从局部到整体-5G系统观(vivo通信研究院)

VRvivo通信研究院张晨璐移动通信“系统观”（预览版）2商用在即•2019年3月中国移动5G测试套餐出炉，50元包5000G；•2019年1月，第三阶段测试结束，预示国内5G网络达到预商用水平；•2019年1月，vivo全球第一部搭载完整5G功能手机vivoAPEX发布•2018年12月，三大运营商5G频普分配方案终于落定。正式商用！•2019年6月6日，工信部正式向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电四家运营商发放5G商用牌照，这标志着中国正式进入5G商用元年；•2019年6月25日，中移动启动“中国移动5G+计划”；•2019年6月26日，vivo在上海MWC发布5G商用终端，以及助力5G的120W快充和AR眼镜。•2017年12月，中国电信公布成都、雄安、深圳、上海、苏州、兰州六个城市为5G规模试点城市。•2018年1月，中国联通在北京、天津、上海、深圳、杭州、南京、雄安7城市进行5G试验；•2018年2月，中国移动宣布武汉和杭州、上海、广州和苏州5G试验网五大城市，建设约100个5G基站；•2018年2月，vivo在MWC2018发布5GAPEX概念机。第一波刺激标准发布•2017年12月，3GPP完成了5G非独立组网（NSA）标准制定；•2018年6月，3GPP发布独立组网标准，是首个完整的5G国际标准。紧锣密鼓•2018年12月8日，中国移动发布了《5G终端产品白皮书》，提出了“5G网络领航计划”宣布全面启动17城市的5G规模试验和应用示范；•2018年9月20日，中国电信5G外场成功打通基于5G独立组网标准的端到端呼叫。5G来了！3虚拟现实/增强现实车联网/自动驾驶物联网大数据+AI5G是什么？5G+教育5G+医疗5G+能源5G+工业5G+智慧城市……4面从微观到宏观，了解移动通信系统发展历史、系统模型、架构与演进规律。系统观串讲不同“层”流程，将技术过程与用户行为关联，实现对5G系统的全面直观理解课程目标我的移动通信“系统观”点从底层到高层、从接入网到核心网，全面了解5G网络单点技术、信令和流程本PPT为人民邮电出版社出版的《从局部到整体：5G系统观》配套PPT的预览版本，完整版共计236页PPT。建议读者结合原版书籍，配合阅读效果更佳。购买书籍后可联系作者索取PPT完整版！书籍介绍请参考末页预览版601020304CONTENTS第一章：历史、演变与趋势第三章：能力核心-物理层第四章：控制大脑-高层第五章：创新基地-核心网05第二章：系统观-从生活到技术7第一章历史、演变与趋势目录8从一切靠“吼”的古代通信，到利用电缆实现的有线通信，再到通过无线电波传播的移动通信……，通信技术是如何一步步走来的？过去从“过去”我们看到了什么？速度、容量还是通信技术未来发展的最重驱动力吗？如果不是，那还会是什么？未来9从5G的爸爸、爸爸的爸爸聊起TEXT2古代通信近代通信现代通信1875年，贝尔发明电话机1843年，贝思发明传真摩尔发明电报代表：烽火传讯、信鸽传书、击鼓传声、风筝传讯、天灯、良马日行千里效率：10bit/天？代表：电报、有线电话、无线电广播效率：xxbit/s~xxkbit/s代表：AMPS、GSM、WCDMA、LTE、5GNR效率：xxkbit/s~xxGbit/s什么驱动着通信技术的发展？10电的时代？？？？无线时代一切靠“吼”的时代在基础科学还未启蒙的年代，信息只能靠原始的形式低效的传递。随着物理学、数学等基础学科的发展，人们对无线通信技术赋予了更多的期望。？？？？电磁辐射理论和电磁感应理论的发展使得通信插上了电的翅膀。通信发展的基石与驱动力速度容量的追求基础学科的进步基础学科的进步是通信技术进步发展的基石！对速度和容量的追求是通信技术发展的最大驱动力！启示11通信系统如何一路走来？