1、摘,要,5G 致力于應(yīng)對 2020 后多樣化差異化業(yè)務(wù)的巨大挑戰(zhàn)，滿足超高速率、超低時延、高速移動、高能效 和超高流量與連接數(shù)密度等多維能力指標(biāo)。FuTURE 論壇 5G 特別興趣組（SIG）圍繞著“柔性、綠色、極 速”的 5G 愿景，以“5+2”技術(shù)理念，重新思考 5G 網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計原則：,1) 2) 3) 4) 5) 6) 7),香農(nóng)理論再思考（Rethink Shannon）：為無線通信系統(tǒng)開啟綠色之旅 蜂窩再思考（Rethink Ring 一個連接性業(yè)務(wù)被定義成定制化的軟件定義功能，這 些功能管轄地理覆蓋區(qū)、持續(xù)時間、容量、速度，時延，魯棒性、安全性。 網(wǎng)絡(luò)切片的概念并不是一個新的概念;

2、例如 AVPN，就是一個網(wǎng)絡(luò)切片的基本版本。但廣泛的使用案 例和未來網(wǎng)絡(luò)需要支持的更嚴(yán)格的要求表明表明，在 5G 的背景下網(wǎng)絡(luò)切片將被在全新層面定義，更像是 按需網(wǎng)絡(luò)。 切片網(wǎng)絡(luò)的好處不只是提供一個廣泛的連接服務(wù)對任何一個行業(yè)，而且可以確保據(jù)此進(jìn)行計費的使用 這些服務(wù)。切片網(wǎng)絡(luò)提供了更深入地了解網(wǎng)絡(luò)資源的使用，因為每個切片被定制去匹配業(yè)務(wù)所需的復(fù)雜度。 下面是幾個應(yīng)用實例。 一個公用事業(yè)公司，例如，需要連接它的智能電表。這種需要被轉(zhuǎn)化成一個網(wǎng)絡(luò)切片，這個網(wǎng)絡(luò)切片 連接了多個給定時間下能夠下載狀態(tài)更新的有延遲和數(shù)據(jù)速率的 M2M 設(shè)備。該服務(wù)的安全級別為中等， 并且它是要求高可用性和高可靠性的數(shù)

3、據(jù)類的服務(wù)。具有較高級別的安全性，更長的持續(xù)時間或增加的可 靠性相關(guān)的額外的網(wǎng)絡(luò)功能可以被配置以適合應(yīng)用的需要。 同樣的公用事業(yè)公司可能需要連接其故障的傳感器。 網(wǎng)絡(luò)片用于這種類型的服務(wù)需要能夠從系統(tǒng)中 的所有的 M2M 設(shè)備接收二十四時鐘狀態(tài)指示器。這個用例需要單數(shù)據(jù)覆蓋，具有高可用性和魯棒性，中 的安全性和延遲。 再有，根據(jù)使用情況，一個網(wǎng)片提供此連接性服務(wù)可以用不同的網(wǎng)絡(luò)的功能配置成較高級別的安全性， 或接近零延遲 26,26,未來移動通信論壇 5G 白皮書,27,運營商希望提供所有在特定國家用戶使用它的具有非常高吞吐量的視頻流媒體業(yè)務(wù)。高數(shù)據(jù)傳輸速度,和低延遲是這個網(wǎng)絡(luò)切片的主要要求。

4、某些關(guān)鍵任務(wù)服務(wù)可能需要在緊急情況下快速訪問網(wǎng)絡(luò)的容量或覆,蓋在緊急情況下。這樣的用例可以通過協(xié)定來預(yù)先安排和根據(jù)需要由運營商提供。這個用例的重要方面是,業(yè)務(wù)協(xié)議。,網(wǎng)絡(luò)切片的概念需要許多關(guān)鍵使能技術(shù)來提供。SDN，NFV 和云技術(shù)使網(wǎng)絡(luò)從他們的底層物理基礎(chǔ),設(shè)施的分開，使他們可以通過編程，來提供業(yè)務(wù)連接。性質(zhì)上變化很大的設(shè)備將需要以一個智能的方式使,用連接，以最小的信令，最大的睡眠周期和簡化的數(shù)據(jù)發(fā)送，只發(fā)送所需的給定業(yè)務(wù)的信息。網(wǎng)絡(luò)切片需,要提供端到端的安全性，以便確保從多個來源被搗碎的業(yè)務(wù)的可信任。網(wǎng)管系統(tǒng)需要適應(yīng)貨幣化各種各樣,使用連接的設(shè)備類型。網(wǎng)絡(luò)將需要能夠同時支持多個 RAT，而

5、且無線電環(huán)境需要支持業(yè)務(wù)的靈活性，同時,保持了成本和能源消耗的控制。,3.3.5. 網(wǎng)絡(luò)能力開放,網(wǎng)絡(luò)能力的開放應(yīng)結(jié)合具體業(yè)務(wù)場景，并綜合考慮第三方應(yīng)用平臺在系統(tǒng)架構(gòu)及業(yè)務(wù)邏輯方面的差異,性，從而實現(xiàn)簡單友好的開放。此外，網(wǎng)絡(luò)能力開放必須具有足夠的靈活性，隨著網(wǎng)絡(luò)功能的進(jìn)一步豐富，,網(wǎng)絡(luò)能力可向第三方應(yīng)用實現(xiàn)持續(xù)開放，而不必對第三方平臺及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)自身進(jìn)行復(fù)雜的改動。網(wǎng)絡(luò)能力,開放主要包括：（1）網(wǎng)絡(luò)及用戶信息開放，（2）無線業(yè)務(wù)及網(wǎng)絡(luò)資源開放，（3）網(wǎng)絡(luò)計算資源開放。,具體來說，網(wǎng)絡(luò)信息開放包括：單個蜂窩的負(fù)載信息、鏈路質(zhì)量的實時及統(tǒng)計信息（CQI、SINR、,BLER）、網(wǎng)絡(luò)吞吐量的實時及統(tǒng)

6、計信息、移動用戶的定位信息等。無線業(yè)務(wù)及網(wǎng)絡(luò)資源開放主要指：短,消息業(yè)務(wù)能力、業(yè)務(wù)質(zhì)量調(diào)整（QCI）等。網(wǎng)絡(luò)計算資源開放指的是無線網(wǎng)絡(luò)可將自身的計算能力以基礎(chǔ),設(shè)施（IaaS：Infrastructure as a Service）的形式提供給第三方應(yīng)用以便于其在無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，尤其是網(wǎng)絡(luò)邊,緣直接部署業(yè)務(wù)環(huán)境。,網(wǎng)絡(luò)能力開放需要對第三方應(yīng)用平臺保持友好性從而使得開放變得簡單直觀。鑒于目前移動應(yīng)用大部,分基于 web 方式實現(xiàn)，可考慮將網(wǎng)絡(luò)能力拆分為可通過 HTTP 操作的邏輯資源，并且嵌入特定的 HTTP 會,話內(nèi)隨業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)一起交付。這樣，第三方應(yīng)用平臺，尤其是目前主流的移動應(yīng)用提供商，可基于

7、已有的生,產(chǎn)環(huán)境方便調(diào)用運營商開放的網(wǎng)絡(luò)能力，而無需修改自身的系統(tǒng)架構(gòu)及業(yè)務(wù)邏輯。具體的實現(xiàn)方式包括：,（1）HTTP 頭改寫（HTTP Header Enrichment），（2）HTTP 頭識別，（3）URL 改寫（URL Enrichment），,（4）URL 識別。,27,28,（,未來移動通信論壇 5G 白皮書 HTTP 頭改寫主要指，在 HTTP 請求/響應(yīng)頭內(nèi)加入特定的 key-value 字段。HTTP 頭識別指對 HTTP 請求/響應(yīng)頭內(nèi)特定 key-value 字段進(jìn)行識別。URL 改寫指通過對 URL 的 Query 字段添加內(nèi)容。URL 識別 指對 URL 內(nèi)的特定內(nèi)容

