高遠(yuǎn)行無限通達(dá)縱乾坤
——5G愿景

QualcommTechnologies,Inc.

高遠(yuǎn)行無限通達(dá)縱乾坤
——5G愿景

QualcommTechnologies,Inc.

自20世紀(jì)80年代引入第一代系統(tǒng)起，移動通信每十年即取得一次飛躍。如今，4GLTE提供了高速移動寬帶服務(wù)，為流媒體、社交網(wǎng)絡(luò)和在線游戲等豐富的智能手機應(yīng)用提供了可能。展望未來，移動通信將繼續(xù)演進，為多種形態(tài)移動終端上運行的下一代應(yīng)用帶來前所未有的用戶體驗。可以預(yù)期，移動通信的使用將擴展到新的垂直行業(yè)（如汽車、健康和健身），在某些情況下還包括需求極高的使用案例和要求。為了支持上述應(yīng)用場景，下一代5G移動通信網(wǎng)絡(luò)需要支持新的用戶體驗、服務(wù)和設(shè)備，并連接新的產(chǎn)業(yè)。此外，5G必須能夠利用不同類型頻段，并能夠使用一個成本可承受、高能效的方案提供新的服務(wù)。QualcommTechnologies,Inc.將提供一個統(tǒng)一的系統(tǒng)設(shè)計以應(yīng)對包括性能顯著提高、可擴展性、適應(yīng)性和成本/能耗效率在內(nèi)的挑戰(zhàn)。

5G 4G增強型移動寬帶 廣域物聯(lián)網(wǎng) 關(guān)鍵任務(wù)服務(wù)

1 5G時間表和4G共存

5G系統(tǒng)的初始商用預(yù)計在2020年左右，并會和4G的演進系統(tǒng)并行使用。圖1提供了宏觀的4G和5G時間表。

如圖1所示，4GLTE-A將在R13之后繼續(xù)演進以支持更先進的特性和能力，同時保持與較早4GLTE網(wǎng)絡(luò)的后向兼容性。持續(xù)的4G演進使運營商能夠充分利用現(xiàn)有的LTE頻譜和投資，并能夠在5G系統(tǒng)商用之前嘗試獲取新的頻譜。

在2020年左右，5G將會提供一個功能更加強大的新平臺，同時5G還將廣泛地支持包括6GHz以下和6GHz以上包括毫米波在內(nèi)的各種頻率。5G將在多個行業(yè)激活新的業(yè)務(wù)，并且大幅降低部署和運營成本。5G將被用于2020年之后獲得的新頻譜上，也可能被應(yīng)用在重耕的頻率。

圖1 4G和5G并行使用可以充分激發(fā)各自的潛能

2 使用案例

可以預(yù)見，5G將支持3大類使用案例，即增強型移動寬帶（eMBB）、廣域物聯(lián)網(wǎng)（IOE）和關(guān)鍵任務(wù)服務(wù)。圖2宏觀描述了區(qū)別巨大、甚至有時相互矛盾的使用案例需求。

圖2 極端變化的使用案例要求

（1）增強型移動寬帶（eMBB）

增強型移動寬帶為新興的通信、娛樂和其他應(yīng)用程序提供了身臨其境的逼真體驗，將今天的移動寬帶推進到一個新的水平。其使用案例包括虛擬現(xiàn)實、感知互聯(lián)網(wǎng)和3D/超高清（UHD）視頻流緩沖、下載和遠(yuǎn)程控制。

這些使用案例一般都有極端的寬帶需求，比如高于100Mbit/s的超高清視頻流緩沖和高達(dá)數(shù)吉比特每秒的高速視頻下載。為了支持在一個小區(qū)域的高密度增強型移動寬帶用戶（如在運動競技場大量視頻流緩沖的用戶），需要提供超高網(wǎng)絡(luò)容量以保持可接受的用戶體驗。

（2）廣域物聯(lián)網(wǎng)

廣域物聯(lián)網(wǎng)的使用案例包括智能城市/建筑/家居、智能能源管理、貨物跟蹤、遠(yuǎn)程傳感器和執(zhí)行器、可穿戴和健身設(shè)備、安全監(jiān)控和其他應(yīng)用。

大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)使用案例涉及終端和遠(yuǎn)程服務(wù)器之間周期性交換少量數(shù)據(jù)場景。因此，每個設(shè)備的數(shù)據(jù)率的要求相對較低。然而，為了支持各種應(yīng)用，單個小區(qū)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量將會非常龐大。同時，相當(dāng)數(shù)量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將由電池供電并部署在遠(yuǎn)端（如在建筑物的地下室），為了有效地支持物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，高效且低成本的深入覆蓋設(shè)計是必不可少的。

（3）關(guān)鍵任務(wù)服務(wù)

關(guān)鍵任務(wù)服務(wù)是指對數(shù)據(jù)和/或控制信令傳輸及時性、可靠性和安全性要求很高的業(yè)務(wù)。其使用案例包括智能電網(wǎng)保護和控制、工業(yè)過程自動化、協(xié)作車輛、無人機系統(tǒng)的指揮/控制以及機器人遠(yuǎn)程手術(shù)。

關(guān)鍵任務(wù)的使用案例通常需要具有“超低延遲”、“超高可靠性”、“高安全性”和“健壯的移動性”中的一個或多個特性。例如，為了及時采取行動以避免災(zāi)難性的后果，智能電網(wǎng)的某些故障必須在幾毫秒內(nèi)被檢測到并報告給控制器。為了保護關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)免受網(wǎng)絡(luò)攻擊并維護私人和敏感信息，需要提供很高的通信安全性。

