フレーム構造比較
4G と 5G の類似点
フレームとサブフレームの長さは両方とも 10 ミリ秒と 1 ミリ秒です。
最小スケジューリング単位リソース: RB
4Gと5Gの違い
1); サブキャリア幅
4G ： 15kHz固定。
5G :複数のオプション、15kHz、30kHz、60kHz、120kHz、240kHz、および複数のサブキャリア帯域幅を 1 つの 5G フレームで同時に送信できます。
2); 最小スケジューリング単位時間
4G : TTI、1ms;
5G :スロット、1/32ms~1ms、サブキャリア帯域幅に依存します。
さらに、5G では、少なくとも 2 つのシンボルを占める新しいミニスロットが追加されます。
3); サブフレームあたりのスロット数（シンボル数）
4G :サブフレームあたり 2 スロット、共通 CP、スロットあたり 7 シンボル。
5G :サブキャリア帯域幅に応じて、サブフレームあたり 1 ～ 32 スロット、一般的な CP の場合はスロットあたり 14 シンボル。
4G のスケジューリング単位はサブフレーム (共通 CP には 14 シンボルが含まれます)、5G のスケジューリング単位はタイムスロット (共通 CP には 14 シンボルが含まれます) です。
5G設計コンセプト分析
1); 時間と周波数の関係
基本原理:サブキャリア幅とシンボル長の間には相互関係があり、広いサブキャリアは短いシンボル、狭いサブキャリアは長いシンボルになります。
性能：総帯域幅が固定されている場合、2次元の時間周波数から構成されるREリソースの数は固定されており、サブキャリア帯域幅によって変化せず、スループットは同じです。
2); 遅延を減らす
広いサブキャリアを選択するとシンボル長が短くなりますが、5G のスケジューリングは 1 スロット (12/14 シンボル) に固定され、スケジューリング遅延が短くなります。
最大のサブキャリア帯域幅が選択されると、単一のスケジューリングは 1 ミリ秒 (15kHz) から 1/32 ミリ秒 (480kHz) に短縮され、URLLC サービスにさらに役立ちます。
5G サブキャリア帯域幅の比較
1); カバレッジ: 狭いサブキャリアが良い
ビジネスおよびパブリック チャネル:サブキャリア帯域幅が小さく、シンボル長が長く、CP 長が歌う可能性があり、マルチパスによって引き起こされる強力なアンチシンボル干渉。
共通チャネル:たとえば、PUCCH と PRACH は 1 つの RB でアップロードする必要があり、小さなサブキャリアの RB あたりの帯域幅も小さく、上りリンク電力密度が高くなります。
2); オーバーヘッド: 狭いサブキャリアが良い
スケジューリング オーバーヘッド:キャリア帯域幅が大きい場合、各フレームでより多くのスロット ユニットをスケジュールする必要があり、スケジューリング オーバーヘッドが増加します。
3); レイテンシ: 広いサブキャリアが良い
最小スケジューリング遅延:サブキャリア帯域幅が大きく、シンボル長が短く、最小スケジューリング ユニット スロットの占有時間が短く、最短は 1/32 ミリ秒です。
4); モビリティ: 広いサブキャリアが良い
ドップラー周波数シフト耐性:特定の周波数シフトの場合、広い帯域幅の影響は小さく、サブキャリア間の干渉は小さくなります。
5); 処理の複雑さ: 広いサブキャリアが良い
FFT処理の複雑さ:たとえば、15kHz では FFT よりもはるかに優れていますが、デバイスは 275 RB (50MKz) しかサポートできません。
5G共通サブキャリア帯域幅
1)；Cバンド
eMBB :現時点では 30kHz が推奨されています。
URLLC :広いサブキャリア帯域幅。
自己完結型:
4G :単一のサブフレームは下りリンクのみまたは上りリンクのみ(特殊サブフレームを除く)、下りリンクサブフレーム送信後、上りサブフレームを送信、3:1の比率で下りリンク送信開始3ms後に上りフィードバックを送信遅延は比較的大きいです。