8、進(jìn)行識別。 HTTP 頭改寫及 URL 改寫主要用于網(wǎng)絡(luò)及用戶信息的開放，無線網(wǎng)絡(luò)可將特定內(nèi)容插入 HTTP 頭或 URL 內(nèi)，從而實現(xiàn)對第三方應(yīng)用的信息開放。HTTP 頭識別及 URL 識別用來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)及網(wǎng)絡(luò)資源分 配能力的開放，無線網(wǎng)絡(luò)通過識別 HTTP 頭或 URL 內(nèi)的特定字段，確定是否需要向該業(yè)務(wù)開放特定的網(wǎng) 絡(luò)能力。比如，為指定的 HTTP 數(shù)據(jù)流提供更多的網(wǎng)絡(luò)資源保證其用戶體驗。 基于安全性考慮，無線網(wǎng)絡(luò)只能向經(jīng)過認(rèn)證的第三方應(yīng)用開放網(wǎng)絡(luò)能力。因此第三方應(yīng)用提供商必須 通過特定的控制接口為特定的業(yè)務(wù)申請可開放的網(wǎng)絡(luò)能力，且運營商的BOSS Business & Operati

9、on Support System）系統(tǒng)需要記錄相應(yīng)的業(yè)務(wù)標(biāo)識及具體開放方式。比如，電子商務(wù)網(wǎng)站可要求無線網(wǎng)絡(luò)在其支付頁 面交付給用戶的同時，由基站向用戶終端發(fā)送認(rèn)證短信。在上述過程里，電子商務(wù)服務(wù)商需要首先向運營 商注冊其支付頁面的 URL，且注明該 URL 需要利用無線網(wǎng)絡(luò)的短信功能。運營商在完成相應(yīng)的認(rèn)證操作 后，控制網(wǎng)絡(luò)為該 URL 開通短信發(fā)送功能。 圖 3.11 描述了網(wǎng)絡(luò)能力開放系統(tǒng)的架構(gòu)。API 引擎負(fù)責(zé)分析 HTTP 會話的上下文，具體來說，即解 析 HTTP 請求/響應(yīng)頭及 URL。根據(jù)解析結(jié)果， API 引擎將繼續(xù)查詢業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫以確定具體的網(wǎng)絡(luò)能力開放 方式。接著，API

10、 引擎通過無線控制器驅(qū)動無線網(wǎng)絡(luò)對特定業(yè)務(wù)進(jìn)行相應(yīng)的能力開放。第三方應(yīng)用提供商 則需要事先在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫內(nèi)對指定的業(yè)務(wù)進(jìn)行認(rèn)證注冊，并注明其需要獲得開放的網(wǎng)絡(luò)能力。 API 引擎可部署于 PDN 網(wǎng)關(guān)或者本地網(wǎng)關(guān)。通過驅(qū)動無線控制器進(jìn)行路由控制，API 引擎可將網(wǎng)絡(luò) 內(nèi)的 web 流量導(dǎo)入其內(nèi)部。為了應(yīng)對無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)激增的 web 流量，API 引擎可分布式部署于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的多個 位置以實現(xiàn)負(fù)載均衡。,28,API引擎,業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫,HTTP數(shù)據(jù)流,未來移動通信論壇 5G 白皮書 認(rèn)證注冊 查詢,驅(qū)動,圖 3.11 網(wǎng)絡(luò)能力開放系統(tǒng)架構(gòu) 為了實現(xiàn)上述網(wǎng)絡(luò)能力開放架構(gòu)，5G 網(wǎng)絡(luò)需支持靈活的網(wǎng)絡(luò)控制功能，

11、尤其在 QoS 策略控制方面， 應(yīng)打破傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)只支持端到端的控制方式，實現(xiàn)基于特定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點（例如，基站）的 QoS 策略控制。具體 來說，無線控制器可作為 QoS 控制網(wǎng)元引入 5G 網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)對各網(wǎng)元的 QoS 策略調(diào)整，而對具體的網(wǎng)元 而言，則需要定義新的控制接口，以確保其能夠接受無線控制器的調(diào)控指令。 網(wǎng)絡(luò)能力開放必須受到嚴(yán)格的控制，特定的信息及資源只能向授權(quán)的指定業(yè)務(wù)或用戶開放，且能力開 放應(yīng)不影響網(wǎng)絡(luò)及其他業(yè)務(wù)的正常運行。因此，對于網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)及資源開放而言，需要設(shè)定可控的門限以避 免惡意用戶的侵入。 3.3.6. 多連接與多空口 多連接是指對給定用戶配置至少兩個不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的無線資

12、源的操作。多連接的出發(fā)點主要為以下 幾個方面：, ,速率增強(qiáng) 魯棒性連接以降低連接錯誤、保證連續(xù)的 QoS 無縫移動性以保證“0”切換中斷 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下用戶被連接至頻率層以提供附加的容量但卻不必提供廣域覆蓋和移動下的性能優(yōu)化 29,29,未來移動通信論壇 5G 白皮書 提供多連接服務(wù)的小區(qū)可以工作在相同頻率下也可以工作在不同頻率下，使用相同的 RAT 或不同的 RAT。在相同頻率下，用戶被連接至工作在相同頻率下的兩個或多個小區(qū)并使用相同的 RAT。這些小區(qū)可 以采用集中式的布局或通過回傳相互連接。這種多連接可以通過多個廣區(qū)域小區(qū)的多連接保證無縫移動性， 或通過多個高頻段的熱點小區(qū)的多連接提升鏈路

13、可靠性。 對于不同頻率下的多連接，互連的小區(qū)工作于不同載波頻率下并使用相同的 RAT。在目前的系統(tǒng)中， 多頻多連接被認(rèn)為是一種提升系統(tǒng)吞吐率的有效方式。3GPP 已經(jīng)明確了集中式小區(qū)下的載波聚合和非集 中式小區(qū)下的非理想回傳下的雙連接。考慮到 5G 更多樣的頻譜操作，這些技術(shù)仍將用于 5G 系統(tǒng)中。關(guān) 于載波聚合，由于 5G 小區(qū)工作在低頻段和高頻段，這將需要配置更多的參數(shù)，如：傳輸時間間隔、時間 提前量等。同時，可能還需要優(yōu)化協(xié)議棧，以便于不同的配置和不同的無線資源管理。類似的，考慮到 5G 系統(tǒng)靈活的傳輸配置和多樣的回傳，在新的 5G 架構(gòu)下需要重新審視 LTE 雙重連接中的數(shù)據(jù)負(fù)載拆分操

14、作。 控制層的多連接傳輸也注定要在 5G 中進(jìn)行設(shè)計。實際上，3G 系統(tǒng)中的軟切換采用了切換信號的分 集傳輸，這可能在 5G 系統(tǒng)中進(jìn)一步發(fā)展。LTE 雙連接中，采用控制面單連接的方式，這可能增加 RRC 信 號的延遲并增加小區(qū)之間的回傳信號的開銷?？紤]到 5G 系統(tǒng)的低時延要求，多連接的 RRC 信號傳輸可以 實現(xiàn)快速和高效 RRC 配置和優(yōu)化。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的 C/U 分離將繼續(xù)發(fā)揮著作用，并被應(yīng)用于 5G 宏小區(qū)和 5G 小小區(qū)之間的多連接，或者用于 4G 宏小區(qū)和 5G 小小區(qū)之間的多連接。 由于目前運營網(wǎng)絡(luò)的具有不同的配置和演進(jìn)方式，未來 5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將包含現(xiàn)有的 RAT，如 4G、