3 頻譜

今天，大部分低頻段已經(jīng)被現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)和其他用戶占用。為了獲得更多的頻譜資源，5G必須是靈活且適應(yīng)性強的，以便于在不同許可制度下的頻段工作。圖3總結(jié)了5G預(yù)期支持的頻段和類型。

圖3 不同的頻段和5G業(yè)務(wù)類型

5G可支持的頻率范圍將會很寬：包括適合于提供廣域覆蓋的1GHz以下頻段，也包括較高的用于支撐移動寬帶的6GHz以下頻段，還包括支持極端帶寬需求的6GHz以上和毫米波頻段。此外，5G將支持授權(quán)頻譜、共享授權(quán)頻譜和免授權(quán)頻譜多種方式。例如，5GHz和未來的60GHz免授權(quán)頻段可以作為授權(quán)頻譜和共享授權(quán)頻譜的補充支持5G業(yè)務(wù)。

4 5G系統(tǒng)設(shè)計

5G將利用最新的技術(shù)進一步提供一個適用于不同使用案例的系統(tǒng)，同時保持了優(yōu)秀的成本和能耗效率。表1列出了幾種技術(shù)設(shè)計目標(biāo)和它們對5G空中接口和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的影響。

5G將采納一個統(tǒng)一的空中接口（UAI）設(shè)計，使多種無線接口技術(shù)可以在一個共同的框架下支持不同的需求和頻譜類型。例如，為能耗和鏈路預(yù)算優(yōu)化的信號格式可以支持物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。又如，為低延遲優(yōu)化的復(fù)用技術(shù)可以支持關(guān)鍵任務(wù)業(yè)務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)和關(guān)鍵任務(wù)業(yè)務(wù)將會在統(tǒng)一的空中接口框架下共存。

圖4描述了包括多種信號格式、同步機制、多址設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的5G統(tǒng)一空中接口概念。

在核心網(wǎng)側(cè)，5G應(yīng)設(shè)有一個分布式的、靈活的、可擴展的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)，以降低整體成本、延遲、對回傳的要求和能量消耗，并且支持各種部署模型。

可以預(yù)期，網(wǎng)絡(luò)功能的虛擬化將被廣泛采用，以降低成本并能支持基于業(yè)務(wù)需要和使用案例的分布式網(wǎng)絡(luò)功能部署。例如，如果用戶不要求移動性支持，可以動態(tài)地將控制面功能推送至網(wǎng)絡(luò)邊緣來實現(xiàn)按需定制的移動性；反之，讓用戶和控制平面更加靠近用戶以便減少延遲，這對很多新興服務(wù)至關(guān)重要。

此外，5G網(wǎng)絡(luò)將能夠支持包括4G、5G和Wi-Fi在內(nèi)的多連接技術(shù)。多連接技術(shù)可以確保無縫覆蓋，并允許分階段推出5G服務(wù)以充分利用運營商現(xiàn)有的4G資產(chǎn)。圖5中，多模終端與宏小區(qū)/微小區(qū)之間同時擁有4G、5G（同時工作在低于和高于6GHz的頻帶，包括毫米波）和Wi-Fi連接。

表1 部分技術(shù)設(shè)計目標(biāo)及對5G設(shè)計的影響

5 結(jié)束語

智能手機和移動寬帶業(yè)務(wù)正在迅速發(fā)展，以支持更多創(chuàng)新和有苛刻要求的應(yīng)用程序，而且這種趨勢有望繼續(xù)。與此同時，多個垂直行業(yè)出現(xiàn)了很多新應(yīng)用，它們的需求各不相同，在某些情況下甚至還需要支持關(guān)鍵任務(wù)。為了高效地支持這些不同的使用案例，5G網(wǎng)絡(luò)必須提供前所未有的性能和用戶體驗。5G系統(tǒng)還應(yīng)該足夠靈活以適應(yīng)不同的需求，能夠利用廣泛的無線頻譜，并且可以更高的成本/能耗效率提供服務(wù)。本文對5G移動通信網(wǎng)絡(luò)新興的應(yīng)用和關(guān)鍵特征進行了概述。

5GVision

Mobilecommunicationhasmadealeapevery10yearssincetheintroductionofthefirstgenerationsystemsinthe 1980’s.Today,4G LTE support high-speed mobile broadband service that makes possible a rich set of smartphone applications,from streaming video,social networking,to online gaming.Going forward,mobile communication will continue its evolutiontoenablenextgenerationapplicationswithunprecedentedlevelofuserexperienceonevenmoredevicetypes.Itis alsoexpectedthattheuseofmobilecommunicationwillexpandtonewindustryverticals,suchasautomotive,healthandfitness,withdiverseand,insomecases,highlydemandingusecasesandrequirements.Toenabletheabovescenarios,thenext generation 5G mobile communication network should empower new user experience,enable new services and devices,and connectnewindustries.Furthermore,5Gmustbeabletomakeuseofdiversespectrumbandsandtypes,andbeabletodeliver newservicesinanaffordableandenergyefficientapproach.QualcommTechnologies,Inc.isdevelopingaunified5Gsystem designwithsignificantincreaseinperformance,scalability,adaptability,andcost/energy-efficiencytomeetthesechallenges.

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圖5 5G統(tǒng)一的空中接口概念

2015-04-30）