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5G 发展路线和关键技术 LTE FDD UMB 802.16m LTE-A FDD UMB+ 802.16e IMT = IMT-2000 + IMT-Advanced HSPA+ HSPA WCDMA DO Rev B DO Rev 0 cdma20001X GSM GPRS/EDGE IS-95 cdmaOne 注： 彼此兼容 DO Rev A TD-LTE TD-LTE-A TD-HSPA+ TD-HSPA TD-SCDMA FDD TDD 3GPP IEEE 802.16 LTE-Advanced WirelessMAN-Advanced 后续演进标准化已停止， CDG 大力发展 CDMA 与 LTE 互操作标准，以确保向 LTE 平滑演进 移动通信标准演进 3GPP LTE 标准版本演进 3 Rel-8 SI Rel-8 WI 2005.03 2006.09 Rel-9 2009.03 2010.03 Rel-10 SI Rel-10 WI 2008.03 Rel-11 2012.12 2009.12 2011.03 Rel-12 Rel-13 2012.09 2014.09 LTE Rel-8/9 Rel-10/11 Rel-12/13 Rel-14/15 LTE-A 4G 5G 4.5G? 2005~2010 2008~2012 2012~2016 2016~2020 LTE-Hi 的标准化和应用 4 Macro 广域覆盖 Pico 区域覆盖 LTE-Hi 热点覆盖 全覆盖场景 3GHz以下频段 TD-LTE 宏蜂窝网定位 小型化 、低成本、低功耗 面向热点场景， 应对数据业务爆炸性增长趋势 针对高频热点技术创新 需求 3.4-3.6GHz 频段以及更高 LTE- Hi 为 LTE 打造多层次、多频段、全覆盖的移动宽带 网络 提升移动网络高速数据 业务支持能力 考虑后向兼容性， 与 宏 蜂窝融合组网 H otspot and I ndoor Hi gher frequency Hi gher bandwidth Hi gher performance Simplified Architecture Small Cell Coverage High Throughput LTE-V 研究与标准推动 5 已部署实施 部署实施 / 原型系统 传统 ITS 技术 匝道信号控制 出行信息系统 交通管控中心 Research 当前 ITS 方案 车辆 通信设备 基础设施 驾驶员 ITS 前沿技术 车路协同 综合汽车安全系统 IVBSS 出行 辅助系统 MSAA 一体化运输走廊管理系统 ICM 智能驾驶 电子认证收费 研究热点 车路协同 是未来 ITS 的核心 利用 LTE -V 支持 V2X 道路安全类 应用：技术和产业基础 ITS （ Intelligent Transport System ）：智能交通系统 6 LTE-U 主要是解决当前 网络速率、容量 跟用户设备对需求的矛盾，方案就是用 3gpp 的 LTE-A 载波 聚合（ Carrier Aggregation ） 方案 ，载波聚合的需求就是频谱，而授权的频谱不够用怎么办，那就用未授权的，所以在 R13 中提出了这个解决方案， 即使用授权的频谱作为主载波，使用非授权的 5G 频谱做为辅载波 ，达到载波聚合的效果，从而实现速率和容量的提升。 LTE-M  主要是针对 物联网 提出的另外一个解决方案，在 R12 提出，并会在 R13 中进一步完善，即 采用 LTE 的频谱，降低系统的复杂度 ，以适用于物联网的 低功耗、高延时、低性能 等特点。 LTE-U  (LTE-Unlicensed) 和  LTE-M （ LTE-Machine to Machine ）是 3gpp 针对现在面临的两个问题提出的两个解决方案 LTE-U （免许可频谱 LTE ） 7 利用免许可频谱（ unlicensed spectrum ）传送 LTE Always accompanied by a licensed carrier Carrier Aggregation / Supplemental Downlink Dual Connectivity in the future 主载波 总是使用许可频谱 FDD or TDD Control signalling, mobility, user data 副载波 使用非许可频谱 Best-effort user data in DL, and potentially UL 目前在 3GPP 提出的非授权 LTE 主要针对运营商市场，讨论集中于载波聚合授权频谱和非授权频谱的方案， 非授权频谱 不独立工作， 仅负责 容量提升 。 LTE 应用场景扩展 8 D2D 设备直通 低成本机器通信设备 D2D 广播通信 In network coverage 公共安全应用 D2D 广播通信 Partial network coverage 公共安全应用 Out of network coverage 公共安全应用 D2D 广播通信 D2D 发现信号 In network coverage 公共安全应用及商业应用 资源分配 ; 物理信道设计 ; 同步信号 ; 协议栈架构 U U U D D D D D 半双工 ~9% 单天线 ~27% 限制峰值速率 ~15% 1Mbps 10Mbps 新终端等级 LTE-M 移动通信与计算技术的代际演进 9 移动通信跨代 演进 大数据 众连接 场景体验 个人电脑 时代 始于 1980s 桌面互联网 时代 始于 1990s 移动互联网 时代 始于 2000s 可穿戴计算 时代 始于 2014+ 计算技术跨 代 演进 移动互联网和物联网是 5G 发展的主要驱动力 移动互联网和物联网在面向 2025 年最具商业影响力的技术中排名第一和第三 2000s 1990s 2020s 2010s 个人电脑 桌面互联网 移动互联网 物联网 语音 数据 独立设备 机器间通信 综合爱立信、 Cisco 、 GSMA 等多家公司结果，预测 2020 年全球 将 有 250 亿 联网 设备 10 移动互联网 物联网 身临其境 云 无处不在 万物互联 ITU ： 麦肯锡： 5G 的应用场景与能力需求 11 ITU 5G ： 3 类场景 增强移动宽带 (EMBB) ： 体验速率，峰值速率，频谱效率，流量密度 大容量物联网 (Massive MTC) ： 连接数目，低成本，设备功耗 低时延高可靠通信 (Critical MTC) ： 时延， 可靠性 其中，增强移动宽带场景分为广域覆盖和热点覆盖 eMBB MTC Enhanced Mobile Broadband Massive Machine Type Communications Ultra-reliable and Low Latency Communications 3D video, UHD screens Smart City Industry automation Gigabytes in a second Self Driving Car Augmented reality