15、3G、 WLAN，以及如圖 3.12 所示的新型 RAT。在 3GPP 版本 12 中，已經(jīng)明確了 LTE 與 WLAN 之間的交互運 行方式。此外，對于正在進(jìn)行的 LTE 和 WLAN 聚合的研究，正試圖通過探索加強(qiáng)底層合作，以改善整個 系統(tǒng)的性能?？梢灶A(yù)見，為提升網(wǎng)絡(luò)運營效率和用戶體驗質(zhì)量，5G 中多種 RAT 的融合將十分必要。,圖 3.12 5G 架構(gòu)下多 RAT 融合 多種 RAT 下的無線接入網(wǎng)通常需要定義多種協(xié)議結(jié)構(gòu)并采用多種傳輸技術(shù)。這也導(dǎo)致了需要進(jìn)行多 種信號的設(shè)計。在新的 5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，需要一些統(tǒng)一的信號以支持不同網(wǎng)絡(luò)之間的信號傳輸。另一方面 30,30,未來移動通信論

16、壇 5G 白皮書,31,是不同 RAT 的網(wǎng)絡(luò)之間的垂直切換。其特點是需要適合不同種類的服務(wù)、不同種類的 QoS 要求、不同種,類的用戶。此外需要考慮的是，為提升整體效率，不同無線接入網(wǎng)下的無線資源管理。5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)應(yīng)具,有從多信息源收集信息的能力、具有為用戶提供基于多種網(wǎng)絡(luò)下多種決策特性提供最佳接入選擇的能力，,并能夠克服乒乓效應(yīng)。,上文提到的多連接技術(shù)可以被用于不同的 RAT。為了更高效的利用無線資源，需要一種統(tǒng)一的架構(gòu)，,以支持不同網(wǎng)絡(luò)間（包括通用接口和回傳鏈路）的信號和數(shù)據(jù)傳輸。,3.3.7. D2D,近年來，設(shè)備間直接通信技術(shù)（D2D）吸引了越來越多的商業(yè)興趣，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作正在

17、3GPP 和,WiFi 聯(lián)盟進(jìn)行中。包含 D2D 等新功能的 5 G 系統(tǒng)設(shè)計中充分考慮了如何提高系統(tǒng)的靈活性和提升系統(tǒng)潛,在的性能。下文詳細(xì)闡述了通過5G系統(tǒng)的D2D技術(shù)和更普遍的自組織通信技術(shù)實現(xiàn)的一些新的用戶案例。,車聯(lián)網(wǎng)。目前，大量的汽車已經(jīng)配備了 3G / 4G 調(diào)制解調(diào)器并可以作為蜂窩網(wǎng)絡(luò)的終端進(jìn)行工作。我,們預(yù)測，在 5G 時代，車輛將被更緊密地集成到蜂窩網(wǎng)絡(luò)并發(fā)揮更重要的作用。首先，與普通手機(jī)相比，,車輛沒有了耗電限制，并有更多的空間安裝多個天線。這使得車輛可能成為采用無線回傳的微基站。作為,移動微基站的一種，汽車微基站可以擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋并為附近的人群提供更好的網(wǎng)絡(luò)。同時微基站也

18、會讓車,內(nèi)的人受益，它可以補(bǔ)償由金屬玻璃膜引起的信號劇烈衰減，改善車內(nèi)終端的體驗。其次， DSRC 技術(shù)可,以在 5.9GHz 建立車輛之間（V2V）和車輛和網(wǎng)絡(luò)之間（V2I）通信。DSRC 的第一個應(yīng)用例是碰撞規(guī)避，,但隨后衍伸至其他非安全應(yīng)用領(lǐng)域。通過授權(quán)頻譜為車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)提供 D2D 通信將是 5G 一個重要機(jī)會。相,對于 DSRC，工作在授權(quán)頻譜的 D2D 技術(shù)可以提供更好的干擾管理和服務(wù)質(zhì)量保證。在提供較高安全性的,應(yīng)用之外，5G 技術(shù)可以通過提供車與車之間和車與通信設(shè)施之間的低時延高可靠通信技術(shù)為汽車自動駕,駛功能提供助力。第三，對于信息娛樂和其他目的應(yīng)用，汽車可以提供遠(yuǎn)超普通電話的

19、硬盤存儲空間。通,過利用大數(shù)字存儲空間，采用 D2D 技術(shù)可以形成車隊內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（V-CDN）。具備高帶寬車聯(lián)網(wǎng)通信,能力的車輛，可以在停車場和道路上在經(jīng)過時交換存儲內(nèi)容。,多跳無線邊緣網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)有的蜂窩系統(tǒng)已經(jīng)定義了通過中繼擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)覆蓋的機(jī)制，但是目前的架構(gòu)并不,能很輕易的擴(kuò)展為多跳網(wǎng)絡(luò)。D2D 技術(shù)可以為未來網(wǎng)絡(luò)提供一個干凈的構(gòu)建基礎(chǔ)，以搭建更具有普遍性的,多跳覆蓋延伸網(wǎng)絡(luò)。此外，如果提供多跳覆蓋的節(jié)點同時可提供很多與其他節(jié)點的連接，它們可以形成無,線邊緣網(wǎng)絡(luò)，為邊緣節(jié)點和固定網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施之間提供更多的連接，從而增加在覆蓋延伸區(qū)域連接的魯棒,性。需要注意的是，應(yīng)用層服務(wù)供應(yīng)商已經(jīng)開始研究和

20、開發(fā)使用網(wǎng)絡(luò)覆蓋技術(shù)為對等節(jié)點提供這種多跳網(wǎng),絡(luò)服務(wù)了。作為運營商 5G 網(wǎng)絡(luò)的一部分，多跳功能將得到 5G 蜂窩系統(tǒng)天然的支持，并取得更好的性能。,31,未來移動通信論壇 5G 白皮書,32,未來的無線邊緣域可以提供更多直接訪問本地內(nèi)容和服務(wù)的機(jī)會。例如，網(wǎng)絡(luò)邊緣內(nèi)容緩存可以減少,從遠(yuǎn)端節(jié)點讀取帶來往返延遲并相應(yīng)的增加網(wǎng)絡(luò)吞吐量。更有想象力的觀點認(rèn)為如果能夠直接訪問由對等,節(jié)點提供的服務(wù)和存儲的內(nèi)容，相關(guān)的運營商和廠商將會獲得新的商業(yè)機(jī)會。,網(wǎng)絡(luò)密集化和毫米波網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)密集化是指包括在路燈，建筑幕墻和電線桿等位置部署微型基站?？?慮到毫米波特性（由于信號阻塞/吸收而引起較大的路徑損耗和陰影衰

21、落）和毫米波頻段較弱的功率放大器,能力，網(wǎng)絡(luò)密集化對毫米波基站非常重要。為這些微小區(qū)提供有線回傳可能產(chǎn)生高昂的成本，無線回傳技,術(shù)提供了一種可行的解決方案。毫米波小區(qū)的覆蓋往往呈現(xiàn)不規(guī)則的形狀，并具有隨環(huán)境衰落變化而變化,的時變特性。例如，在車輛經(jīng)過時毫米波基站與終端之間的視距傳播可能會被暫時中斷，終端甚至可能會,被切換到另一臨近的毫米波基站。這種情況下，毫米波無線回傳就不僅僅是將邊緣基站連接起來，它還把,邊緣基站通過無線回傳組成了一個網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)，并通過提供空間分集提高了連接的魯棒性。,MTC 和 IoT。5G 提供了一個更好地支持各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的機(jī)會。當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)大多通過工作在非授,權(quán)頻譜的

