解析5G关键性能指标、架构、系统与服务需求

2021-04-12 08:59

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5GNR 技术翻译计划

声明：本系列翻译文章，仅作学习交流使用，著作权归原作者Sassan Ahmadi及Elsevier出版社所有，原创翻译归笔者及公众号《科学文化人》所有。

原文请参考《5G NRArchitecture， Technology，Implementation，and Operation of 3GPP New Radio Standards》

今天推出原文的《Introduction and Background》部分的第三节：Key Performance Indicators， Architectural， System， and Service Requirements。

由于这部分内容太多，编辑时做了删减，保留主要部分。

关键性能指标、架构、系统和服务需求

不同与前几代试图提供通用用途的3GPP系统框架，5G系统预计将为各种不同的服务、流量模式和最终用户统计数据。

几份产业引导5G白皮书，特别是来自下一代移动网络联盟的白皮书描述了一种多用途5G系统，能够同时支持各种需求的组合，如可靠性、延迟、吞吐量、定位和可用性，以支持不同的用例和部署场景。通过引进接入网和核心网的新技术，通过可配置、灵活和可扩展的网络资源分配，这些革命性的系统将可以实现。除了增加灵活性和优化，5G系统需要支持严格的延迟、可靠性、吞吐量等关键性能指标（KPI）。无线接入网络的增强有助于满足这些KPI，以及核心网络的改进，如网络切片、网络内缓存和更接近终端节点的托管服务。灵活的网络运营是5G系统的基石，支持这种灵活性的新功能包括NFV、网络切片、SDN、网络可伸缩性和无缝移动性。其他网络运营需求解决了不可缺少的控制和数据平面资源分配效率，以及通过在终端用户和应用服务器之间采用最佳路由策略来优化服务交付的网络配置。加强收费和安全机制对接入网络的新型终端进行管理。

移动宽带接入机制的增强旨在满足一系列新的KPI，这些KPI涉及高数据率、高用户密度、高用户移动性、高度可变的数据率、灵活的部署选项以及改善的覆盖范围。高数据率是由流媒体服务（如视频、音乐和用户生成内容）、交互式服务（如增强现实）和一些物联网用例等数据使用的增加所驱动的。这些服务的可用性对用户体验数据速率和延迟有严格的要求，以满足某些QoS要求。此外，增加对体育场馆、城市地区和交通枢纽等人口密集地区的覆盖已成为行人和车辆使用者的基本需求。与流量和连接密度相关的新KPI使每区域的高用户流量（流量密度）和高连接数量的数据传输（UE密度或连接密度）成为可能。许多终端被期望支持各种服务，这些服务可以交换非常大（如流视频）或非常小（如传感器数据突发）的数据量。5G系统需要以资源高效的方式管理这种服务可变性。所有这些案例都引入了新的部署要求，包括室内和室外、局域互联、高用户密度、广域互联以及在高速场景下移动的终端。

5G KPI的另一个方面包括对延迟和可靠性的各种组合的要求，以及更高的定位精度。这些KPI由商业和公共安全服务的支持驱动。在商业方面，工业控制、工业自动化、飞行器控制和增强／虚拟现实都是此类服务的例子。诸如飞行器控制等服务将需要更精确的定位信息，包括高度、速度和方向，以及平面坐标。除了对增强KPI的要求之外，对大规模连接的支持还带来了许多新的要求。物联网范例的扩展需要在所有系统组件（如终端、物联网设备、接入网和核心网）中显著提高资源效率。5G系统还将提高其能力，以满足新兴V2X应用所需的KPI。对于这些高级应用程序，数据速率、可靠性、延迟、通信范围和速度等要求变得更加严格。这些应用有特定的技术要求，需要通过复杂的5G无线电接口设计和使用适当的频带来解决，以确保始终满足其要求。

性能指标定义

为了量化某些技术解决方案将如何影响最终用户体验，或者在期望的用例中5G系统的性能如何，需要具体的性能指标进行评估。以下部分提供了用于测量和基准测试5G系统性能的性能指标的定义。这些指标与描述主要5G用例和某些部署场景的KPI相关。

峰值数据速率：以bit／s来描述，这是物理层在无错误条件下可实现的最大（理论上的）数据速率。它表示当对应链路方向的所有可分配的无线电资源都被利用时，分配给单个用户终端的接收数据位，不包括用于物理层同步、参考信号、保护频带和保护时间的开销资源。峰值数据速率是为单个移动站定义的。对于单个频段，它与该频段的峰值谱效率有关。

设W为信道带宽，SEp为该波段的峰值频谱效率。然后给出了用户峰值数据率Rp：

峰值频谱效率和可用带宽在不同的频率范围可能有不同的值。如果跨多个频带聚合带宽，则将对这些频带上的峰值数据速率进行累加。

用户面延迟：单向用户面延迟定义为无线接入网在将IP包从源端传输到目的端时引入的延迟。用户面延迟也称为传输延迟，是指源终端IP层上可用的SDU包与目的终端IP层上可用的SDU包之间的传输时间，这取决于链路方向。假设用户终端处于连接模式且网络在无负载状态下运行，则用户平面包延迟包括上行或下行链路方向上相关协议和控制信令引入的延迟。这个需求是为eMBB和URLLC用例中的评估目的而定义的。

控制面延迟：控制面延迟是终端从空闲状态过渡到连接状态的时间。换句话说，在访问链路上建立控制平面和数据承载所花费的时间不包括下行寻呼延迟和回程信令延迟。控制平面时延包括随机接入过程持续时间、上行同步时间、连接建立和HARQ重传间隔、数据承载建立（包括HARQ重传）。

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