第2章 5G与4G原理差异

Chapter 2

与4G相比，5G为了支撑eMBB、uRLLC和mMTC三大应用场景，在频段和带宽、空口帧结构、物理信道和信号、协议栈、QoS管理、功率控制以及调度等方面，4G与5G均存在差异。

1.频段和带宽

5G支持全频谱接入如图2-1所示，相较于4G仅支持低频，5G支持全频谱可接入，并且支持不同载波带宽。低于6GHz的频段，即Sub 6G频段（包含C-Band，即C波段），用于覆盖和容量。高于6GHz的频段，即Above6G频段，用于容量和回传。高低频协同组网，完美融合覆盖、容量与回传，实现价值建网。更高的频段意味着更高的路损，对于精准网络规划提出了更高的要求。采用射线跟踪传播模型，仿真射线的直射、反射和折射等多路径，可以得到更精准的仿真结果。

2.空口帧结构

5G的时域和频域配置更加灵活，空域增加“流”优化。5G采用和4G相同的OFDMA，空口资源的主要描述维度基本相同，频域上新增部分带宽（Band Width Part,BWP）,BWP为网络侧配置给UE的一段连续带宽资源，其应用场景包括：支持小带宽终端、支持不同的Numerology FDM（参数集）等。5G支持一系列Numerology FDM（主要是SCS子载波间隔不同），适应不同业务需求和信道特征，C-Band建议子载波间隔30kHz,28GHz建议120kHz。数据信道频域上基本调度单位是PRB或资源块组（Resource Block Group,RBG），控制信道基本调度单位为控制信道单元（Control Channel Element,CCE）。在5G中，最大支持2码字，增强了DMRS天线端口数，最大可支持12端口。5G空口帧结构如图2-2所示。

3.物理信道和信号

与4G相比，5G的下行物理信道去掉了物理HARQ指示信道（Physical HARQ Indicator Channel,PHICH）和物理控制格式指示信道（Physical Control Format Indicator Channel,PCFICH），参考信号去掉了CRS，新增PT-RS，增强了DMRS和CSI-RS作用。物理信道分为公共信道、控制信道和数据信道：公共信道包括同步信号（SS）、物理广播信道（PBCH）和物理随机接入信道（PRACH）；控制信道包括物理下行控制信道（PDCCH）和物理上行控制信道（PUCCH）；数据信道包括物理下行共享信道（PDSCH）和物理上行共享信道（PUSCH）。公共信道、控制信道和参考信号最终都是为传输和接收数据信道来服务的。灵活的物理信道和信号设计可以实现一切皆调度和可配置。5G物理信道和信号如图2-3所示。

4.协议栈

5G新增业务数据适配协议（Service Data Adaptation Protocol,SDAP）子层专用于QoS管理，具备两个作用：第一，根据配置，将各QoS Flow映射到无线承载上；第二，对上行和下行PDU的SDAP中打上服务质量流标识（QoS Flow ID,QFI）。CU/DU分离部署更灵活，支持协议栈高层和底层切分，对网络规划网络优化的影响待评估。5G协议栈如图2-4所示。

5.QoS管理

QoS管理分为两个阶段：第一阶段，在无线承载建立时，基于QoS特征，为每个无线承载配置不同的PDCP/RLC/MAC参数；第二阶段，在无线承载建立之后，上下行动态调度来保证QoS的特征及各承载速率的要求，同时兼顾系统容量最大化。SA协议架构5G 核心网下的QoS模型是基于QoS Flow的，业务保障更灵活。5G QoS管理如图2-5所示。

6.功率控制

4G PDSCH使用固定的功率分配，5G PDSCH支持CC内功率汇聚，功控增益更为明显，其他信道无明显差异。由于5G取消了CRS，基准功率指的是单通道每个资源元素（Resource Element,RE）上的功率（频率上一个子载波及时域上一个符号称为一个RE）。5G功率控制如图2-6所示。

7.调度

4G上行调度仅支持采用基于单载波变换扩展的波分复用波形（Discrete Fourier Transform Spread Orthogonal Frequency Division Multiplexing,DFT-S-OFDM）,5G支持DFT-S-OFDM和基于循环前缀的正交频分复用（Cyclic Prefixed Orthogonal Frequency Division Multiplexing,CP-OFDM）两种波形自适应，资源调度更灵活，其他调度算法无明显差异。