22、D2D、中繼和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供服務(wù)，我們期待 5G 的 D2D 通信可以通過擴(kuò)展蜂窩網(wǎng)絡(luò)的方式改,善物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)。,采用僵化的分層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的 4G 移動網(wǎng)絡(luò)將很難有效且充分地支持上文動機(jī)部分提出的新用戶案例。,為此，我們需要在 5G 技術(shù)中將自組織網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)集成到蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，下文詳述了新技術(shù)可能面臨,的挑戰(zhàn)。,首先，自組織網(wǎng)絡(luò)的特性會使得網(wǎng)絡(luò)受到的干擾呈現(xiàn)出非常不規(guī)則的拓?fù)?，且干擾信號動態(tài)范圍很大。,例如，一個試圖與遠(yuǎn)端節(jié)點通信的節(jié)點可能會對周邊節(jié)點產(chǎn)生巨大的干擾。5G 自組織網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在設(shè)計中,必須解決該問題。此外，如果自組織網(wǎng)絡(luò)與蜂窩通信共享同一頻譜，我們還必須處理這兩者之間的干擾。,

23、另一個挑戰(zhàn)是終端功耗。在 D2D 和自組織網(wǎng)絡(luò)通信的很多用戶案例中，通信連接兩端的終端都是由,電池供電的。因此，5G 自組織通信協(xié)議設(shè)計中需要考慮為通信終端和其它潛在終端優(yōu)化功率效率。為了,對應(yīng)這些挑戰(zhàn)，下面的技術(shù)設(shè)計原則需要關(guān)注。,首先，自組織網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)現(xiàn)和通信機(jī)制需要獨立設(shè)計。5G 網(wǎng)絡(luò)將支持多樣的服務(wù)，其中的發(fā)現(xiàn)功能,主要指服務(wù)類型的發(fā)現(xiàn)。服務(wù)類型包括：擁有無線或有線回傳的終端可以提供 D2D 中繼服務(wù)，擁有大量,計算能力的終端可以提供計算服務(wù)，支持海量存儲的終端可以提供內(nèi)容分發(fā)服務(wù)等。通信機(jī)制設(shè)計主要考,慮通信時間可能較長、傳輸速率較高；而發(fā)現(xiàn)機(jī)制需要優(yōu)先考慮終端的功率效率。這些不同類

24、型的服務(wù)首,先需要通過優(yōu)化的發(fā)現(xiàn)機(jī)制被發(fā)現(xiàn)，然后通過高效的通信機(jī)制交換信息并提供或獲得服務(wù)。,所有節(jié)點之間的時間同步有助于各節(jié)點節(jié)省電力。特別是在發(fā)現(xiàn)階段，相互同步的節(jié)點可以精確的知,曉在何時發(fā)送或收聽同步信號，以便延長的休眠周期。同步可能是來自一些如 GPS 或基站的外部定時源，,或通過某些分布式同步機(jī)制從相鄰節(jié)點獲得同步。,32,核心網(wǎng),EP,未來移動通信論壇 5G 白皮書 D2D 是 5G 通信系統(tǒng)的一項重要的技術(shù)。引入 D2D 特性和功能，通過支持新的使用案例、服務(wù)和方 案，可以為運營商管理的網(wǎng)絡(luò)提供新的業(yè)務(wù)機(jī)會。在 D2D 特性和功能的設(shè)計之初就應(yīng)充分考慮高效和高 性能的通信機(jī)制，以

25、確保未來可以被很好地與其它 5G 技術(shù)整合、協(xié)調(diào)。 3.3.8. 動態(tài)網(wǎng)絡(luò) 動態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)用于滿足 5G 系統(tǒng)兩方面需求：在低時延高可靠性場景降低端到端時延，提高傳輸可 靠性；在低功耗大連接場景延伸網(wǎng)絡(luò)覆蓋和接入能力。動態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)是一種分布式網(wǎng)絡(luò)，在系統(tǒng)架構(gòu)方 面具有支持更高的靈活型，可擴(kuò)展性和健壯性的特點。 新型業(yè)務(wù)帶來的嚴(yán)格時延需求來自移動物聯(lián)網(wǎng)下區(qū)域性部署的機(jī)器類終端場景，要求網(wǎng)絡(luò)側(cè)時延幾乎 可以忽略，如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。分布式網(wǎng)絡(luò)相比傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)具有明顯優(yōu)勢。動態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)具有如下特點：基 于蜂窩網(wǎng)控制和/或使用蜂窩網(wǎng)資源；具有區(qū)域自主性：包括控制、管理和傳輸功能本地化；區(qū)域內(nèi)靈活自 組織、

26、自管理；網(wǎng)絡(luò)功能和角色、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭討B(tài)配置（如控制中心功能位置的靈活化等）。在動態(tài)自組 織網(wǎng)絡(luò)中，終端可以以簇為單位進(jìn)行管理和傳輸，頭節(jié)點作為簇管理控制節(jié)點，一個簇下的多個末端節(jié)點 根據(jù)位置、類型、業(yè)務(wù)需求等靈活組織。 與基站的連接,本地空口傳輸 控制面接口,外部網(wǎng)絡(luò) （例如，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，工廠本 地網(wǎng)絡(luò)等）,基站 Cluster1,蜂窩網(wǎng),Cluster2 EP DSC,EP,EP,EP,Cluster3 EP EP,DSC EP,分布式動態(tài)網(wǎng)絡(luò) 終端（EP） 本地控制中心 （DSC）,EP 圖 3.13 動態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)組織方式 33,33,未來移動通信論壇 5G 白皮書,34,1. 控制面設(shè)

27、計,不同于傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)在控制面設(shè)計上的中心式控制方案，為了滿足垂直行業(yè)個性化通信需求，動態(tài)自,組織網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行一系列的網(wǎng)絡(luò)靈活性增強(qiáng)。,控制、管理功能的下移與可配置：引入本地控制功能，如設(shè)置本地控制中心，降低控制面延遲，包括,連接建立延遲。將控制面功能下沉到本地網(wǎng)絡(luò)，可以有效降低運營商核心網(wǎng)控制面負(fù)載。通過將控制面功,能的下移和控制面功能可定制結(jié)合，更好貼合垂直行業(yè)具體場景，例如對于工廠流程自動化場景，終端通,常是固定的，或者僅在工廠區(qū)域移動，在這種情況下移動性管理過程可以極大簡化。,動態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)的基本單位是簇，每個簇有且僅有一個簇頭節(jié)點，簇頭節(jié)點可以是高能力終端，也可,以是普通終端（如降低成本

28、終端），但優(yōu)先由高能力終端擔(dān)任。在一定區(qū)域內(nèi)（例如智能工廠中），多個,簇共同組成一個本地網(wǎng)絡(luò)或稱為一個本地網(wǎng)片。本地網(wǎng)絡(luò)由一個邏輯上的分布式服務(wù)中心（DSC）功能負(fù),責(zé)管理。 DSC 可對網(wǎng)絡(luò)層面參數(shù)進(jìn)行配置（例如，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識配置，載波配置，幀結(jié)構(gòu)配置，導(dǎo)頻配置等），,安全層面的基本參數(shù)進(jìn)行配置（例如，當(dāng)前網(wǎng)片采用的安全機(jī)制，加密算法），簇成員管理方面（例如，,為簇成員分配網(wǎng)絡(luò) ID，對簇成員進(jìn)行身份驗證等）。,安全方案可定制：不同于傳統(tǒng)移動寬帶系統(tǒng)采用的單一安全架構(gòu)設(shè)計，在安全機(jī)制方面，不同的垂直,行業(yè)，或者即使相同的行業(yè)的用戶可能要求采用定制化的安全方案，從而減小對已部署的工廠自動控制系,統(tǒng)

