5G 進化史

5G的起源

ITU(International Telecommunication Union)采用3GPP提供的5G通信标準，定義可商業使用标準。 3GPP提供多種通信标準，但如果ITU未通過審查，3GPP定義的5G标準不能說是規範的5G通信标準，也不能實作商用化。 3GPP是發源于歐洲的标準化機構，随着各國的發展，各國開始參與制定标準化，3GPP的标準化在5G通信标準中所占的比重較大。 ITU-R是ITU-Radiocommunicationssector，是采用無線網絡标準的機構。 WRC是每3~4年舉辦一次的國際性大會。 WRC負責重新确定FR，并将技術轉化為全球标準。 部分FR可以在這裡被确定為IMT（國際移動通信）系統。 3GPP建議的标準化檔案儲存為Releases。 每個Releases都應比舊版本有改進或添加的地方。

ITU-R中也有WP5D的團隊。 WP5D與I區域标準化組織合作定義IMT，并保持IMT提案和報告的作用。 IMT定義了無線網絡(3G、4G、5G)的Radio interface specifications。 在每一代無線通信技術中，IMT負責配置設定接口資源。 例如IMT-2020建議為5G提供RITs（Radio Interface Technologies），為4G提供2個RITs，3G提供6個RITs。

無線網絡大緻可分為兩個部分。 一個是Radio Access Network，一個是Core Network。 縮寫為RAN和CN。 RAN是移動終端通過無線媒體向基站發送資料的過程，CN由營運商在基站和網際網路之間設定的高速有線網絡組成。 在4G中将RAN稱為LTE，将CN稱為EPC。 在5G中，RAN被稱為5GNR，CN稱為5GC。

在提及5G之前，也要對4G進行簡要的說明。 4G正在成為非常成熟的技術。 從發展史來看，4G也可以分為3個技術時代。 即LTE, LTE Adavanced, LTE Pro，可視為各自3.9G, 4G, 4.5G。 各自在Releases 8/10/13中提出。ITU定義了5G的3個應用領域。 那就是eMBB、URLLC、mMTC。 eMMB是最大的帶寬，傳輸速度非常快。 URLLC是地緣極低，支援reliable transmission。 mMTC是衆多IoT裝置可以同時接近網絡，并維持連接配接。 5G最初提議的标準化協定在Release 15中首次出現。

在5G發展初期，4G(LTE)仍然運轉良好。 5G無法為根據Backward Compatibility建立的基站為衆多動作的LTE裝置提供服務。 在初期，很多LTE基站為5G裝置提供服務。 即，5G裝置在接近5GNR後，通過EPC接近網際網路時，屬于NSA。 5G裝置在接近5GNR後，通過5GC接近網絡時采用SA方式。 SA于2018年6月完成，NSA于2017年11月完成。 在NSA，5G終端不能使用5G的所有功能，相反，在SA可以使用。

無線信道

無線頻道傳輸的媒介是空氣，如果空氣中有多種媒介，必然會使信号fading或發生變化。 其目的是，即使Rx接收變形的Tx信号，也能準确識别現有信号，使Tx和Rx最大程度保持一緻。 頻道的強度随着時間和頻率的變化而變化。 信号fading也可以分為大規模fading和小規模的fading。 大規模fading一般是因為path loss或shadowing，小規模fading一般是在無線頻道之間互相幹涉，變化的交易一般是15厘米。 基于從無線電通信到接收器的電磁輻射。 在真空狀态下，波長不會減少。 釋放的能量與距離成反比。 頻率越小，接收距離越大。 即電磁波可以傳播得更遠。換句話說，高頻廣播的傳播距離很短。 随着距離信号強度下降的現象叫做path loss。 将完全相同的波長疊加在一起，使振幅加倍，将完全相反的波長疊加在一起，使振幅變為零。是以，在城市環境中各種反射折射重疊時，信号偶爾會變強，但根據距離信号會變弱。 這種現象就是shadowing引起的fading。大規模fading滿足于lognormal shadowing。 즉 Random shadowing effect + average path loss = true path loss이다. 而且小規模fading主要受coherence time和conherence bandwidth的影響。 因為計算fading的函數需要數學研究，是以出現了很多關于fading的模型。 Rayleigh fading和Rician fading很相似，差異很明确。 Rayleigh fading是描述信号傳播規律的數學分布，适用于從發射器到接收器之間沒有強視距離（Line-of-sight）的情況。 如果說頻道有強視距離(LOS)，那麼頻道服從Rician分布，對應的頻道模型就是Rician fading channel。

編碼時身份越多，混合信号就越多，錯誤率就越低。 空間内的身份越多，錯誤率就越低，但從現實情況來看，由于電力及延遲等問題，不可能實作。 為此，理論上需要最大傳輸速度計算公式。 Shannon Capacity馬上就出來了。 N個信号的理論自由也是N。每碼所需的能量是根p。 N-QAM的N在這裡意味着N，可以包含在噪音口數或代碼數中。對上N吹台數，就能找到最大傳輸速度。 最大不重疊的噪音口數:r的N次方。

即使最大限度地尋找理論傳輸速度，在實際無線網絡中，基站和基站之間也會對警戒的部分裝置産生幹擾。 這種幹擾信号的出現會對Shannon Capacity産生一定的影響。接收噪音比是S/N，再加上幹涉就是S/(N+I)。N雖然無法回避實體條件，但I可以通過技術層面的改造，減少這一部分的影響，理論上完全消除I的影響。

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5G協定結構