4G與5G的區別有哪些

阿新 • • 發佈：2021-08-22

4G與5G的區別

一、幀結構比較

1、4G和5G相同之處

幀和子幀長度均為：10ms和1ms。
最小排程單位資源：RB　　

2、4G和5G不同之處

1)；子載波寬度

4G：固定為15kHz。

5G：多種選擇，15kHz、30kHz、60kHz、120kHz、240kHz，且一個5G幀中可以同時傳輸多種子載波頻寬。

2)；最小排程單位時間

4G：TTI， 1毫秒；

5G：slot ，1/32毫秒~1毫秒，取決於子載波頻寬。

此外5G新增mini-slot，最少只佔用2個符號。　　

3)；每子幀時隙數（符號數）

4G：每子幀2個時隙，普通CP，每時隙7個符號。

5G：取決於子載波頻寬，每子幀1-32個時隙，普通CP每時隙14個符號。

4G的排程單位是子幀（普通CP含14個符號）；5G排程單位是時隙（普通CP含14個符號）。

3、5G設計理念分析

1)；時頻關係

基本原理：子載波寬度和符號長度之間是倒數關係，寬子載波短符號，窄子載波長符號；
表現：總頻寬固定時，時頻二維組成的RE資源數固定，不隨子載波頻寬變化，吞吐量也是一樣的。　

2);減少時延

選擇寬子載波，符號長度變短，而5G排程固定為1個時隙（12/14個符號），排程時延變短。
當選擇最大子載波頻寬時候，單次排程從1毫秒（15kHz）降低到了1/32毫秒（480kHz），更利於URLLC業務。　

4、5G子載波頻寬比較

1)；覆蓋：窄子載波好
業務、公共通道：小子載波頻寬，符號長度長，CP的長度就唱，抗多徑帶來的符號間的干擾能力強。
公共通道：例如PUCCH、PRACH需要在一個RB上傳完，小子載波每RB頻寬也小，上行功率密度高。

2)；開銷：窄子載波好
排程開銷：對於大載波頻寬，每幀中需要排程的slot單位會多，排程開銷增大。

3)；時延：寬子載波好
最小排程時延：大子載波頻寬，符號長度小，最小排程單位slot佔用時間短，最短1/32毫秒。　　

4)；移動性：寬子載波好
多普勒頻移忍受度：在頻移一定情況，大頻寬影響度小，子載波間干擾小。　　

5)；處理複雜度：寬子載波好
FFT處理複雜度：例如15kHz時，優於FFT多，裝置只能支援到275個RB（50MKz）。　　

5、5G常用子載波頻寬

1)www.cppcns.com；C-Band
eMBB：當前推薦使用30kHz。
URLLC：寬子載波頻寬。　

2)；自包含
4G：單子幀要麼只有下行，要麼只有上行（特殊子幀除外），下行子幀傳完後，才傳上行子幀，3：1的比例下，下行傳送開始3ms後，才開始傳送上行反饋，時延比較大。
5G：在每個時隙裡面都引入與數傳方向相反方向的控制通道，可以做到快速反饋降低（下行反饋時延和上行排程時延），例如30kHz時候，反饋可以做到0.5ms單位，其它大子載波頻寬，可以做到更小時延。　

二、TDD的上下行配比

1、TDD分析

1)、優勢
資源適配：按照網路需求，調整上下行資源配比。
更好的支援BF：上下行同頻互異性，更好的支援BF。　　

2)、劣勢
需要GPS同步：需要嚴格的時間同步。
開銷：上下行轉換需要一個GAP，資源浪費。
干擾：容易產生站間干擾，例如TDD比例不對齊，超遠干擾等。

2、從TDD-LTE看5G

TDD比例無創新：LTE和5G在TDD比例設計上都差不多，上下行比例可調。
動態TDD短時間不太可能：同一張網路只能一個TDD比例，否則存在嚴重的基站間干擾。
TDD比例會收斂：從LTE看，初期也是定義了很多的TDD比例，但最終都收斂到了3：1的比例（下行與上行的資源配比），5G應該也會如此。
同步：5G運營商之間同步，NR與TDD-LTE之間同步。　

三、通道：傳輸高層資訊

1、公共通道

下行
a)PCFICH,PHICH
4G：有此通道。
5G：刪除此通道，降低了時延要求。　　
b)PDCCH
4G：無專有解調導頻，不支援BF，不支援多使用者複用，覆蓋和容量差；PDCCH在頻域上雜湊，有頻選增益，但是前向相容不好，例如GL動態共享，需考慮PDCCH如何規避。
5G：有專有解調導頻（DMR）、支援BF、支援多使用者複用，覆蓋（9db增益）和容量好；PDCCH設定在特定的位置，前向相容性強，想把其中部分頻段拿出來很簡單。　
c)廣播通道
4G：頻域位置固定，放在頻寬中央，不支援BF。
5G：位置靈活可配，前向相容性強，支援BF，覆蓋提升9db。

上行a)PUCCH
4G：排程最小單位RB。
5G：排程最小單位符號，可以放在特殊子幀

2、業務共通道

1):下行PDSCH
4G：除LTE MM外無專有導頻，最高調製64QAM。
5G：有專有導頻，最高調製256QAM，效率提升33%。　

2):上行PUSCH
4G：最高調製64QAM。
5G：最高調製256QAM，效率提升33%。

四、訊號：輔助傳輸，無高層資訊

1、訊號型別

4G：測量和解調都用共用的CRS（測量RSRP PMI RI.CQI測相位來解調），當然LTE MM（MM：Massive Mimo，多天線技術，下同）有專有導頻與CRS共享。
5G：去掉CRS。新增CRI-RS（測量RSRP PMI RI CQI）,並支援BF；新增DMRS解調專用的DMRS（測量相位解調）並支援BF，所有通道都有專有的DMRS，12個埠的DMRS加上空間複用支援最大32流。