29、的影響，實現(xiàn)平滑演進(jìn)，因此在對簇成員的身份驗證，加密完整性保護(hù)方面，需要適配實際場景對安全,方案的需求，從而實現(xiàn)“本地網(wǎng)片”安全策略可配置的技術(shù)效果（例如，智能工廠的網(wǎng)絡(luò)管理人員可以通過,分布式服務(wù)中心 DSC 功能，對工廠使用的安全策略做動態(tài)配置）。為了實現(xiàn)安全方案和安全策略的靈活,可配置，網(wǎng)絡(luò)需要能夠靈活配置安全功能管理實體在網(wǎng)絡(luò)中的位置（例如在工廠本地網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，或在運營商,網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容）。,基于群組的托管設(shè)計: 例如在工廠自動化通信場景下，終端設(shè)備通過接入到本地網(wǎng)絡(luò)從而形成一個群,組或簇，簇內(nèi)成員節(jié)點在設(shè)備形態(tài)方面可能是機(jī)器人，機(jī)械臂或各種傳感器，執(zhí)行器類設(shè)備。一方面這類,現(xiàn)場設(shè)備在數(shù)量和密度

30、上可能非常高，因此如果將簇成員或組成員的管理功能放在傳統(tǒng)運營商核心網(wǎng)會造,成核心網(wǎng)負(fù)載過高和信令風(fēng)暴的問題，因此需要一種基于“分布式托管思想”對簇成員或組成員進(jìn)行管理方,案。一種實現(xiàn)方式是由本地網(wǎng)絡(luò)中的分布式服務(wù)中心 DSC 或簇頭節(jié)點負(fù)責(zé)對“本地網(wǎng)片”內(nèi)的簇成員或組成,員設(shè)備進(jìn)行管理，簇成員設(shè)備本身對于運營商網(wǎng)絡(luò)可以不直接可見，簇或組作為一個整體對運營商核心網(wǎng),可見，運營商網(wǎng)絡(luò)可以通過簇頭節(jié)點或分布式服務(wù)中心 DSC 間接獲得簇成員或組成員狀態(tài)，激活業(yè)務(wù)類,型，以及分布式動態(tài)網(wǎng)絡(luò)整體運行方面的信息。,34,未來移動通信論壇 5G 白皮書,35,在計費策略方面，可針對本地化群組通信的特點，設(shè)計

31、基于特定群組或群組用戶的計費策略（例如把,整個工廠作為一個群組用戶，工廠中所用的通信功能的設(shè)備包括傳感器，機(jī)器人，手持設(shè)備都屬于這個群,組）。,2. 用戶面設(shè)計,在傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，終端必須通過基站（Base Station）和蜂窩網(wǎng)網(wǎng)關(guān)功能（Gateway Function）,才能與目標(biāo)端進(jìn)行通信，在這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，終端在獲得數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)前必須首先選擇一個服務(wù)基站，并,與服務(wù)基站建立并保持連接。而在動態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)中，任何接入網(wǎng)節(jié)點（包括高能力終端，微型基站，宏,基站）都具備數(shù)據(jù)存儲與路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，動態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點都具備無線信號收發(fā)能力，并且每,個節(jié)點都可以與一個或者多個相鄰節(jié)點通

32、過無線方式進(jìn)行直接通信，整個動態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié),構(gòu)和特征。低能力終端（例如無線觸感器，機(jī)械控制裝置）等可以通過動態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)訪問本地與服務(wù)器，,出于成本考慮，低能力終端不支持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲于路由轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點，因此只能充當(dāng)整個動態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)的末端,節(jié)點。動態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)可應(yīng)用智能工廠通信，以及智能交通通信等垂直行業(yè)應(yīng)用場景。,在動態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)中，任何節(jié)點間（例如，終端與終端，終端與基站，基站與基站）均通過無線方式,進(jìn)行通信，無需任何布線工作，并具有支持分布式網(wǎng)絡(luò)所提供的冗余機(jī)制和重新路由的功能特點。在動態(tài),自組織網(wǎng)絡(luò)中，添加任何新節(jié)點（例如終端或基站），只需要簡單地接上電源就可以，節(jié)點可以自動進(jìn)

33、行,自我配置，并確定最佳的多跳傳輸路徑。動態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)的主要具有如下優(yōu)點。,部署靈活：在動態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)部署方面，只需要將動態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)節(jié)點（例如終端或微型基站）放置,到目標(biāo)區(qū)域，節(jié)點便可以自動進(jìn)行自我配置，自動建立并維護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系，并確定最佳的多跳傳輸路徑，,從而大大降低了網(wǎng)絡(luò)部署成本，加快網(wǎng)路部署速度。,支持多跳：動態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)支持多跳傳輸，與發(fā)射終端有直接視距的接收終端先接收無線信號，然后,再將接收到的信號轉(zhuǎn)發(fā)給非直接視距的終端。按照這種方式，數(shù)據(jù)包能夠自動選擇最佳路徑不斷從一個用,戶跳轉(zhuǎn)到另一個用戶，并最終到達(dá)無直接視距的目標(biāo)終端。動態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)能夠通過多跳方式支持非視距,傳輸?shù)奶匦源?/p>

34、大擴(kuò)展了其應(yīng)用領(lǐng)域和覆蓋范圍。,高可靠性(冗余傳輸+動態(tài)路由)：動態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)通過鏈路增強(qiáng)技術(shù)，并通過支持空口多路冗余傳輸,提高空口單跳傳輸可靠性之外，還通過支持多路由數(shù)據(jù)傳輸特性提高端到端傳輸可靠性，如果某個中繼節(jié),點發(fā)生故障，數(shù)據(jù)包可動態(tài)切換到中繼節(jié)點通過備用路徑傳送，因此動態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)比傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)更加,健壯，因為它不依賴于某一個單一節(jié)點的性能，在傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，如果某一個基站出現(xiàn)故障，該基站覆,蓋區(qū)域的通信也隨之癱瘓。而在動態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)中，由于每個節(jié)點都有一條或幾條傳送數(shù)據(jù)的路徑，一旦,相鄰服務(wù)節(jié)點出現(xiàn)故障或者受到干擾，數(shù)據(jù)包將自動路由到備用路徑繼續(xù)進(jìn)行傳輸，整個動態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò),的運行

35、不會受到影響。,35,未來移動通信論壇 5G 白皮書,36,支持超高帶寬：無線通信的物理特性決定了通信傳輸?shù)木嚯x越短就越容易獲得高帶寬，因為隨著無線,傳輸距離的增加，各種干擾和其他導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失的因素隨之增加，因此選擇經(jīng)多個短跳來傳輸數(shù)據(jù)將是獲,得更高系統(tǒng)帶寬的一種有效方法，同樣動態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)可以支持更高的系統(tǒng)帶寬，此外由于短跳的傳輸距,離短，傳輸數(shù)據(jù)所需要的功率也更小，從而風(fēng)有利于實現(xiàn)綠色節(jié)能。由于使用較低功率將數(shù)據(jù)傳輸?shù)洁徑?的節(jié)點，節(jié)點之間的無線信號干擾也較小，網(wǎng)絡(luò)的信道質(zhì)量和信道利用效率大大提高，因而能夠?qū)崿F(xiàn)更高,的網(wǎng)絡(luò)容量。,4. 軟件定義空口 SDAI,4.1 SDAI 總體目標(biāo),傳