12从纸筒电话谈起输入变换器信道输出变换器信宿信源噪声+干扰纸筒棉线纸筒耳朵嘴巴环境声通过“看得见摸得着”的固定媒介进行传输，保密性强；传输信道相对稳定，干扰小；收发端位置相对固定；部署成本高。有线通信的特点13调制解调输入变换器信道输出变换器信宿信源噪声+干扰编码译码信道输入变换器输出变换器信宿信源噪声+干扰调制解调升级后的通信系统想传输的更远更可靠，更高效采样分段采样分段采样分段信源编码信道编码物理信道射频发射压缩数据减少信源冗余，提高通信有效性人为增加冗余，提高数据传输可靠性原始模拟信号采样与量化14移动通面临的问题更多、更复杂！15骨干的现实-移动通信（1）多用户且资源受限引入导频进行信道估计；引入MCS应对传输能力变化；引入高层拆包组包组装合适的TB；信道不确定性信道传输能力可变引入各种多址方式提高频谱效率；引入随机接入机制提高系统容量；引入动态调度和资源分配机制；可管可控运营需求物理层、MAC层、RRC层、NAS层等信令体系；集中式的接入网、核心网控制节点；安全、鉴权和注册机制；核心网签约管理和策略功能；①②③16能耗受限业务多样性多样化的QoS引入RadioBeam、QoSflow以实现QoS区分控制；引入核心网网络切片等功能；引入接入网信道优先级机制；物理层各种灵活配置：多种UL\DL子帧配置、子载波间隔配置、BWP配置等；引入高层RRC多状态机制和DRX、DTX机制；引入BWP机制和PDCCH非连续监控；引入核心网MICO机制；引入功率控制机制；骨干的现实-移动通信（2）引入切换、位置管理、寻呼机制；引入移动性测量、上报机制；引入同步机制；移动特征位置与信号质量可变④⑤⑥175GRANUEUPFInternetAUSPNEFSMFPCFNRFUDMAFAMF5G核心网LTE核心网LTERAN“总线”NG-RANMMEUELTERANSGWPGWInternetHSSPCRFLTE核心网5G核心网物理层MAC层RLC层PDCP层SDAP层物理层MAC层RLC层PDCP层SDAP层物理层数据链路层IP层UDP层GTP-U物理层MAC层RLC层PDCP层RRC层NAS层物理层MAC层RLC层PDCP层RRC层物理层数据链路层IP层SCTP层NG-APNAS层AMF物理层数据链路层IP层UDP层GTP-U物理层数据链路层IP层SCTP层NG-APUEgNBInternetAUSPNEFSMFPCFNRFUDMAF“总线”用户面信令面UPFIP层IP层IP层……复杂的移动通信系统18调度MCS（编码、调制）映射信道特征系统整理与理解时域频域导频物理层RRC物理层RRC导频导频测量反馈反馈测量反馈gNB干扰数据数据L2L2调度算法结合信道特征、干扰特征、运用香农信息论等最新理论和技术，考虑频谱效率需求、设计目标，构建一个鲁棒的，高效率的，物理传输信道适配底层屏蔽底层配置与控制gNBUE提供基站的控制手段，实现各种高层功能，如连接管理、配置管理、测量管理、资源管理等。适配底层，提供合适的传输格式和传输块大小；屏蔽高层，实现QoSflows映射UPF核心网提供后台网络对接入网和用户的控制手段，实现上层功能，如位置管理、切换、寻呼与业务请求、会话管理等。19速度和容量是移动通信从1G到4G的绝对驱动力！201973年1991年2000年2008年2018年应用：模拟语音速率：？应用：数字语音+文字速率：数十~数百Kbps2G应用：多媒体+宽带速率：100M~1Gbps4G应用：V2X，VR/AR，AI速率：Gbps5G应用：多媒体速率：2~数十Mbps3G从1G到5G的蜕变！技术推动应用，应用影响生活！1G未来又会怎样？21从一切靠“吼”的古代通信，到利用电缆实现的有线通信，再到通过无线电波传播的移动通信……，通信技术是如何一步步走来的？过去从“过去”我们看到了什么？速度、容量还是通信技术未来发展的最重驱动力吗？如果不是，那还会是什么？