5G NR与4G LTE的技术差异

admin2024-07-02  7

5G NR与4G LTE的技术差异

5G与4G相比,5G(NR)技术有以下优势点:

一、总体技术方面

系统消息
4G(LTE): 支持在任何条件(或情况)下始终开启所有系统消息的广播,导致大量资源浪费,且终端(UE)需要持续评估。

5G(NR): 只进行最小系统消息(MSI)广播,实现更佳网络能量性能和更高可实现数据速率,从而减少对其他小区的干扰。

无线频谱
4G(LTE): 后期引入对3.5GHz授权和5GHz未授权频谱的支持。
5G(NR): 从R15版本开始支持从Sub 1GHz到52.6GHz授权频谱操作。

时间/频率资源
4G(LTE): 主要支持固定时间/频率传输。

  • 如上行链路同步HARQ协议,其中重新传输发生在初始传输后的固定时间点。

5G(NR): 相同时间/频率资源可灵活配置,避免在固定资源上进行传输。

信道估计
4G(LTE): 依赖于小区特定参考信号进行信道估计,它们始终被传输。
5G(NR): 对于信道估计,NR不包括特定于小区的参考信号,而是依赖于特定于用户的解调参考信号;除非有数据要传输,否则不会传输这些信号,从而提高网络的能量性能。

上下行链路分配
4G(LTE): 上行链路和下行链路分配不会随时间而变化;后来一项名为 eIMTA的功能允许在UL/DL分配中进行一些动态调整。
5G(NR): 支持动态TDD时隙分配,这意味着在UL和DL方向之间动态分配和重新分配时域资源。

设备和网络处理时间
4G(LTE):比3G更好,但考虑到某些应用在高密度环境下未来要求,这还不够。
5G(NR):NR中的设备和网络处理时间要短得多。

  • 如设备在接收到下行链路数据传输后须在一个时隙内甚至更短的时间内(取决于设备功能)用HARQ ACK做出响应。

二、协议层方面

RRC

  • 终端RRC状态
    4G(LTE): 仅支持两种状态即:RRC_Idle和RRC_Connected;
    5G(NR): 支持第三种状态,新引入了RRC_INACTIVE;引入该状态目有是为减少信令负载以及从空闲到活动转换的延迟。在此RRC_INACTIVE状态下,RRC相关上下文保留在UE和gNB中。

SDAP

  • 服务数据应用协议
    4G(LTE): 不存在
    5G(NR): 引入以处理连接到5G核心网络时的新服务质量要求。
    SDAP负责根据服务质量要求将QoS承载映射到无线承载。

RLC

  • RLC数据包传送
    4G(LTE): 支持重新排序并按顺序将RLC PDU传送到更高协议层,从而导致更多延迟。
    5G(NR): 不支持按顺序传送RLC PDU以减少由重新排序机制引起相关延迟,这可能不利于需要极低延迟的服务。通过这样做RLC减少了总体延迟,因为数据包不必等待重新传输先前丢失的数据包才能将其传送到更高层,而是可以立即转发。

  • RLC PDU连接
    4G(LTE): 支持它以禁止提前组装RLC PDU。
    5G(NR): 支持在接收上行链路调度授权之前提前组装RLC PDU。

MAC

  • MAC报头位置
    4G(LTE):与某些RLC PDU相对应所有MAC报头都存在于MAC PDU的开头。
    5G(NR):MAC报头分布在MAC PDU中,因此与某个RLC PDU相关的 MAC报头紧挨着RLC PDU,这是为了实现高效的低延迟处理。借助NR 中结构MAC PDU可以“即时”组装,因为在计算报头字段之前无需组装完整的MAC PDU,从而减少处理时间和总体延迟。

PHY

  • 下行控制信道时频结构
    4G(LTE):灵活性较差,因为它需要全载波带宽
    5G(NR):具有更灵活的下行控制信道的时间频率结构,其中PDCCH在一个或多个控制资源集(CORESETS)中传输,这些控制资源集可以配置为仅占用部分载波带宽。

  • 数据纠错码
    4G(LTE):使用Turbo编码来处理数据,这是较低码率下的最佳解决方案(如:1/6、1/3、1/2)
    5G(NR):使用LDPC(低密度奇偶校验)编码来支持更高的数据速率;与LTE相比,它在较高编码速率下提供较低的复杂度。它们在较高码率下表现更好(例如:3/4、5/6、7/8)

  • 初始接入
    4G(LTE):使用同步信号(PSS+SSS)的概念,固定格式使UE能够找到小区。
    5G(NR):使用同步信号块(SSB)的概念,跨越20个资源块,由PSS、SSS 和PBCH组成;SSB块的时序可由网络运营商设置。

  • 同步信号位置
    4G(LTE):位于小区传输带宽的中心,每5毫秒传输一次。
    5G(NR):信号不固定,而是位于同步栅格中。找到后,UE会被告知其在频域中的位置。默认情况下SSB每20毫秒传输一次,但可以配置为5到 160毫秒之间。

  • 同步信号波束赋形
    4G(LTE): 不支持
    5G(NR): 支持

  • 控制信道波束赋形
    4G(LTE): 不支持
    5G(NR): 支持,需要不同的参考信号设计,每个控制信道都有自己的专用参考信号。

三、时延与重传

低延迟
4G(LTE): 要求MAC和RLC层在进行任何处理之前知道要传输的数据量,这使得支持低延迟变得困难。
5G(NR): 作为其最重要的特性之一,通过以下两个示例进行支持:

  • MAC和RLC中报头结构已被选择为无需知道要传输的数据量即可进行处理,这在UL方向尤其重要,因设备在收到UL授权后可能只有几个OFDM 符号,直到传输应该进行。
  • 通过在传输开始时定位携带调度信息的参考信号和下行链路控制信令,而不是使用跨OFDM符号的时域交织,设备可以立即开始处理接收到的数据而无需事先缓冲从而最大限度地减少解码延迟。

HARQ

  • HARQ重传
    4G(LTE): 在重传的情况下发送整个传输块,即使传输块中只有一小部分存在问题,这也是非常低效的。
    5G(NR): 支持更细粒度(称为代码块组)的HARQ重传,其中只有一小部分大传输块需要重传。

  • HARQ进程数
    4G(LTE): 根据 UL-DL 配置,FDD 最多支持8个进程,TDD最多支持15 个进程。
    5G(NR): 最多支持16个。

  • 上行链路中HARQ
    4G(LTE):它是同步HARQ,因为重传时间是固定的,取决于 HARQ 进程的最大数量。没有与下行链路 HARQ 相关的 HARQ 进程号。
    5G(NR):它是UL和DL中的异步HARQ,因为gNB明确地将要由UE使用的HARQ进程号作为下行链路控制信息的一部分发送信号。它需要支持没有固定UL/DL分配的动态TDD。

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