36、統(tǒng)移動通信的演進(jìn)一直以來都是以提升峰值速率和系統(tǒng)容量為主要目標(biāo)，5G 將面臨更加多樣化的,場景和極致的性能挑戰(zhàn)。采用傳統(tǒng)單一定制化的空口技術(shù)和參數(shù)設(shè)計無法滿足上述需求。面對 5G 極為豐,富的應(yīng)用場景和極致的用戶體驗需求， 5G 空口應(yīng)該具備足夠的“彈性”來適配未來多樣化的場景需求，從而,以最高效的方式滿足各場景下不同的服務(wù)特性、連接數(shù)、容量以及時延等要求。此外，未來 5G 空口設(shè)計,需要能夠?qū)崿F(xiàn)空口能力的按需及時升級，具備 IT 產(chǎn)業(yè)敏捷開發(fā)、快速迭代的特征。從某種意義上講，5G 將是“第一代多維度”通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，它將具備自我完善自我發(fā)展的能力。,軟件定義空口的目標(biāo)是建立統(tǒng)一、高效、靈活、可

37、配置的空口技術(shù)框架，可針對部署場景、業(yè)務(wù)需求、,性能指標(biāo)、可用頻譜和終端能力等具體情況，靈活的技術(shù)選擇和參數(shù)配置，形成針對 eMBB， mMTC， uMTC,應(yīng)用場景的空口技術(shù)方案，實現(xiàn)對場景及業(yè)務(wù)的“量體裁衣”，從而提高資源效率，降低網(wǎng)絡(luò)部署成本，并,能夠有效應(yīng)對未來可能出現(xiàn)的新場景和新業(yè)務(wù)需求。,4.2 SDAI 總體框架,圖 4.1 展示了靈活自適應(yīng)統(tǒng)一的軟件定義空口框架。該架構(gòu)根據(jù)應(yīng)用場景、可用頻譜、性能需求、設(shè),備能力等預(yù)先定義若干空口方案，按需選取最優(yōu)組合方案并優(yōu)化相應(yīng)參數(shù)，實現(xiàn)不同場景的空口優(yōu)化配置。,軟件定義空口框架包含幀結(jié)構(gòu)、雙工、波形、多址、調(diào)制編碼、天線等核心基礎(chǔ)模塊，各

38、模塊遵循“共性 最大化”原則，最大可能地整合共性內(nèi)容，協(xié)同工作，靈活實現(xiàn)為不同業(yè)務(wù)提供定制化的服務(wù)體驗。,軟件定義空口的挑戰(zhàn)主要來自兩方面，一是候選空口技術(shù)集合及相應(yīng)參數(shù)的選取，二是根據(jù)場景、業(yè),務(wù)及鏈路環(huán)境的空口自適應(yīng)機(jī)制。,36,未來移動通信論壇 5G 白皮書 在候選空口技術(shù)集合及相應(yīng)參數(shù)的選取上，應(yīng)該遵循靈活和高效兩大基本設(shè)計理念。靈活性體現(xiàn)在軟 件定義空口能夠提供一個足夠多樣性的技術(shù)集合和相關(guān)參數(shù)集合，使得候選技術(shù)集合中的技術(shù)能夠支撐不 同場景與業(yè)務(wù)的極端需求。高效性體現(xiàn)在技術(shù)方案的選擇需要考慮性能與復(fù)雜度的折中，一方面是技術(shù)集 中的候選技術(shù)方案的數(shù)量要控制在一定的范圍內(nèi)。另外一方面是

39、候選技術(shù)方案盡量使用統(tǒng)一的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)， 復(fù)用相關(guān)實現(xiàn)模塊，以提高資源的利用效率，降低商用化成本。例如針對多種多址接入技術(shù)，可以確定統(tǒng) 一的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，區(qū)別體現(xiàn)在碼字的使用上。針對多種波形的實現(xiàn)，則可以復(fù)用具有共性特征的信號處理模 塊，如濾波器和快速傅里葉變換。,圖 4.1 軟件定義空口技術(shù)框架 在空口自適應(yīng)機(jī)制方面，考慮到典型場景及終端類型的相對固定性，以及用戶業(yè)務(wù)類型及用戶鏈路等 的動態(tài)變化特點，空口自適應(yīng)可以考慮兩種不同時間粒度上的自適應(yīng)配置：1）根據(jù)場景和部署的需要等 進(jìn)行半靜態(tài)配置；2）針對用戶鏈路質(zhì)量、移動性、傳輸業(yè)務(wù)類型、網(wǎng)絡(luò)接入用戶量等動態(tài)變化的環(huán)境參 數(shù)進(jìn)行動態(tài)空口自適應(yīng)配置。第一

40、種半靜態(tài)配置方式，時間變化周期較長，可以通過小區(qū)廣播信道通知小 區(qū)的空口配置情況。相應(yīng)的空口配置可以針對一些 5G 典型的場景 eMBB，mMTC 和 uMTC 的需求設(shè)計相 應(yīng)的優(yōu)化空口技術(shù)方案，具體可包括頻段、幀結(jié)構(gòu)、波形調(diào)制技術(shù)、接入技術(shù)等設(shè)計，最終歸納為幾種典 型的無線空口技術(shù)（RIT）配置。小區(qū)廣播信道只需要向終端指示相應(yīng)的 RIT 方式即可。第二種動態(tài)配置 方式，時間變化周期短并且有用戶區(qū)分性，需要通過控制信道向具體的用戶通知其空口配置參數(shù)。 動態(tài) 37,37,未來移動通信論壇 5G 白皮書,38,配置方式會以半靜態(tài)的 RIT 為基礎(chǔ)進(jìn)行配置，具體可針對信道環(huán)境變化、上下行業(yè)務(wù)量、

41、用戶的移動性以,及傳輸業(yè)務(wù)類型等瞬時變化。,為了進(jìn)一步提升自適應(yīng)配置的靈活性，還可以考慮第一種半靜態(tài)配置方式和第二中動態(tài)配置方式相融,合，保留空口參數(shù)配置時間周期層面的差異性，但在空口設(shè)計實現(xiàn)方面采用更加通用的融合一體化設(shè)計，,即不同的半靜態(tài) RIT 均基于相同的通用信號處理流程和處理模塊實現(xiàn)，只是在配置的參數(shù)集上進(jìn)行了不同,的分類設(shè)置。為了便于這種一體化的空口實現(xiàn)，可將空口的數(shù)據(jù)處理和配置分層，將數(shù)據(jù)處理層中的數(shù)據(jù),處理模塊進(jìn)行抽象并通過標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序接口開放給空口配置層，便于空口配置層的無線資源管理功能按,需進(jìn)行配置。另外由于不同 UE 可能具有不同的空口支持能力，為了便于基站對空口進(jìn)行配

42、置時，UE 在,附著基站時也可通知基站 UE 自身的空口能力。,SDAI 的核心在于提高空口的靈活性，使得空口在承載不同業(yè)務(wù)時可以具有不同的傳輸特征以最佳匹,配業(yè)務(wù)的需求。這種靈活的空口配置需要相應(yīng)空口技術(shù)的支持，如統(tǒng)一自適應(yīng)的幀結(jié)構(gòu)，靈活的雙工，靈,活的多址，靈活波形，大規(guī)模天線，新型調(diào)制編碼及靈活頻譜使用。下面將重點介紹上述關(guān)鍵使能技術(shù)。,4.3 關(guān)鍵使能技術(shù),4.3.1. 統(tǒng)一自適應(yīng)幀結(jié)構(gòu),空口時延總是受限于其采用的物理層幀結(jié)構(gòu)，比如TD-LTE在10ms幀中最多只有兩個上下行切換點，,這就給空口時延設(shè)置了硬性的限制。面向 5G 的 1ms 時延的需求，需要設(shè)計適應(yīng)低時延的新的幀結(jié)構(gòu)。同