5G :各タイムスロットにデータ伝送方向と逆の制御チャネルを導入し、高速なフィードバック低減(下りフィードバック遅延、上りスケジューリング遅延)を実現可能、例えば30kHzでは0.5ms単位でフィードバックを実現可能, 他の大きなサブキャリア帯域幅では、より小さな遅延を実現できます。
TDD アップリンクとダウンリンクの比率
1. TDD分析
1)、利点
リソース適応: ネットワーク要件に応じてアップリンクとダウンリンクのリソースの比率を調整します。
BF のサポートの向上: アップリンクとダウンリンクの同じ周波数の相互非類似性、BF のサポートの向上。
2)、デメリット
GPS 同期が必要: 厳密な時刻同期が必要です。
オーバーヘッド: アップリンクとダウンリンクの変換には GAP が必要ですが、これはリソースの無駄です。
干渉：TDD比のずれや超遠方干渉などの局間干渉が発生しやすい。
2. TDD-LTEから5Gを見る
TDD 比には革新はありません。LTE と 5G は TDD 比設計において類似しており、アップリンクとダウンリンクの比は調整可能です。
動的 TDD は短期間では不可能です。同じネットワークは 1 つの TDD 比のみを持つことができます。そうでないと、基地局間で深刻な干渉が発生します。
TDD 比は収束する: LTE の観点から見ると、当初は多くの TDD 比が定義されていましたが、それらはすべて 3:1 の比 (ダウンリンクとアップリンクのリソースの比) に収束し、5G も同じになるはずです。
同期: 5G 事業者間の同期、NR と TDD-LTE 間の同期。
チャネル: 高レベルの情報を送信します
1. パブリックチャンネル
1) ; ダウンリンク
a) PCFICH、PHICH
4G :このチャンネルがあります。
5G :このチャネルは、遅延要件を軽減するために削除されます。
b) PDCCH
4G :独自の復調パイロットなし、BF のサポートなし、マルチユーザー多重化のサポートなし、カバレッジと容量が不十分、PDCCH は周波数領域でハッシュされ、周波数選択ゲインが使用されますが、GL 動的共有などの前方互換性は良好ではありません、PDCCHを回避する方法を検討する必要があります。
5G :独自の復調パイロット (DMR) があり、BF をサポートし、マルチユーザー多重化をサポートし、良好なカバレッジ (9db ゲイン) と容量をサポートします。PDCCH は特定の場所に設定され、強力な前方互換性があります。周波数の一部を使用したいバンド カミングアウトは簡単です。
c)放送チャンネル
4G :周波数領域の位置は固定され、帯域幅の中央に配置され、BF はサポートされません。
5G :場所は柔軟で構成可能で、強力な前方互換性があり、BF がサポートされ、カバレッジが 9db 増加します。
2) アップリンク
a)プッチ
4G : RB、スケジューリングの最小単位。
5G :スケジューリングの最小単位のシンボルを特別なサブフレームに配置できます。
2. ビジネス共通チャネル
1) ダウンリンク PDSCH
4G : LTE MM を除き独自のパイロットはなく、最高の変調は 64QAM です。
5G :独自のパイロットがあり、最高変調は 256QAM で、効率は 33% 向上します。
2) アップリンク PUSCH
4G :最高変調は 64QAM です。
5G :最高変調は 256QAM で、効率は 33% 向上します。
信号: 補助送信、高レベル情報なし
1. 信号の種類
4G ：測定と復調の両方で共有CRSを使用（RSRP PMI RI.CQIを測定して位相を測定して復調）、もちろんLTE MM（MM：Massive Mimo、マルチアンテナ技術、以下同じ）には専用パイロットとCRS共有があります。