Smart Home/Building Work and play in the cloud Voice Mission critical application, e.g. e-health Future IMT METIS ： 3 个场景 IMT-2020 ： 2 类业务 4 个场景 5G 需求研究 12 Data rate vs Mobility 蜘蛛网系列 车头系列 韩国 韩国 日本 中国 爱立信 韩国 5G 需求指标建议 13 5G 数据 连接 用户体验 关键需求 1 ： 1000 倍流量， 密度 10Tbps/Km2 关键需求 2 ： 1000 亿连接， 密度 100 万 /Km2 关键需求 3 ： 10Gbps 峰值速率， 100M/1Gbps 用户体验， ms 级端到端时延， 99.999% 可靠性， 1/1000 比特成本， 1/1000 功耗 KPIs Traffic Density Connection Density Delay Mobility Energy Efficiency User Experience Data Rate Spectrum Efficiency Peak Data Rate ITU Value 10 Tbps/ Km 2 1M / Km 2 1ms (RTT for Radio Interface ) 500 km/h 100x (Network) [0.1~1]Gbps or 0.1Gbps+Description [2/3/5]x [10/20] Gbps 多种场景 , 多组指标 14 Ref: ITU-R M.[IMT.vision] ITU 5G 技术指标 5G 的技术路线和主要判断 15 重要观点： 1 ： 5G = 新空口 与 LTE 演进， LTE 演进低频段为主，长期存在； 2 ：新空口包括高频段与低频段，低频段新空口具有更优的设计和性能。 3 ： TDD 与 FDD 高度融合， TDD 会扮演重要角色。 4 ：新空口技术尽量统一，多场景多频段需求，可能是一个集合（ RITs ） 5 ：各种接入技术融合为 统一开放灵活 的网络，服务与整个 社会的信息化 下一代 WLAN LTE Enhancement 4G LTE R 8 R14 R 9 R15 R10 5G New RAT 新应用 / 新能力 新频谱 / 新场景 5G New RAT/RATs 演进 创新 创新 融合 其它 5G 标准化时间窗： 2016-2020 关键技术研究： 2012-2019 举行 5G Workshop 明确潜在频段 （ <6GHz ） 完成规范（功能冻结） 明确潜在频段 （ >6GHz ） 16 5G 标准化主要工作将于 2020 年完成 17 5G 概念：一组核心技术 5G 核心技术： 大规模天线 + 新型多址接入技术 提升频谱效率，构成确保“任何时间、任何地点”确保用户体验的关键技术 超密集 + 高频段 提升热点流量和传输速率，基于 LTE-Hi 演进技术的能力提升 低时延高可靠技术 拓展业务应用范围，为 5G 物联网场景应用的关键使能技术 5G 主要应用场景及关键技术 18 宏覆盖增强 超密集组网 M2M 增强 低时延高可靠通信场景 D2D 场景 典型应用场景 关键技术 大规模天线 非正交传输 高频段通信 全双工 超密集组网 先进编码调制 灵活双工 FBMC . . . 高频段通信 时延 室外用户体验速率提升至 100Mbps 热点地区用户体验速率提升至 1Gbps 空口： 1ms 端到端：毫秒级 连接 密度提升 10~100 倍 连接总量 提升 10-100 倍 用户体验速率 连接密度 / 连接能力 全球共识的 5G 基本能力 KPIs Traffic Density Connection Density Delay Mobility Energy Efficiency User Experience Data Rate Spectrum Efficiency Peak Data Rate ITU Value 10 Tbps/ Km 2 1M / Km 2 1ms (RTT for Radio Interface ) 500 km/h 100x (Network) [0.1~1]Gbps or 0.1Gbps+Description [2/3/5]x [10/20] Gbps More Scenarios, More Parameters 19 Ref: ITU-R M.[IMT.vision] ITU 5G KPIs IMT Spectrum Bands Examples Future Usage Legacy Bands 2G, 3G, 4G 900/1800MHz Re-farming for 5G 5G MTC Carriers WRC 15 bands 3-6GHz 700MHz 1.4GHz Core-Bands of 5G i n mid-term Wider Bandwidth ( >= 100MHz) for 100Mbps User Experience Data Rate WRC 19 bands 6-100GHz Potential Bands of 5G in long term Very Wide bandwidth (>=1GHz )for 10Gbps Data Rate 1GHz 3GHz 6GHz 10GHz 30GHz 100GHz WRC15 WRC19 450MHz WRC12&before 20 5G Spectrum 5G supports wide range spectrum access User Centric Network Structure with 3 Services Centers Localized Management & Transmission, Light Network Controlling Flexible and Intelligent Network: Backhaul, UE Capability, Network Topology Het-Net UDN U/C Separation Multi-RAT Dynamic Networking 21 5G Network Structure User-Centric Network Structure LTE Evolution 5G New RAT FDD RIT TDD RIT Common Features Both FDD and TDD RIT will be enhanced towards 5G requirements FDD and TDD have their own particular advantages. FDD and TDD will be tightly integrated. FDD Priority Features TDD Priority Features Beam Forming Wider Bands Higher Spectrum UDN High mobility Wide Coverage Massive Connection Low Latency 5G FDD TDD 22 TDD & FDD in 5G Channel Reciprocity Dynamic TDD Higher Spectrum Wider Bandwidth Sharing Bandwidth Massive MIMO Massive BF UL and DL imbalance Easy Duplexer Flexible Networking Heterogeneous D2D, MESH, Relay TDD Priority Future Trends Key Technologies Massive MIMO UDN mmwave PDMA Low delay high reliability Flexible spectrum sharing D2D …… Antenna Traffic Spectrum Network 23 Flexible Spectrum Usage 5G Key Technologies with TDD Priority TDD will play an important role in 5G 24 LTE Rel-8 LTE Rel-9 LTE Rel-10 LTE Rel-11~ DL MIMO Enhancement UL MIMO CoMP SU-MIMO MU-MIMO & Beamforming Dual-layer Beamforming Massive MIMO Concentrated macro cell Wireless backhaul Indoor/outdoor hotspot High-rise Deployment scenarios for Massive MIMO 5G Key Technologies with TDD Priority (1) Massive MIMO Massive MIMO is the most important technology in LTE evolution and 5G new RAT to increase spectrum efficiency. Throughput relative to 2Tx case Cell average Edge UE Massive MIMO results in significant gain in cell average & edge spectrum efficiency . Higher gain can be achieved for TDD system, taking the advantage of channel reciprocity. 3D-UMi 3D-UMa 48.9% 75.9% 128 Tx 256 Tx Codebook based extension TDD vs. FDD Gain in cell edge UE throughput over FDD 128 Ant: 104.3% 256 Ant: 137.0% 3D-UMa 25 5G Key Technologies with TDD Priority (1) Massive MIMO Deployment scenarios for ultra dense network street stadium Office Business district Advanced Joint Transmission campus Dense Resident district Advanced Interference Management User Centric Architecture Wireless Backhaul and SON Dynamic TDD 26 5G Key Technologies with TDD Priority (2) Ultra Dense Network (UDN) UDN is the most efficient way to enhance area throughput. 27 Interference coordination & interference management Joint networking with high & low frequency Enhanced Relay networking RRM on high frequency 5G Key Technologies with TDD Priority (3) mmWave Communication mmWave communication is targeted for very high data rate(Gbps) and area throughput(10Tbps/km2)in hotspot area. TDD is the dominant duplex mode for mmWave communication. 27 28 2014 2013 2012 2009 2010 2011 SIC Amenable Multiple-Access(SAMA) Pattern Division Multiple Access (PDMA ) SIC-amenable transmitter Design SIC based MU detection 28 Other Key Technologies (1)Pattern Division Multiple Access (PDMA) PDMA is an important technology for spectrum efficiency enhancement and system capacity promotion. 29 LTE-V LTE-V-Cell LTE-V-Direct Architecture for Centralized Network Architecture for Decentralized Network Local Lightweight Broadcast Slotted MAC:Flexible and Reliable Low delay network Low delay frame structure Other Key Technologies (2)Low Delay High Reliability LTE-V is TD-LTE based technology for vehicular communication solution . IMT use idle frequency by chance IMT use authorized spectrum by share PS database LTE use unlicensed spectrum (LTE-U ) Multiple RATs from multiple operators sharing spectrum 30 Other Key Technologies ( 3) Flexible Spectrum Sharing Flexible spectrum sharing is an important technology for optimal spectrum use.