未来22040305010206用户体验速率100Mbps甚至G级时延1毫秒级连接数密度1百万/Km2峰值速率20Gbps移动性500Km/h流量密度10Mbit/s/m2能耗成本效率10Mbps0.1Mbit/s/m21Gbps350Km/h10ms10万/Km25G关键性能指标（ITU-2015年）23网络架构的演变MMEUELTERANSGWPGWS5/S8InternetHSSPCRF5GRANUEUPFInternetAUSPNEFSMFPCFNRFUDMAFAMF5G核心网LTE核心网LTERAN“总线”NG-RAN4G网络架构5G网络架构用户面和控制面分离业务多样性能力增强基于服务的网络架构核心网和接入网解耦24核心网接入网解耦支持多种类型的接入网系统；接入网提供独立的接入能力；核心网提供统一的汇聚和编排能力；支持非3GPP系统。特征适用于短距离覆盖和室内覆盖场景适用于低速移动，高速连接场景相对低廉的部署和使用成本被广泛的应用和接纳我们的移动通信技术，也许并不适用于所有应用场景。而美好的未来，需要我们开放、包容。启示25用户面和控制面分离MME中会话管理相关控制面功能迁移到SMF中；PGW中策略管理等相关控制面功能迁移到SMF中；UPF独立承担用户面功能特征用户面由SGW和PGW组成，用户面部署不够灵活MME同时涉及移动性管理和会话管理控制面功能PGW同时具备用户面和控制面功能不利于实现SDN和NFV等技术移动通信系统特别是用户面向更加“专业”计算机网络发展，将有利于吸收和融合计算机网络新技术，并最终与之融合。启示26基于服务的网络架构传统网元拆分；网络功能服务自动化管理；网络通信路径优化；网元间通信机制优化特征传统网元网络功能网络功能服务1网络功能服务2NRFServicediscoveryMaintainstheNFprofileAUSPNEFSMFPCFNRFUDMAFAMFeNBSGWPGWPCRF节点2节点1节点3生产者消费者服务1服务2服务2+1服务2服务1传统网元功能大而全，导致硬件专用性强，成本昂贵传统网元间的信令/数据路径复杂，不利于降低处理时延传统网元间采用专用接口，兼容性和扩展性不强传统网元属于专用硬件，功能与硬件耦合，无法实现独立升级和演进传统的通信网络移动通信网络从“专用网络”向开放的网络发展。从“提供什么你用什么”向“你需要什么我提供什么”转变。启示27业务多样性能力增强支持基于QoSflow的服务质量体系；支持网络切片实现更具个性化的能力提供；提供针对物联网、车联网的专项优化技术。特征“一网多用”、“专网专用”的思路已经不再适用于差异化巨大的业务需求启示业务需求的差异扩大，从技术层面看，极限需求无法使用常规的方式满足。大而全的后台网络，不利于新业务的引入和编排，灵活性不够。采用专网的方式不利于资源利用率，大大增加了网络成本。28这些变化意味着什么？29驱动力无处不在！借鉴与融合垂直业务随着5G系统的商用，速度、容量等移动通信演进的传统动力已不再是技术发展的唯一的追求目标。实现真正意义上的无处不在的网络连接（万物连接）是移动通信系统追求的终极目标。随着技术和需求的发展，移动通信融合如AI等新兴技术成为再次点燃移动通信活力的契机。随着技术和需求的发展，移动通信作为基本能力，融入并助力其他行业成为移动通信未来发展的重要趋势和动力。统一与包容实现全球统一的技术标准是移动通信系统商用的基本需求。而接纳并融合多样化的接入网技术是移动通信发展的现实需要。移动通信的未来发展趋势移动通信未来发展趋势对“标准人”提出了更高的要求，也提供了更多可能！30回到技术本身移动通信系统到底是如何工作的？31第二章系统观：从生活到技术目录32用户行为很简单，但……中国移动vivo33开机玩手机移动初始接入过程业务发起过程移动性管理过程34稀缺资源“频谱”3.3GHz频段3.5GHz频段4.9GHz频段26GHz频段39GHz频段100MHz3.3GHz3.4GHz200MHz3.6GHz4.8GHz5GHz24.75GHz27.5GHz37GHz42.5GHzSub6GHzA