通信世界扫盲基础二(原理部分)

上次我们刚学习了关于通信4/G的组成和一些通识，今天我们来更深层次了解一些原理以及一些新的基础~

专业名词

LTE(4G系统)

EPC

E-UTRAN

eNodeB

NR(5G系统)

NGC/5GC

NG-RAN

gNodeB

N26接口

手机的两种状态

空闲态

连接态

4G/5G速率

4G&5G关键技术

MIMO模式(4G)

发射分集

空间复用

传输模式

M-MIMO模式(5G)

低RANK的原因

信号的调制方式(4/5G)

4G SINR转换表

5G SINR转换表

CA载波聚合(4G)

SSB信道/波束赋形(5G)

信道

下行信道

上行信道

时域&频域

频域

子载波

4G系统中

5G系统中

时域/帧结构

4G系统中

5G系统中

特殊子帧(S)的意义

时域满调度&频域满调度

时域满调度(1s)

4G系统中

5G系统中

时域调度不满原因

频域满调度

4G系统中

5G系统中

频域未满调度原因

专业名词

LTE(4G系统)

LTE也可以写成EPS。它的每个组成部分都有哪些接口名字呢？

EPC

指4G核心网。

s1

承载网上面的接口。

E-UTRAN

接入网部分，也就是上面绿色圆圈部分。

UE

指手机终端，入网设备。

UU

空口，也就是手机和基站之间的接口。空口/无线网/电磁波部分都叫空口。

X2

4G基站和4G基站之间的连接接口。如果两个基站较近，比如2km以内，此时两基站布署X2接口。

作用：降低时延，如果两个基站之间进行通信，路径不用再经过核心网再折回，这次直接两个基站互相通信即可。

实际上80％的X2接口都是坏掉的，如果工作中遇到这个问题，没必要通知运维人员去检修。

eNodeB

4G基站名称。

NR(5G系统)

也可以称为NGSA，它的组成部分呢？

NGC/5GC

5G核心网部分。

NG

承载网上面的NG接口

NG-RAN

接入网部分，也就是上面绿色圆圈部分。

Xn

5G基站和5G基站之间的接口。

作用和4G的X2一样~

gNodeB

5G基站名称

指手机终端，入网设备。

空口，也就是手机和基站之间的接口。空口/无线网/电磁波部分都叫空口。

N26接口

连接4G网和5G网的接口，这样的话4G和5G之间就可以通信了~

手机的两种状态

空闲态

1、没有数据传输

2、没有建立RRC连接

3、小区搜索与驻留

4、侦听寻呼信道

5、重选

小区搜索与驻留：手机会始终搜索信号更好的天线，但不直接连接，当有数据传输的时候再连接。

侦听寻呼信道：侦听是否有人打电话。

注意：

1、手机关机和开飞行模式不属于空闲态，这属于把手机天线关了，好比这个终端没了。

2、刚刚开机的手机处于空闲态，后来处于连接态，因为手机进入连接态是需要时间的。

连接态

1、有数据传输

2、建立了RRC连接

3、上下行数据传输

4、反馈信道质量

5、切换

反馈信道质量：反馈的是sinr信道质量(sinr计算的是下行质量！！)，向天线反馈自己的sinr，天线会自动选择合适的调制方式。

切换：从一个天线换到另一个天线。

注意：实际中，手机95％以上的时间都处于连接态。

上面的RRC连接过程博主后面会详细讲解~

4G/5G速率

4G

5G

4G&5G关键技术

MIMO模式(4G)

4G的多天线技术，支持4T4R、8T8R、16T16R。(T是发送，R是接收)

5G最高可支持64T64R。

发射分集

两个通道发一样的数据

这样做有什么好处？

抗干扰能力强，因为两个振子同时发送一样的数据，这样手机接收的时候可以把数据进行对比来验证数据是否接收完整。应用于sinr比较差的情况。

空间复用

这时候我们和原来相比，只用一半的时间就把数据全部发给用户了。速率翻倍。

以上两种方式前提条件：天线上至少有两个振子(传统室分就只有一个振子，只能进行单天线传输)。

传输模式

提升速率的有：TM3、TM4、TM8

不提升速率的有：TM1、TM2、TM7

只有一个振子的是：TM1、TM7

空间复用技术：TM2、TM3、TM4、TM8

M-MIMO模式(5G)

