.TDD分析1)、優(yōu)勢

• 資源適配：按照網(wǎng)絡(luò)需求，調(diào)整上下行資源配比。
• 更好的支持BF：上下行同頻互異性，更好的支持BF。
  

2)、劣勢

• 需要GPS同步：需要嚴(yán)格的時(shí)間同步。
• 開銷：上下行轉(zhuǎn)換需要一個(gè)GAP，資源浪費(fèi)。
• 干擾：容易產(chǎn)生站間干擾，例如TDD比例不對齊，超遠(yuǎn)干擾等。
  

2.從TDD-LTE看5G

• TDD比例無創(chuàng)新：LTE和5G在TDD比例設(shè)計(jì)上都差不多，上下行比例可調(diào)。
• 動(dòng)態(tài)TDD短時(shí)間不太可能：同一張網(wǎng)絡(luò)只能一個(gè)TDD比例，否則存在嚴(yán)重的基站間干擾。
• TDD比例會(huì)收斂：從LTE看，初期也是定義了很多的TDD比例，但最終都收斂到了3：1的比例（下行與上行的資源配比），5G應(yīng)該也會(huì)如此。
• 同步：5G運(yùn)營商之間同步，NR與TDD-LTE之間同步。
  

三、信道：傳輸高層信息1. 公共信道1) ；下行
a)PCFICH,PHICH

• 4G：有此信道。
• 5G：刪除此信道，降低了時(shí)延要求。
  

b)PDCCH

• 4G：無專有解調(diào)導(dǎo)頻，不支持BF，不支持多用戶復(fù)用，覆蓋和容量差；PDCCH在頻域上散列，有頻選增益，但是前向兼容不好，例如GL動(dòng)態(tài)共享，需考慮PDCCH如何規(guī)避。
• 5G：有專有解調(diào)導(dǎo)頻（DMR）、支持BF、支持多用戶復(fù)用，覆蓋（9db增益）和容量好；PDCCH設(shè)置在特定的位置，前向兼容性強(qiáng)，想把其中部分頻段拿出來很簡單。
  

c)廣播信道

• 4G：頻域位置固定，放在帶寬中央，不支持BF。
• 5G：位置靈活可配，前向兼容性強(qiáng)，支持BF，覆蓋提升9db。
  

2)上行
a)PUCCH

• 4G：調(diào)度最小單位RB。
• 5G：調(diào)度最小單位符號，可以放在特殊子幀。
  

2.業(yè)務(wù)共信道1)下行PDSCH

• 4G：除LTE MM外無專有導(dǎo)頻，最高調(diào)制64QAM。
• 5G：有專有導(dǎo)頻，最高調(diào)制256QAM，效率提升33%。
  

2)上行PUSCH

• 4G：最高調(diào)制64QAM。
• 5G：最高調(diào)制256QAM，效率提升33%。
  

四、信號：輔助傳輸，無高層信息1.信號類型

• 4G：測量和解調(diào)都用共用的CRS（測量RSRP PMI RI.CQI測相位來解調(diào)），當(dāng)然LTE MM（MM：Massive Mimo，多天線技術(shù)，下同）有專有導(dǎo)頻與CRS共享。
• 5G：去掉CRS。新增CRI-RS（測量RSRP PMI RI CQI）,并支持BF；新增DMRS解調(diào)專用的DMRS（測量相位解調(diào)）并支持BF，所有信道都有專有的DMRS，12個(gè)端口的DMRS加上空間復(fù)用支持最大32流。
  

2. 對比1)；覆蓋

• 4G：CRS無BF，RSRP差。
• 5G：CRI-RS有BF（BF:Beam Forming，波束賦形，下同），相比LTE RSRP有9db覆蓋增益（10*log（8列陣子））。
  

2)；輕載干擾

• 4G：輕載干擾大。無BF，干擾大一些；時(shí)刻發(fā)送，即使空載也要在整個(gè)小區(qū)內(nèi)發(fā)送，對鄰區(qū)有干擾；小區(qū)間錯(cuò)位發(fā)送，即使空載無數(shù)傳也把鄰區(qū)的數(shù)據(jù)給干擾了。
• 5G：有BF且窄帶掃描，干擾小一些；可以只發(fā)送某個(gè)子帶，鄰區(qū)干擾小，無數(shù)傳的子帶不會(huì)干擾鄰區(qū)；鄰區(qū)間位置不錯(cuò)開，無對鄰區(qū)的數(shù)據(jù)RE干擾。
  

3)；容量a)；導(dǎo)頻開銷：差不多

• 4G：每RB中的CRS占16個(gè)RE，如果MM的話還有專有導(dǎo)頻RE 12個(gè)。
• 5G：每RB中的CSI-RS 2~4個(gè)RE，DMRS 12~24個(gè)RE。
  

b)；單用戶容量

• 4G：協(xié)議定義了2個(gè)端口的DMRS，因此MM的時(shí)候單用戶最高2流。
• 5G：定義了12個(gè)端口的DMRS，單用戶可以最高支持到協(xié)議規(guī)定的8流，當(dāng)然考慮到終端的尺寸限制，實(shí)現(xiàn)上估計(jì)最高也就在4流的樣子。
  