2、對比

1)；覆蓋
4G：CRS無BF，RSRP差。
5G：CRI-RS有BF（BF:Beam Forming，波束賦形，下同），相比LTE RSRP有9db覆蓋增益（10*log（8列陣子））。

2)；輕載干擾
4G：輕載干擾大。無BF，干擾大一些；時刻傳送，即使空載也要在整個小區內傳送，對鄰區有干擾；小區間錯位傳送，即使空載無數傳也把鄰區的資料給干擾了。
5G：有BF且窄帶掃描，干擾小一些；可以只發送某個子帶，鄰區干擾小，無數傳的子帶不會干擾鄰區；鄰區間位置不錯開，無對鄰區的資料RE干擾。　

3)；容量
a)；導頻開銷：差不多
4G：每RB中的CRS佔16個RE，如果MM的話還有專有導頻RE 12個。
5G：每RB中的CSI-RS 2~4個RE，DMRS 12~24個RE。　
b)；單使用者容量
4G：協議定義了2個埠的DMRS，因此MM的時候單使用者最高2流。
5G：定義了12個埠的DMRS，單使用者可以最高支援到協議規定的8流，當然考慮到終端的尺寸限制，實現上估計最高也就在4流的樣子。

五、多址接入

1、峰值提升9%

4G：OFDM頻寬利用率90%，左右各留5%的帶亂作為保護帶。
5G：F-OFDM頻寬利用率98.3%(濾波器減少保護帶)。

2、上行平均提升30%

4G：上行使用單載波技術。優勢：因為PAPR低，發射功率高，在邊緣覆蓋好；劣勢：因為是單載波，單使用者資料必須在連續的RB上傳輸，容易造成RB數不夠傳輸一個使用者資料而浪費；使用者配對是1對1的，如兩個使用者需要的資源不一樣大，就造成浪費。
5G：使用單載波多載波自適應。邊緣使用者使用單載波，覆蓋好；中近點使用者使用多載波，使用者可以1對多配對，使用者配對效率高，資源利用率高；使用者資源分配可以用不連續的RB資源，有頻選增益，以及可以完全利用零散的RB資源。

3、通道編碼

4G：業務通道Turbo，控制通道卷積碼、塊編碼以及重複編碼。
5G：LDPC碼-業務通道，大資料塊傳輸速率高，解調效能好，功耗低；Polar碼-控制通道，小資料塊傳輸，解調效能好，覆蓋提升1dB。

4、BF權值生成

4G：TM7/8終端：基於終端發射SRS，基站根據SRS計算權值；TM9終端（R10版本及以上）：終端發射SRS基站計算權值（中近點）與終端根據CRS計算PMI（遠點）自適應。
5G：終端發射SRS基站計算權值（中近點）與終端根據CRS計算PMI（遠點）自適應；SRS需要全頻寬發射，在邊緣的時候因收集功率有限，到達基站時候可能已經無法識別了，而PMI制式一個index，只需要1~2個RB就可以發給基站了，覆蓋效果好。

5、上下行轉換

4G：每個幀（5ms/10ms）上下行轉換一次，時延大。
5G：更大的載波頻寬以及自包客棧含時隙，實現快速反饋，時延小。

6、大頻寬

4G：最大支援20MHZ；
5G：最大支援100MHZ（C波段），400MHZ（毫米波）；　　

7、載波聚合

4G：8CC；
5G：16CC；

六、5G對比4G

1、容量增強

下行

1)；MM：持平
5G最關鍵的技術，大幅度提升頻譜效率；LTE也有MM，從LTE經驗看，MM的頻譜效率大概是2T2R的5倍左右　　

2)；F-OFDM：提升9%
5G的頻寬利用率提升了9%；　

3)；1024QAM：<5%
峰值提升25%；但是考慮到現網中很難進入1024QAM，預估平均吞吐量增益小於5%；

4)；更精確的反饋：20%~30%
終端SRS在終端四個天線輪發，基站獲取終端的全部4個通道的資訊，而使單使用者多流以及多使用者之間的MIMO排程與協調更優；SRS與PMI自適應，在邊緣SRS不準時，使用PMI是的BF效果相比LTE更優。　

5)；開銷：基本持平
5G在減少CRS的同時，其實是增加了CRI-RS和DMRS，較少和增加的開銷一致，不能說CRS free後，相對於LTE開銷減少了。CRS free其實是為了減少輕載時的干擾。　

6) ；Slot聚合：10%
4G：每兩個slot都要傳送DCI Grant資訊。
5G：多個slot聚合，只發送一個DCI Grant資訊，開銷小。

7) ；Slot聚合：10%
4G：每兩個slot都要傳送DCI Grant資訊。
5G：多個slot聚合，只發送一個DCI Grant資訊，開銷小。

上行

1)：MM：持平

2)：單、多載波自適應：30%
使用者一對多不對齊配對，RB不連續分配；

2、覆蓋增強

下行

功率：2dB
LTE功率120w，5G功率200W。　

上行

2) 上：下行解耦：11dB程式設計客棧+

3、時延增強

下行

功率：2dB
LTE功率120w，5G功率200W。
　　
上行

1)：LDPC：未知
2) ：上下行解耦：11dB+

短TTI

5G最短排程時長由LTE的1ms縮短到最短1/32毫秒。　

自包含

把上下行反饋時長間隔縮短到單個slot裡面，最短1/32毫秒內。　　

上行免授權

上行免授權接入，減少時延。　　

搶佔傳輸

URLLC搶佔資源。

導頻前置

終端處理DMRS需要一定的時間。

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4G與5G的區別有哪些

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