43、,時，幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計必須適應(yīng)靈活的上下行數(shù)據(jù)的變化，尤其是對于局域（local area）的小小區(qū)密集部署的,情況，傳播損耗會相對減少，而且部署在 3GHz 以上的頻率必然帶來較短的時延擴(kuò)展。這些特性加上一些,5G 時代可以預(yù)計的技術(shù)提高，比如硬件技術(shù)能實現(xiàn)上下行鏈路切換時間的縮短，會帶來更為優(yōu)化的參數(shù),設(shè)計，比如循環(huán)前綴（CP）、保護(hù)時間（GP）比現(xiàn)有系統(tǒng)得到壓縮。而開銷的降低也將帶來更短的幀、,更為快速的上下行切換。而 5G 也最終需要提供比 LTE 更為優(yōu)化的廣域覆蓋方案，低頻的信道有不同的傳,播特征，加上用戶數(shù)目的差異，必然與局域方案對于幀結(jié)構(gòu)的時延有不同要求，尤其是采用 FDD 的情況

44、,下。,5G 面向更多的業(yè)務(wù)和更廣泛的場景，需要有更為靈活的幀結(jié)構(gòu)設(shè)計來適應(yīng)這種需要。比如對于廣覆,蓋大連接的 IoT 業(yè)務(wù)，可能需要設(shè)計專門的窄帶系統(tǒng)。另一方面，5G 的可能部署的頻段也有很大的跨度，,有些因素如相位噪聲，隨著頻率的升高，對于系統(tǒng)性能的影響會變得越來越大。除了傳統(tǒng)的在接收機(jī)進(jìn)行,相位噪聲估計和補(bǔ)償?shù)姆椒ㄍ?，較大的子載波間隔也是對抗相位噪聲影響的有效途徑。因此，在頻率范圍,從現(xiàn)有的 3G 以下往上一直擴(kuò)展到毫米波頻段，可用頻譜粒度也存在極大差異的情況下，可能需要有跟所,38,未來移動通信論壇 5G 白皮書 用頻段相匹配的系統(tǒng)帶寬和子載波間隔。從這個角度看，5G 的幀結(jié)構(gòu)也可能是

45、一個小的集合而非單一選 項。一個統(tǒng)一的幀結(jié)構(gòu)如圖 4.2 所示，這里 5G 是統(tǒng)一的空口，就像一個容器，承載著多種無線空口技術(shù)。,圖 4.2 統(tǒng)一的幀結(jié)構(gòu) 作為 5G 關(guān)鍵技術(shù)之一，Massive MIMO 應(yīng)用于低于 6GHz 和毫米波上可以增強(qiáng)覆蓋及降低功耗。比如 massive MIMO 可以在宏小區(qū)部署的較高頻段上（3.84.2GHz）實現(xiàn)覆蓋層功能，其中的挑戰(zhàn)包括高載波 頻率及大帶寬等都需要增加接收功率。作為一種解決方案， massive MIMO 可以提供很大的波束賦形增益， 顯著增強(qiáng)覆蓋，使重用現(xiàn)有蜂窩基站成為可能。為實現(xiàn)高賦形增益，及時準(zhǔn)確的信道信息是必須的。對于 TDD 系統(tǒng)

46、而言，可極易地利用信道互易性獲取及時準(zhǔn)確的信道信息；而對于 FDD 系統(tǒng)，若想及時獲取準(zhǔn) 確地信道信息，則將會帶來大量的系統(tǒng)開銷，比如：下行導(dǎo)頻開銷和上行反饋開銷。因此，大規(guī)模天線技 術(shù)的廣泛應(yīng)用將會對 5G FDD 系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)設(shè)計提出新的挑戰(zhàn)及要求。 靈活雙工技術(shù)也被認(rèn)為是 5G 的關(guān)鍵技術(shù)之一，用于靈活匹配系統(tǒng)業(yè)務(wù)變化，提升網(wǎng)絡(luò)容量。然而， 相鄰小區(qū)靈活的 DL-UL 配置將會帶來小區(qū)間或站點間的干擾，特別是控制信道的干擾，從而影響系統(tǒng)性 能提升。因此，在 5G 幀結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需考慮靈活雙工帶來的干擾問題。 圖 4.3 描繪了一種增強(qiáng) TDD 幀結(jié)構(gòu)設(shè)計，其中，每個子幀均可任意為上行傳輸

47、或者下行傳輸，不再局 限于現(xiàn)有 LTE 系統(tǒng)中的 6 種 DL-UL 配置，可更靈活地匹配業(yè)務(wù)變化。參數(shù)如 TTI 也可靈活地配置，以高 效匹配于于不同業(yè)務(wù)類型。,Fig.4.3 增強(qiáng) TDD 幀結(jié)構(gòu)設(shè)計示例 圖 4.4 給出了另一種增強(qiáng)的 TDD 子幀設(shè)計，其中附加的子幀頭中可以插入一些導(dǎo)頻，實現(xiàn)下行發(fā)送波 束賦形和上行解調(diào)信道估計等，以達(dá)到對 massive MIMO 賦形增益的要求。這一設(shè)計可以減少信道解相關(guān) 39,39,未來移動通信論壇 5G 白皮書 的影響，提供及時準(zhǔn)確的信道估計，并支持移動用戶。同時，這種設(shè)計可有效消除靈活雙工中控制信息間 的干擾。,圖 4.4 增強(qiáng) TDD 幀結(jié)構(gòu)

48、設(shè)計示例 4.3.2. 靈活雙工 隨著上下行業(yè)務(wù)不對稱性的增加以及上下行業(yè)務(wù)比例隨著時間的不斷變化，傳統(tǒng) LTE FDD 中的固定 成對頻譜使用和 TDD 中固定的上下行時隙配比已經(jīng)不能夠有效支撐業(yè)務(wù)動態(tài)不對稱特性。另一方面，包 括上行和下行的業(yè)務(wù)總量的爆發(fā)式增長導(dǎo)致半雙工方式已經(jīng)在某些場景下不能滿足需求，全雙工成為一種 可能潛在技術(shù)。靈活雙工充分考慮了業(yè)務(wù)總量增長和不對稱特性，有機(jī)地將 TDD、FDD 和全雙工融合， 滿足未來網(wǎng)絡(luò)需求。 靈活半雙工可以分為頻域方案和時域方案。頻域方案通過調(diào)整每個載波的雙工方向來實現(xiàn)上下行帶寬 的動態(tài)調(diào)整。時域方案通過改變每個子幀的雙工方向來控制上下行資源比例

49、。靈活半雙工可以采用 TDD 的思想，在下行載波上插入探測參考信號可以有效利用信道互易性獲得信道估計值。 對于全雙工傳輸，自干擾刪除是實現(xiàn)同時同頻發(fā)送接收信號的關(guān)鍵因素。刪除可以在天線域、模擬域 和數(shù)字域聯(lián)合展開來抑制干擾，目前在實驗平臺上已經(jīng)能夠達(dá)到高達(dá) 130dB 的干擾抑制能力，下一步將是 如何設(shè)計全雙工芯片。為保證控制信號質(zhì)量和高數(shù)據(jù)傳輸速率，全雙工的幀結(jié)構(gòu)在控制域和數(shù)據(jù)域進(jìn)行了 精心設(shè)計。基本原則是下行（上行）控制信號比數(shù)據(jù)要有更高的優(yōu)先級不能被上行（下行）的數(shù)據(jù)或控制 所干擾，上下行數(shù)據(jù)進(jìn)行靈活機(jī)會傳輸。 另外，靈活半雙工和全雙工的一個共性問題是干擾控制。在多小區(qū)環(huán)境中，小區(qū)間干擾

