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- UID
- 1062083
- 性别
- 男
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第 5 代无线接入网络有望满足 2020 年及以后新型用例及应用的系统和服务要求。连通各行各业并支持新服务是 5G 技术最重要的方面，以便为满足 2020 年信息社会的要求做好准备。第 4 代或 4G LTE 主要在于连接人和地，是以通信和信息共享为核心主题。5G 通过为 4G 的通信和信息共享主题增加可靠、弹性的控制与监控功能，从而将连接范围扩展到机器设备。这种转变对系统要求和设计原理产生了深远影响。5G 愿景可以说包罗万象，涉及人们生活的方方面面，会影响人们如何生产产品，如何管理生产过程中的能源与环境，如何运输、存储和消费物品，影响人们如何生活、工作、通勤、娱乐和甚至放松等等。
因此，需要使用虚拟化和软件定义网络来挑战 5G 系统/网络性能极限，以确保实现更高的网络容量、更高的用户吞吐量、更高的频谱、更高的带宽、更低的时延、更低的功耗、更高的可靠性和更高的连接密度。5G 架构包含模块化网络功能。这些功能可按需部署和扩展，从而能够以低成本方式满足广泛的应用案例需求。
4G LTE 技术很成功，非常适合 6GHz 以下频谱。5G 则增加了 6GHz 以上频谱，为无线电接入网络开启了大段未使用频谱。它还支持大于 20MHz 的载波，降低控制开销，提高 RAN 灵活性以满足多种用例需求。支持大于 6GHz 的频谱是 5G 技术最具前景的属性之一，或许也是难度最大的特性。6GHz 以上通道模型由 3GPP 于 2016 年 6 月发布，其精度对正确设计基站和用户设备（UE）设计起关键作用。现实情况是，还需做更多工作和现场测试以提高这些模型的精度。这期间，系统设计需要具有灵活性和内在的可编程性，以根据在现场经验调整和改进底层算法。
将端到端时延减小到 1ms 以内是 5G 的另一个重要目标，旨在满足任务关键型应用的超高可靠低时延用例，以及扩展的移动宽带用例（诸如承诺为服务提供商带来更高收入的游戏）的要求。5G 正在改进帧结构以实现上述这一目标。图 1 给出一种准 5G 标准帧结构方案。该方案具有 100-200 微秒级的很短的传输时间间隔（TTI），比 4G LTE 的 TTI（1ms）缩短 10 倍，具备快速的 Hybrid ARQ（自动重发请求）确认，可缩短系统时延。利用前载解调制参考和控制信号，可在接收帧的期间执行帧处理，而不是等缓冲整个子帧之后再处理。帧结构还用来简化和加速每子帧的快速调度请求。因此，5G 基带所需的计算与 4G LTE 系统相比会显著增加。
5G 有望支持灵活的帧结构，以适应不同用例和应用要求，例如数据包长度和端到端时延。有两种子帧扩展方法正在考虑中，它们具有灵活的每子帧符号数量和可变的子帧长度。也可将两种方法混合使用。两种方法都支持多种传输类型（下行链路、上行链路和混合方式）。子帧持续时间和采样率与基线 5G 数字论定义的一样。灵活帧结构对物理 （PHY） 层实现有影响。逐符号看，FFT 长度和循环前缀可能不同。符号数量、每物理资源块的 OFDM 子载波数量和 QAM 符号数量就每子帧而言可能会不同，具有可变的保护时段位置和长度。这会显著增大 5G PHY 的实现复杂性。至少在最初几年，构建 5G 系统最为得当的方法应该是利用可编程 FPGA 和 SoC 随标准演进来扩展和升级系统，并根据现场的性能测量结果改进和调整实现方案。
MIMO 技术非常适合厘米波 （3-30 GHz） 和毫米波 （30-300GHz） 频率，这是价格便宜而且未充分利用的频谱资源，有大量可用的连续波段。频率越高，传输信号的传播损耗越大。不过，更高频率下能获得很窄的笔形波束，可实现更大天线增益，以补偿较高的传播损耗。此外，随着载波频率增加，天线单元的尺寸会减小。因此，可以在更小的区域装入更多天线单元。例如，包含 20 个单元的 2.6GHz 最先进天线大约是一米高。在 15GHz下，可以设计具有 200 个单元但只有 5cm 宽、20cm 高的天线。天线单元增多，意味着可以准确地将信号导向目标接收器。由于系统以很多这种波束形式将传输集中在特定方向上，因此覆盖率和容量会大幅提高。
5G NR（新无线电）规范草案没有指明所支持的 MIMO 层数量，不过很可能高达 32 至 64 层。5G 系统将支持在每个 TTI 期间对用户资源分配进行快速重新配置，以实现更高频谱利用率。当支持多个 MIMO 层时，这会进一步加大系统复杂性。图 2 给出了 5G MIMO 系统中用户资源分配实例。时分双工 （TDD） 有助于缓解 5G Massive MIMO 的实现，其中信道状态信息利用信道互易性来确定。该方案未考虑用户端设备或终端中的非线性。需要指明的重要一点是，在 5G 基站实现方案中，终端需要记录多个波束并定期请求基站进行资源分配，以便为上行数据传输分配最佳波束。当 UE 终端切换波束时，需要重新计算信道状态信息。为了实现如此复杂的系统，务必要引入足够的灵活性和可编程性，以便调整实现方案，针对不同终端实现所需的性能。
对于 6GHz 以下的部署，5G 系统通常多达 64 个天线单元。6GHz 以上可有更多的天线单元数量。数字波束形成一般用在 6GHz 频率以下的情况（在基带中实现）；而结合了数字和模拟波束形成技术的混合方案则用于 6GHz 以上频率。包含 64 个天线单元的 Massive MIMO 系统配置会显著增加复杂性和成本，因为要支持 L1 基带中数字波束形成所需的大量有源无线电信号链和预编码计算。基带处理信号链与远端射频单元之间的连接要求急剧增加。为了比较经济地实现这些系统，有必要在无线电中集成 L1 基带信号处理或其中的一部分。未来的这种功能划分可能导致网络节点中 L1-L2 与无线电功能处在相同位置。图 3 介绍了 64 个天线单元的 Massive MIMO 在不同系统功能边界上的连接要求，凸显了 L1 与无线电共址的必要性。 |
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