5G : CRS を削除します。CRI-RS (RSRP PMI RI CQI の測定) を追加し、BF をサポート、DMRS 復調専用の DMRS (位相復調を測定) を追加し、BF をサポート、すべてのチャネルに専用の DMRS、DMRS と 12 ポートがある 上位空間多重化は最大 32 ストリームをサポート。
2. 比較する
1); オーバーライド
4G : CRS には BF がなく、RSRP が不十分です。
5G ： CRI-RSにはBF（BF：Beam Forming、ビームフォーミング、以下同じ）があり、LTE RSRPと比較して9dbのカバレッジゲイン（10*log（8アレイ））があります。
2); 軽負荷干渉
4G :軽負荷時に干渉が大きくなります。BF がないと干渉は大きくなります。常時送信すると、負荷がなくてもセル全体に送信されるため、隣接するセルに干渉します。セル間で送信がずれると、負荷があったとしても、負荷も送信もない場合、隣接するセルのデータに干渉します。
5G : BF と狭帯域スキャンにより、干渉が少なくなります; 特定のサブバンドのみを送信でき、隣接セルの干渉が小さく、送信しないサブバンドは隣接セルに干渉しません; 隣接間隔の位置は分離されません、隣接セルへのデータ RE 干渉はありません。
3); 容量
a);パイロットのオーバーヘッド: ほぼ
4G :各 RB の CRS は 16 RE を占有し、MM の場合は 12 の専用パイロット RE があります。
5G :各 RB の CSI-RS に 2 ～ 4 RE、DMRS に 12 ～ 24 RE。
b);シングルユーザー容量
4G :プロトコルは 2 つのポートを持つ DMRS を定義しているため、1 人のユーザーは MM 中に最大 2 つのストリームを持つことができます。
5G : 12 ポートの DMRS が定義されており、1 ユーザーはプロトコルで規定されている最大 8 ストリームをサポートできますが、もちろん、端末のサイズ制限を考慮すると、最大実装は 4 ストリームのみであると推定されます。
マルチアクセス
1. ピーク値が9%増加します
4G : OFDM 帯域幅使用率は 90% で、左右の帯域の 5% が保護帯域として予約されます。
5G : F-OFDM 帯域幅利用率は 98.3% (フィルターによりガードバンドが削減されます)。
2. アップリンクの平均 30% の増加
4G :アップリンクはシングルキャリア技術を使用します。利点: 低い PAPR、高い送信電力、エッジでの良好なカバレッジ; 欠点: シングルキャリアであるため、単一ユーザーのデータは連続した RB で送信する必要があり、1 人のユーザーのデータを送信するために RB の数を無駄にしやすいデータ; ユーザーのペアリングは 1 ペア 1 ですが、2 人のユーザーが必要とするリソースのサイズが同じでない場合、無駄が発生します。
5G :シングルキャリアマルチキャリアアダプテーションを使用します。エッジ ユーザーは良好なカバレッジを持つ単一キャリアを使用します。中間および近点ユーザーは複数のキャリアを使用し、ユーザー ペアリング効率とリソース利用率が高く、ユーザーは 1 対多でペアリングできます。ユーザー リソース割り当てでは不連続な RB リソースを使用できます。周波数選択ゲインを備え、断片化された RB リソースを最大限に活用できます。
チャネルコーディング
4G : トラフィック チャネル ターボ、制御チャネル畳み込み符号、ブロック符号化、および反復符号化。
5G :LDPC コード - ビジネス チャネル、大きなデータ ブロックの高い伝送速度、優れた復調パフォーマンス、低消費電力; Polar コード - 制御チャネル、小さなデータ ブロックの送信、優れた復調パフォーマンス、カバレージが 1dB 増加。
BF 重みの生成
4G: TM7/8 端末: SRS を送信する端末に基づいて、基地局が SRS に基づいて重み値を計算します; TM9 端末 (R10 バージョン以降): 端末が SRS 基地局を送信して重み値 (近距離ポイント) を計算します）および端末は、CRS適応に基づいてPMI（遠点）を計算します。
