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5G通信系统基站参数指标

CMCC(中国移动)的5G商用网络采用3GPP 5G NR R15及随后的标准。本文将面向基站原型机,对相应的关键系统参数、性能要求、功能要求以及硬件需求等信息进行说明。

基站

CMCC对3.5GHz下的Poc系统性能和产品方案进行了定义。目前的阶段只考虑eMBB宏蜂窝场景,未来还会考虑其他基站类型和场景,如小基站等。


1 系统关键特性

1)工作频段:3.4-3.6GHz;

2)系统带宽:>= 100MHz;

3)下行单用户峰值谱频率:30bps/Hz;

4)上行单用户峰值谱效率:15bps/Hz;

5)下行单用户MIMO流数:8;

6)上行单用户MIMO流数:4;

7)下行MU-MIMO流数:大于等于16流;

8)上行MU-MIMO流数:大于等于8流;

9)用户峰值数据速率:


10)小区峰值数值速率:



11)小区平均数据速率:


12)小区边缘用户速率









13)切换性能:支持NR系统内无损切换,切换数据面中断时延为0ms;
14)控制面时延:从常规的空闲态,比如3GPP目前正在讨论的idle或者inactive状态,到发送第一个应用层的数据包的链路建立时延。要求<=20ms;
15)用户面时延:在无线空口上行/下行方向,从空口协议栈层2/3 SDU入口点到对端协议栈层2/3 SDU出口点,成功传输一个应用包/消息所用的时延。eMBB上下行均<=4ms;
16)往返时延:从一个UE发出的数据经过空口到基站的S1口,在S1口直接环回再经过一次空口到UE所用的时间。要求<=10ms;
17)移动性:UE支持最高500km/h的移动速度。

2 RAN架构
5G RAN应当支持独立NR部署,NR gNB可以独立工作,且和5GC(5G核心网)之间有连接,支持全部控制面特性。LTE和NR之间的交互连通可以通过5GC内部实现,或由EPC与5GC之间的接口来进行,这取决与LTE eNB是否连接到5GC。
5G独立部署时,gNB的逻辑体系采用CU-DU分离模式。基于协议栈功能的配置,CU-DU逻辑体系可以分为2种,即CU-DU分布架构和CU-DU融合架构。


1)CU-DU分布架构
分布架构中,NR协议栈的功能参数可以动态配置和分离。应支持理想和非理想的传输网络,以满足不同拆分选项的要求。CU和DU之间的接口应遵循3GPP NR规范。
2)CU-DU融合架构
CU和DU的逻辑功能被集成到一个gNB中,这个gNB实现了协议栈的所有功能。

3 功能需求

3.1 物理层

1)推荐系统参数


2)帧结构
支持统一的灵活TDD帧结构,上下行传输和周期可以灵活配置。
帧结构例1:



帧结构例2:


3)多路接入

下行:正交多址;

上行:正交多址(可选非正交多址技术)。

4)波形

下行:OFDM;

上行:OFDM和DFT-S-OFDM。

5)信道编码

上下行数据面信道:LDPC码;

上下行控制面信道:Polar码。

6)调制方式

下行:QPSK,16QAM,64QAM和256QAM;

上行:QPSK,16QAM,64QAM和256QAM。

7)初始接入和广播信道

基于波束扫描的同步信号和广播信道的传输。

基于同步信号和广播信道波束扫描的初始接入过程。

8)上/下行控制信道

下行控制面信道:支持下行控制信道传输带宽小于100MHz;

上行控制面信道:支持短时长和长时长UL控制信道。长时长UL控制信道长度可灵活分配为大于或等于1ms。

9)支持不同能力的UE

支持带宽小于等于100MHz的UE接入。

10)MIMO

下行:SU-MIMO的最大层数建议不小于9;MU-MIMO的最大层数建议不小于16;

上行:SU-MIMO的最大层数建议不小于4;MU-MIMO的最大层数建议不小于8.


3.2 L2/L3

NR协议栈的L2/L3逻辑功能支持NR系统内双连接、L1的过程控制、CP/UP分离、切换、快速接入以及智能业务感知等功能。

1)NR系统内双连接

支持多个空口连接,包括用户平面数据和控制平面信令,网络侧可根据信道质量进行协同调度和流量控制,例如在UDN场景中,两个小区同时服务一个用户,用户在每个小区中有一个单独的连接。

2)L1的过程控制

L1的过程控制通过RRC或MAC层进行,包括:灵活控制帧结构(如半静态帧结构);配置可变的TTI长度(如单时隙7或14个符号)。

3)CP/UP分离

一个UE的控制平面信令和用户平面分组可以通过不同的连接从不同的基站传送。

4)切换

支持数据无损切换和0ms中断时间。

5)智能业务感知

支持接入网与应用服务器交互动态配置空中接口资源,应用层获悉无线信道质量,RAN获悉业务特性信息,如RAN辅助调整TCP窗口和视频解码速率,关键视频帧的优先调度等。


4 硬件

4.1 基带

基带单元(BBU)负责基带信号处理,需要支持控制面和用户面所有协议功能,并需要扩展以支持高层协议分割。

每个BBU至少需要支持3个64通道下100MHz带宽小区的处理能力。同时要求每个小区的下行不低于4Gbps,上行吞吐量不低于700Mbps。

BBU需要支持GPS、北斗和IEEE 1588v2等三种方式。基站输出信号的载频频率误差必须在正负0.05ppm范围内。

为了支持垂直行业的应用,进行业务和服务的快速和灵活部署,5G NR需要支持端到端的网络切片。随 着CU/DU重新分割和NGFI(下一代前传网络接口)概念的引入,其部署位置和CU/DU的规格(form factor)应当与核心网的部署策略相一致。

CU/DU设备应当支持网络切片和多个网络功能的共同部署,尤其包括:无线协议相关的功能,如双连接、无缝切换、数据分配等;核心网功能迁移;统一开放平台,支持第三方边缘计算服务的部署;多个网络功能协同部署的安全隔离能力,即一个逻辑功能的失效效应应限制在其内部。

为了支持E2E切片能力,需要将管理和网络编排扩展到包含CU和DU的RAN区域,包括:支持使用统一的MANO框架创建E2E网络服务;支持使用同一语言编写的服务模板快速部署和创建无线服务;支持基于大数据分析的无线自动调整策略,具有随动态业务需求变化的网络资源按需分配能力;支持电信级故障和性能管理能力。

详细的CU/DU功能划分方案和设备的实现将在以后的实验中得到验证和确定。


4.2 射频单元

基站DL支持64通道发射,UL支持64通道接收。基站也应当支持更少的收发通道数,如32、16或8通道。

无线带宽为200MHz,频率为3.4~3.6GHz。有效信道带宽为100MHz,所有64天线的发射功率为200W。

有源天线单元的重量要求小于47kg,其迎风面积不大于0.6平米。


4.3 天线

天线需要支持3.4~3.6GHz,天线阵子数至少为128,如128或者192.水平方向支持16个天线阵列。广播信道(或者功能控制信道)可支持TDM或FDM模式的波束扫描。数据信道支持多波束发射,水平和垂直方向的波束扫描范围可以针对不同场景进行配置。

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