五、多址接入1. 峰值提升9%

• 4G：OFDM帶寬利用率90%，左右各留5%的帶亂作為保護(hù)帶。
• 5G：F-OFDM帶寬利用率98.3%(濾波器減少保護(hù)帶)。
  

2. 上行平均提升30%

• 4G：上行使用單載波技術(shù)。優(yōu)勢：因?yàn)镻APR低，發(fā)射功率高，在邊緣覆蓋好；劣勢：因?yàn)槭菃屋d波，單用戶數(shù)據(jù)必須在連續(xù)的RB上傳輸，容易造成RB數(shù)不夠傳輸一個(gè)用戶數(shù)據(jù)而浪費(fèi)；用戶配對是1對1的，如兩個(gè)用戶需要的資源不一樣大，就造成浪費(fèi)。
• 5G：使用單載波多載波自適應(yīng)。邊緣用戶使用單載波，覆蓋好；中近點(diǎn)用戶使用多載波，用戶可以1對多配對，用戶配對效率高，資源利用率高；用戶資源分配可以用不連續(xù)的RB資源，有頻選增益，以及可以完全利用零散的RB資源。
  

六、信道編碼

• 4G：業(yè)務(wù)信道Turbo，控制信道卷積碼、塊編碼以及重復(fù)編碼。
• 5G：LDPC碼-業(yè)務(wù)信道，大數(shù)據(jù)塊傳輸速率高，解調(diào)性能好，功耗低；Polar碼-控制信道，小數(shù)據(jù)塊傳輸，解調(diào)性能好，覆蓋提升1dB。
  

七、BF權(quán)值生成

• 4G：TM7/8終端：基于終端發(fā)射SRS，基站根據(jù)SRS計(jì)算權(quán)值；TM9終端（R10版本及以上）：終端發(fā)射SRS基站計(jì)算權(quán)值（中近點(diǎn)）與終端根據(jù)CRS計(jì)算PMI（遠(yuǎn)點(diǎn)）自適應(yīng)。
• 5G：終端發(fā)射SRS基站計(jì)算權(quán)值（中近點(diǎn)）與終端根據(jù)CRS計(jì)算PMI（遠(yuǎn)點(diǎn)）自適應(yīng)；SRS需要全帶寬發(fā)射，在邊緣的時(shí)候因收集功率有限，到達(dá)基站時(shí)候可能已經(jīng)無法識別了，而PMI制式一個(gè)index，只需要1~2個(gè)RB就可以發(fā)給基站了，覆蓋效果好。
  

八、上下行轉(zhuǎn)換

• 4G：每個(gè)幀（5ms/10ms）上下行轉(zhuǎn)換一次，時(shí)延大。
• 5G：更大的載波帶寬以及自包含時(shí)隙，實(shí)現(xiàn)快速反饋，時(shí)延小。
  

九、大帶寬

• 4G：最大支持20MHZ；
• 5G：最大支持100MHZ（C波段），400MHZ（毫米波）；
  

十、載波聚合

• 4G：8CC；
• 5G：16CC；
  

十 一、5G相比4G容量增強(qiáng)1. 下行
1)；MM：持平

• 5G最關(guān)鍵的技術(shù)，大幅度提升頻譜效率；LTE也有MM，從LTE經(jīng)驗(yàn)看，MM的頻譜效率大概是2T2R的5倍左右
  

2)；F-OFDM：提升9%

• 5G的帶寬利用率提升了9%；
  

3)；1024QAM：<5%

• 峰值提升25%；但是考慮到現(xiàn)網(wǎng)中很難進(jìn)入1024QAM，預(yù)估平均吞吐量增益小于5%；
  

4)；LDPC：不清楚

5)；更精確的反饋：20%~30%

• 終端SRS在終端四個(gè)天線輪發(fā)，基站獲取終端的全部4個(gè)信道的信息，而使單用戶多流以及多用戶之間的MIMO調(diào)度與協(xié)調(diào)更優(yōu)；SRS與PMI自適應(yīng)，在邊緣SRS不準(zhǔn)時(shí)，使用PMI是的BF效果相比LTE更優(yōu)。
  

6)；開銷：基本持平

• 5G在減少CRS的同時(shí)，其實(shí)是增加了CRI-RS和DMRS，較少和增加的開銷一致，不能說CRS free后，相對于LTE開銷減少了。CRS free其實(shí)是為了減少輕載時(shí)的干擾。
  

7) ；Slot聚合：10%

• 4G：每兩個(gè)slot都要發(fā)送DCI Grant信息。
• 5G：多個(gè)slot聚合，只發(fā)送一個(gè)DCI Grant信息，開銷小。
  

2. 上行
1)；MM：持平

2)；單、多載波自適應(yīng)：30%

• 用戶一對多不對齊配對，RB不連續(xù)分配；
  

3)；LDPC：未知


十二、5G相比4G覆蓋增強(qiáng)1.  下行
1)LDPC：未知
2)功率：2dB

• LTE功率120w，5G功率200W。
  

2. 上行
1)LDPC：未知
2) 上下行解耦：11dB+

十三、5G相比4G時(shí)延增強(qiáng)1. 短TTI

• 5G最短調(diào)度時(shí)長由LTE的1ms縮短到最短1/32毫秒。
  

2.自包含

• 把上下行反饋時(shí)長間隔縮短到單個(gè)slot里面，最短1/32毫秒內(nèi)。
  

3. 上行免授權(quán)

• 上行免授權(quán)接入，減少時(shí)延。
  

4. 搶占傳輸

• URLLC搶占資源。
  

5.導(dǎo)頻前置

• 終端處理DMRS需要一定的時(shí)間。
  

6. 迷你時(shí)隙

• 選取幾個(gè)符號作為傳輸調(diào)度單位，將調(diào)度時(shí)延進(jìn)一步壓縮。