5G:端末は SRS 基地局に送信して重み (中間点および近点) を計算し、端末は CRS 自己適応に基づいて PMI (遠点) を計算します。SRS は全帯域幅の送信が必要であり、収集電力が限られているため、エッジでは、基地局に到達しても認識されない可能性があり、PMI 標準のインデックスは 1 ～ 2 RB だけで基地局に送信でき、カバレッジ効果は良好です。
ダウンリンク変換
4G：各フレーム（5ms/10ms）を上り下り1回ずつ変換するため、遅延が大きくなります。
5G:高速フィードバックと低遅延を実現する、より大きなキャリア帯域幅と内蔵型タイムスロット。
広い帯域幅
4G:最大サポート 20MHZ;
5G：最大サポート100MHZ（Cバンド）、400MHZ（ミリ波）。
キャリアアグリゲーション
4G： 8CC；
5G： 16CC；
5Gは4Gと比べて容量が強化されています
1. ダウンリンク
1); MM: フラット
5G の最も重要なテクノロジーはスペクトル効率を大幅に向上させることです。LTE にも MM があります。LTE の経験から、MM のスペクトル効率は 2T2R の約 5 倍です。
2); F-OFDM: 9% 増加
5G 帯域幅使用率は 9% 増加しました。
3)；1024QAM：<5%
ピーク値は 25% 増加しますが、既存のネットワークでは 1024QAM にアクセスすることが難しいことを考慮すると、平均スループット向上は 5% 未満であると推定されます。
4);LDPC:不明
5); より正確なフィードバック: 20%~30%
端末の SRS は端末の 4 つのアンテナで順番に送信され、基地局は端末の 4 つのチャネルすべてに関する情報を取得するため、シングルユーザーのマルチストリームと MIMO のスケジューリングと複数のユーザー間の調整が向上します。および PMI は自己適応的ですが、エッジ SRS は時間通りに動作しないため、PMI を使用した場合の BF 効果は LTE の効果よりも優れています。
6); 費用: 基本的に同じ
5GではCRSは削減されるものの、実際にはCRI-RSとDMRSが増加するため、オーバーヘッドが増加するのと同じであり、CRSが無料になった後はLTEと比較してオーバーヘッドが削減されたとは言えません。CRS フリーは、実際には軽負荷時の干渉を軽減するためのものです。
7) ; スロット集約: 10%
4G : DCI Grant 情報は 2 スロットごとに送信されます。
5G :複数のスロットが集約され、DCI Grant メッセージが 1 つだけ送信され、オーバーヘッドが小さくなります。
2. アップリンク
1); MM: フラット
2); シングルおよびマルチキャリア適応: 30%
1 対多のユーザーは調整およびペア化されておらず、RB は不連続に割り当てられます。
3);LDPC:不明
5G は 4G と比べてカバレッジが強化されています
1. ダウンリンク
1)LDPC:不明
2) パワー: 2dB
LTE電力120W、5G電力200W。
2. アップリンク
1)LDPC:不明
2) アップリンクとダウンリンクのデカップリング: 11dB+
5G は 4G と比較して遅延が強化されています
1. 短いTTI
5Gの最短スケジューリング期間はLTEの1msから最短1/32msに短縮されます。
2. 自己完結型
アップリンクとダウンリンクのフィードバック時間間隔を単一スロットに短縮します。最短は 1/32 ミリ秒以内です。
3. 認証不要のアップリンク
アップリンクのライセンス不要のアクセスにより、遅延が短縮されます。
4. 転送のプリエンプション
URLLC はリソースをプリエンプトします。
5. パイロット前置詞
端末がDMRSを処理するにはある程度の時間がかかります。
6. ミニスロット
スケジューリング遅延をさらに圧縮するために、いくつかのシンボルが送信スケジューリング単位として選択されます。
終わり