詳細對比4G與5G無線技術區(qū)別

一 幀結構比較?

1.4G和5G相同之處

幀和子幀長度：10ms、1ms。

幀的組成：子幀、時隙、符號。

最小調(diào)度單位資源：1個RB對，168個RE（12載波*14符號）。

2.4G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、480kHz，且一個5G幀中可以同事傳輸多種子載波帶寬。

2)最小調(diào)度單位時間

4G：TTI， 1毫秒，14個符號；

5G：slot ，1/32~1毫秒，取決于子載波帶寬，14個符號。

3)每子幀時隙數(shù)（符號數(shù)）

4G：每子幀2個時隙，每時隙7個符號。

5G：每子幀1-32個時隙，每時隙14個符號。

4G的調(diào)度單位是子幀（含14個符號）；5G調(diào)度單位是時隙（也含14個符號）。

3.5G設計理念分析

1)時頻關系

基本原理：子載波寬度和符號長度之間是倒數(shù)關系，寬子載波短符號，窄子載波長符號；

表現(xiàn)：總帶寬固定時，時頻二維組成的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)減少時延

ü選擇寬子載波，符號長度變短，而5G調(diào)度固定位1個時隙的14個符號，調(diào)度時延變短。

ü當選擇最大子載波帶寬時候，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。

4.5G子載波帶寬比較

1)覆蓋：窄子載波好

業(yè)務、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。

公共信道：例如PUCCH、PRACH需要在一個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單位會多，調(diào)度開銷增大。

3)時延：寬子載波好

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

4)移動性：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)處理復雜度：寬子載波好

FFT處理復雜度：例如15kHz時，優(yōu)于FFT多，設備只能支持到275個RB（50MKz）。

5.5G常用子載波帶寬

1)C-Band

eMBB：當前推薦使用30kHz。

URLLC：寬子載波帶寬。

6.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，時延比較大。

5G：在每個時隙里面都引入與數(shù)傳方向相反方向的控制信道，可以做到快速反饋降低（下行反饋時延和上行調(diào)度時延），例如30kHz時候，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：需要嚴格的時間同步。

開銷：上下行轉換需要一個GAP，資源浪費。

干擾：容易產(chǎn)生站間干擾，例如TDD比例不對齊，超遠干擾等。

2.從TDD-LTE看5G

TDD比例無創(chuàng)新：LTE和5G在TDD比例設計上都差不多，上下行比例可調(diào)。

動態(tài)TDD短時間不太可能：同一張網(wǎng)絡只能一個TDD比例，否則存在嚴重的基站間干擾。

TDD比例會收斂：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應該也會如此。

同步：5G運營商之間同步，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，降低了時延要求。

b)PDCCH

4G：無專有解調(diào)導頻，不支持BF，不支持多用戶復用，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動態(tài)共享，需考慮PDCCH如何規(guī)避。

5G：有專有解調(diào)導頻（DMR）、支持BF、支持多用戶復用，覆蓋（9db增益）和容量好；PDCCH設置在特定的位置，前向兼容性強，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，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)務共信道

1)下行PDSCH

4G：除LTE MM外無專有導頻，最高調(diào)制256QAM。

5G：有專有導頻，最高調(diào)制1024QAM，效率提升25%（1-10/8）。

2)上行PUSCH

4G：最高調(diào)制64QAM。

5G：最高調(diào)制256QAM，效率提升33%（1-8/6）。

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)），當然LTE MM（MM：Massive Mimo，多天線技術，下同）有專有導頻與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個端口的DMRS加上空間復用支持最大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；時刻發(fā)送，即使空載也要在整個小區(qū)內(nèi)發(fā)送，對鄰區(qū)有干擾；小區(qū)間錯位發(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)送某個子帶，鄰區(qū)干擾小，無數(shù)傳的子帶不會干擾鄰區(qū)；鄰區(qū)間位置不錯開，無對鄰區(qū)的數(shù)據(jù)RE干擾。

3)容量

a)導頻開銷：差不多

4G：每RB中的CRS占16個RE，如果MM的話還有專有導頻RE 12個。

5G：每RB中的CSI-RS 2~4個RE，DMRS 12~24個RE。

b)單用戶容量

4G：協(xié)議定義了2個端口的DMRS，因此MM的時候單用戶最高2流。

5G：定義了12個端口的DMRS，單用戶可以最高支持到協(xié)議規(guī)定的8流，當然考慮到終端的尺寸限制，實現(xiàn)上估計最高也就在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%的帶亂作為保護帶。

5G：F-OFDM帶寬利用率98.3%(濾波器減少保護帶)。

2.上行平均提升30%

4G：上行使用單載波技術。優(yōu)勢：因為PAPR低，發(fā)射功率高，在邊緣覆蓋好；劣勢：因為是單載波，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)不夠傳輸一個用戶數(shù)據(jù)而浪費；用戶配對是1對1的，如兩個用戶需要的資源不一樣大，就造成浪費。

5G：使用單載波多載波自適應。邊緣用戶使用單載波，覆蓋好；中近點用戶使用多載波，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：Turbo；

5G：LDPC碼-業(yè)務信道，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權值生成

4G：TM7/8終端：基于終端發(fā)射SRS，基站根據(jù)SRS計算權值；TM9終端（R10版本及以上）：終端發(fā)射SRS基站計算權值（中近點）與終端根據(jù)CRS計算PMI（遠點）自適應。

5G：終端發(fā)射SRS基站計算權值（中近點）與終端根據(jù)CRS計算PMI（遠點）自適應；SRS需要全帶寬發(fā)射，在邊緣的時候因收集功率有限，到達基站時候可能已經(jīng)無法識別了，而PMI制式一個index，只需要1~2個RB就可以發(fā)給基站了，覆蓋效果好。

八 上下行轉換

4G：每個幀（5ms）上下行轉換一次，時延大。

5G：自包含，每個子幀（1ms）都包含上下行兩部分，快速反饋，時延小。

九 大帶寬

4G：20MHZ；

5G：100MHZ（C-Band），400MHZ（MM Wave）；

十 載波聚合

4G：8CC；

5G：16CC；

十一 5G相比4G容量增強

1.下行

1)MM：持平

5G最關鍵的技術，大幅度提升頻譜效率；LTE也有MM，從LTE經(jīng)驗看，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)中很難進入1024QAM，預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在終端四個天線輪發(fā)，基站獲取終端的全部4個信道的信息，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，在邊緣SRS不準時，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，其實是增加了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其實是為了減少輕載時的干擾。

7)Slot聚合：10%

4G：每兩個slot都要發(fā)送DCI Grant信息。

5G：多個slot聚合，只發(fā)送一個DCI Grant信息，開銷小。

2.上行

1)MM：持平

2)單、多載波自適應：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

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時延增強

1.短TTI

5G最短調(diào)度時長由LTE的1ms縮短到最短1/32毫秒。

2.自包含

把上下行反饋時長間隔縮短到單個slot里面，最短1/32毫秒內(nèi)。

3.上行免授權

上行免授權接入，減少時延。

4.搶占傳輸

URLLC搶占資源。

5.導頻前置

終端處理DMRS需要一定的時間。

6.迷你時隙

選取幾個符號作為傳輸調(diào)度單位，將調(diào)度時延進一步壓縮。

編輯：黃飛

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