5G NR的灵活框架设计可以向上或向下扩展TTI(即使用更长或更短的TTI),依具体需求而变。除此之外,5G NR同样支持同一频率下以不同的TTI进行多路传输。比如,高Qos(服务质量)要求的移动宽带服务可以选择使用500 µs的TTI,而不是像LTE时代只能用标准TTI,同时,另一个对时延很敏感的服务可以用上更短的TTI,比如140 µs,而不是非得等到下一个子帧到来,也就是500 µs以后。也就是说上一次传输结束以后,两者可以同时开始,从而节省了等待时间。
★ 1.2.2 多载波技术改进
在OFDM系统中,各个子载波在时域相互正交,它们的频谱相互重叠,因而具有较高的频谱利用率。OFDM技术一般应用在无线系统的数据传输中,在OFDM系统中,由于无线信道的多径效应,从而使符号间产生干扰。
为了消除符号问干扰(ISI),在符号间插入保护间隔。插入保护间隔的一般方法是符号间置零,即发送第一个符号后停留一段时间(不发送任何信息),接下来再发送第二个符号。在OFDM系统中,这样虽然减弱或消除了符号间干扰,由于破坏了子载波间的正交性,从而导致了子载波之间的干扰(ICI)。因此,这种方法在OFDM系统中不能采用。在OFDM系统中,为了既可以消除ISI,又可以消除ICI,通常保护间隔是由CP(Cycle Prefix ,循环前缀来)充当。CP是系统开销,不传输有效数据,从而降低了频谱效率。
目前LTE里使用的CP-OFDM技术能很好的解决多径时延的问题,但是对相邻子带间的频偏和时偏比较敏感,这主要是由于该系统的频谱泄漏比较大,因此容易导致子带间干扰。目前LTE系统在频域上使用了保护间隔,但这样降低了频谱效率,同时也在一定程度上增加了时延,因此5G需要考虑一些新波形技术。目前的CP-OFDM在MTC、短促接入场景上会遇到挑战,极地时延业务;突发、短帧传输;低成本终端具有较大的频率偏差,对正交不利。在多个点协作通信场景,多个点信号发射和接收难度较大。
目前有一些候选的改进技术,3gpp会议上各公司提出来的新波形候选方案包括:加窗正交频分复用(CP-OFDM with WOLA)、移位的滤波器组多载波(FBMC-OQAM),滤波器组的正交频分复用(FB-OFDM)、通用滤波多载波(UFMC)、滤波器的正交频分复用(F-OFDM)和广义频分复用(GFDM)。这些技术都太专业,再此不表,有兴趣的同学可以用关键字搜索了解,多年没做这块了,理解起来也有些费劲,不过没关系,知道他是解决什么问题的就好了。
★ 1.2.3 网络切片
网络切片技术作为5G里至关重要的一项技术,极大的解放了运营商,深受运营商喜爱。传统的各种路由器都是硬交换,规则什么的都需要连网线提前配置好的,修改什么的非常不便,当然如果没有数据包按需处理的需求,这样其实也挺好,快速且稳定。但是随着差异化服务的需求越来越多,如何更快速高效的管理网络成了头疼的问题了,SDN的出现刚好解决了这个问题,软件定义网络(Software Defined Network,SDN)是由美国斯坦福大学CLean State课题研究组提出的一种新型网络创新架构,是网络虚拟化的一种实现方式。
进行SDN改造后,无需对网络中每个节点的路由器反复进行配置,网络中的设备本身就是自动化连通的。只需要在使用时定义好简单的网络规则即可。
SDN所做的事是将网络设备上的控制权分离出来,由集中的控制器管理,无须依赖底层网络设备(路由器、交换机、防火墙),屏蔽了来自底层网络设备的差异。而控制权是完全开放的,用户可以自定义任何想实现的网络路由和传输规则策略,从而更加灵活和智能。控制平面和数据平面分离,可以针对不同的数据包类型/来源配置不同的转发规则,从而对数据包区分不同的服务等级,进而产生了服务质量的区别。
有人对SDN做了一个形象生动的比喻,有助于帮助更好的理解SDN。
1.3 mMTC
先来看看mMTC的KPI,连接密度是1,000,000/km2,电池寿命是在MCL(最大耦合损耗)为164dB时工作10~15年,也就是说在信号很差的情况下仍然能工作10~15年(信号越差发射功率越大,越耗电),覆盖增强是要求在MCL=164dB时能提供160bps的速率,UE的复杂度和成本要求是非常低。
LTE-M,即LTE-Machine-to-Machine,是基于LTE演进的物联网技术,在3GPP R13中被称为LTE enhanced MTC (eMTC),旨在基于现有的LTE载波满足物联网设备需求。NB-IoT是NB-CIoT和NB-LTE的融合,国内主要推行的是NB-IoT技术。
两项技术有什么区别呢?如下图所示,两项技术各有优势,如果对语音、移动性、速率等有较高要求,则选择eMTC技术。相反,如果对这些方面要求不高,而对成本、覆盖等有更高要求,则可选择NB-IoT。
小区容量虽然都是5万个连接,但基本都使用了PSM和eDRX机制,这样设备大部分时间处于休眠,降低了与基站的信令交互,也间接的提升了小区容量。这种容量的提升,主要是以设备长时间休眠而带来的,可以看到NB-IoT的eDRX周期时间相比eMTC更长,所以对于下行数据的响应速度上会更慢。
这两种技术,针对不同类型的物联网技术各有优势,因此也有人说两项技术之间是互补的关系,并各自适用于不同的物联网使用场景。
- 第一类业务:水表、电表、燃气表、路灯、井盖、垃圾筒等行业/场景,具有静止、数据量很小、时延要求不高等特点,但对工作时长、设备成本、网络覆盖等有较严格的要求。针对此类业务,技术上NB-IoT更合适。
- 第二类业务:电梯、智能穿戴、物流跟踪等行业/场景,则对数据量、移动性、时延有一定的要求。针对这类业务,技术上eMTC则更胜一筹。
下面的图是3GPP关于5G时代将着手解决Massive和Critical问题,Massive即大容量物联网通信的问题,Critical包括高可靠低时延。标准还在持续演进,目前国内中国电信的NB-IoT建网速度是最快的,从我们线上使用的情况来看,也基本都能覆盖到我们的业务区域。