RANK流数可达到4，速率比单天线传输的方式提高4倍。

RANK流

天线传输电磁波的时候是扩散式的，如果遇到墙、地面、天花板等可以反射到手机终端上面，手机的RANK流数会增加，也就是空间相对封闭的场景，5G支持手机最多可以接收4个RANK流，又比4G多出来2倍。

至于电磁波扩散具体细节，可以参考大学的工程电磁场这门课~反正博主这门课卡着及格线过的，我的水平还不够，哈哈~

低RANK的原因

如果现实中我们遇到RANK流数很低的时候，我们可以从以下角度来分析：

1、sinr差(sinr差的原因又可以参考前面讲的RSRP、干扰等原因)

2、硬件振子数量不够

3、空间独立性不强

信号的调制方式(4/5G)

关键技术二，信号调制的关键技术，也叫AMC自适应编码。

在前面我们已经介绍过调制方式了，这里不再唠叨了~

注意的是，选用高阶的调制方式前提是sinr要好。

不过这里我们要背一个SINR/CQI/MCS转换表，这里家人们还是要辛苦一下滴(博主在写这篇博客时候还不会背┭┮﹏┭┮)~

4G SINR转换表

5G SINR转换表

为什么要有CQI和MCS呢？直接用sinr不好吗？

CA载波聚合(4G)

前提条件：频段必须挨着。比如D3和D7、D7和D8...

SSB信道/波束赋形(5G)

SSB信道每20ms一个周期进行扫描，检测附近的入网设备，然后找到合适的时机建立连接，但是这样会不会觉得有断网感？不会的，它有自己的应对方法~

SSB信道里面会存放一些空闲态手机需要的信息，比如天线RSRP、频点、PCI等等信息，来让手机获取到所需要的信息。注意这个信道里面的信息是没有加密的，所有空闲态手机都可以接收到~

当手机有数据传输的时候，这时候手机就会进入连接态，建立RRC连接。此时这个SSB信道(窄波束)会时刻跟着手机移动，让手机保持连接态，基站剩余的功率和电量进行扫描其余的空闲态手机。

注意：当然当手机连接过多的时候，功率用得越多，这时候SSB信道的距离会收缩。SSB信道针对的扫描对象是对连接态没有意义的，因为它一直连接着，没有断网感。

信道

下行信道

PDSCH：下行数据信道传输下行用户面数据

PDCCH：下行控制信道传输下行控制面数据

PBCH/SSB(不加密信道)：下行广播/空闲态信道传输MIB、SIB、天线的基本配置信息

上行信道

PUSCH：上行数据信道传输上行用户面数据

PUCCH：上行控制信道传输上行控制面数据

时域&频域

频域

子载波

子载波：一根可以使用的电磁波。

4G系统中

4G子载波间隔：15kHz。

4G的最大带宽是20M，20M带宽有1200个子磁波，说明4G通信系统中同一时刻最多可以容纳1200个用户(理论上)。以此类推，10M带宽有600个子磁波。

在实际计算的时候，20M带宽两边各留1M带宽为保护带宽(总共为10％，20*0.8=18)，此时18MHz/15kHz=1200

20M：1200个子磁波

15M：900个子载波

...

5G系统中

为什么5G 2.6g的电磁波间隔变大了？

因为电磁波频率越高，波长变化越小，所以需要更大的间隔来区分不同的电磁波。

时域/帧结构

4G系统中

SA1(2:2)：主要应用于上行业务量大的室分站点，E频、FDD1800室分。

SA2(1:3)：现实中常用的帧结构，一般人用手机获取资源比较多，很少上传数据什么的。D、F、A比较常用。

5G系统中

5G中TDD的循环周期也是5ms，不过这时候帧结构在这里叫时隙结构；子帧(1ms)改为时隙(0.5ms)。计算下来一个周期有10个10时隙。

特殊子帧(S)的意义

作用一：基站先向下传输数据，这时候就上来让手机改为U方式，让手机传输数据。此时UE可能还没有接收完下行的数据就去传输，这是不合理的，所以D->U期间需要有一个特殊子帧S来进行缓冲，然后再D->U。但是U->D不需要，因为天线功能比较强大，不会出现数据碰撞的问题。

作用二：如果下行转上行比较快，剩下的时间可以全用来做下载D。