50、變得更加復(fù)雜 和嚴(yán)重。除了傳統(tǒng) TDD 和 FDD 系統(tǒng)中的下行對下行干擾和上行對上行干擾，新引入了上行對下行和下行 對上行干擾，即基站對基站干擾和用戶對用戶干擾，如圖 4.5 所示。潛在的解決方法包括自適應(yīng)的資源和 功率分配、用戶調(diào)度、干擾避免和消除以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)。首先，基站和用戶的發(fā)射功率可以根據(jù)上下行的信 道質(zhì)量、基站間和用戶間的干擾情況以及業(yè)務(wù)負(fù)載等因素進(jìn)行詳細(xì)調(diào)整。上下行聯(lián)合功控是一種有效方法。 其次，有效調(diào)整多個小區(qū)的上下行傳輸資源可以有效控制小區(qū)間干擾。最后，上下行間干擾還可以通過高 級信號處理技術(shù)進(jìn)行抑制。在基站側(cè)，利用 C-RAN 的集中處理能力可以有效進(jìn)行干擾消除。在用戶側(cè)，

51、 40,40,Tx BS 1,UE 3,UE 4,UE 1,Rx BS 2,未來移動通信論壇 5G 白皮書 下行用戶可以利用如 SIC 的先進(jìn)接收算法，上行用戶可以采用多天線技術(shù)在被干擾的下行用戶方向上形成 零陷。對于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，宏站和微站間可以通過上下行傳輸協(xié)調(diào)來形成虛擬全雙工來提升網(wǎng)絡(luò)吞吐量。 Tx Self- interf,BS-BS interf Self- interf BS-BS interf Rx UE-UE interf UE 2,圖 4.5 靈活雙工組網(wǎng)中的干擾情況 靈活雙工致力于在半雙工和全雙工模式之間進(jìn)行靈活切換進(jìn)而適應(yīng)干擾環(huán)境和業(yè)務(wù)變化。當(dāng)靈活雙工 應(yīng)用于多小區(qū)網(wǎng)絡(luò)時，半

52、雙工和全雙工小區(qū)的靈活組網(wǎng)問題需要重點考慮。不同雙工的小區(qū)密度可以進(jìn)行 細(xì)致優(yōu)化，不同雙工類型的小區(qū)可以工作在不同或相同頻段上來控制網(wǎng)絡(luò)干擾。 詳細(xì)的技術(shù)細(xì)節(jié)請參見白皮書版本 2.0-B。 4.3.3. 靈活多址 面對 5G 通信提出的更高頻譜效率，更大容量，更多連接，以及更低時延的總體需求，5G 多址技術(shù) 的資源利用必須更為靈活高效。當(dāng)前 5G 多址技術(shù)的主要候選集合有現(xiàn)有的 OFDM 正交多址技術(shù)，以及正 在研究的 BDMA， MUSA， NOMA， PDMA， SCMA 等非正交多址（Non-orthogonal Multiple Access, NMA） 技術(shù)。這些不同的多址技術(shù)可以采

53、用統(tǒng)一的實現(xiàn)框架，通過不同的碼本映射方式區(qū)分不同的多址技術(shù)。這 樣一方面可以靈活地在不同多址技術(shù)上進(jìn)行切換，另一方面可以復(fù)用相關(guān)模塊，提高資源利用率，降低商 用化成本。圖 4.6 和圖 4.7 分別給出上行及下行多址接入的統(tǒng)一實現(xiàn)框架圖。 面對 5G 更為多樣化的業(yè)務(wù)場景，需要靈活的多址技術(shù)支撐不同的場景與業(yè)務(wù)需求。例如，面對海量 連接的業(yè)務(wù)場景，如何在有限的資源上接入更多的用戶，成為 5G 多址技術(shù)需要解決的核心問題。非正交 多址接入技術(shù)通過多個用戶復(fù)用同一資源，大大提升用戶連接數(shù)。由于用戶有更多機(jī)會接入，網(wǎng)絡(luò)整體吞 41,41,.,.,.,42,未來移動通信論壇 5G 白皮書 吐量和頻譜效

54、率提升。此外，面對低延時或低功耗的業(yè)務(wù)場景，采用非正交多址接入技術(shù)可以更好地實現(xiàn) 免調(diào)度競爭接入，實現(xiàn)低延時通信，并且減少開啟時間，降低設(shè)備功耗。在另一些場景，如下行 MTC， 考慮到終端的成本和實現(xiàn)復(fù)雜度，可能需要使用更為簡單的正交多址技術(shù)。詳細(xì)的技術(shù)細(xì)節(jié)請參見白皮書 版本 2.0-D。,Channel Encoding,Channel Encoding Channel Encoding,user1,user2 User K,NMA Encoder,NMA Encoder NMA Encoder,Frequency,Advanced Receiver (SIC/MPA),Constellat

55、ion Optimization,Factor Graph,Resource Mapping,Time Non-orthogonal Uplink Multiple Access with K users spreading over N resource elements 圖 4.6 上行多址接入統(tǒng)一實現(xiàn)框架,Channel Encoding,Channel Encoding,user1,user2,Interleaver,Modulator,Msg2 Decoding,UE2 (far UE) Demodulation,UE1 (near UE) Demodulation Msg2 Dec

56、oding SIC Msg1 Decoding,Symbol level SIC Codeword level SIC,ML/Reduced-ML,圖 4.7 下行多址接入統(tǒng)一實現(xiàn)框架,42,43,未來移動通信論壇 5G 白皮書 4.3.4. 靈活波形 OFDM 技術(shù)作為一種重要的多載波技術(shù)，不僅在 4G 系統(tǒng)中得到了廣泛使用，而且作為 5G 系統(tǒng)的重 要候選波形之一仍然被眾多研究人員所推崇。但是與前幾代移動通信系統(tǒng)相比，5G 系統(tǒng)設(shè)計時不僅要考 慮移動寬帶業(yè)務(wù)，同時也會考慮未來對于海量機(jī)器連接以及高可靠低時延業(yè)務(wù)的支持。OFDM 存在一些固 有的缺點：比如對于頻率同步誤差，時間非同步，多普勒

57、擴(kuò)展等都比較敏感，所以如果對于未來更加多樣 化的業(yè)務(wù)，更高的頻譜效率以及海量連接，如果繼續(xù)僅僅使用 OFDM 一種波形技術(shù)是不夠的。因此為了滿 足未來應(yīng)用的需求，同時考慮到對于低時延，零碎頻譜使用，非嚴(yán)格同步以及在高速情況下系統(tǒng)魯棒性等 5G 系統(tǒng)所面臨的挑戰(zhàn)，許多新的多載波調(diào)制方案被提出，比如：UFMC，F(xiàn)iltered-OFDM（F-OFDM）， GFDM 以及 FBMC。基于載波/波形聚合的方案可以作為這些眾多波形方案的一種靈活兼容的設(shè)計。位于 不同載波上的不同波形聚合在一起作為一種統(tǒng)一的空口服務(wù)于不同的 5G 業(yè)務(wù)。每一種波形方案以及該方 案中子帶寬度，子載波間隔，濾波器長度以及 CP

58、 長度等參數(shù)可以根據(jù)不同場景以及業(yè)務(wù)類型進(jìn)行靈活配 置。 這些新波形方案一個共同點是通過濾波器組的方式來降低帶外泄露以及減小對于時頻同步的要求。 UFMC 和 F-OFDM 方案中的濾波器組都是以一個子帶為粒度的。兩者的主要差別是：一方面，UFMC 使 用的濾波器階數(shù)較短，相比而言 F-OFDM 需要使用較長的濾波器階數(shù)；另一方面， UFMC 不需要使用 CP， 而考慮到后向兼容的問題 F-OFDM 仍然需要 CP，其信號處理流程與傳統(tǒng)的 OFDM 基本相同。對于 GFDM 方案而言，根據(jù)一個 GFDM 塊中不同的子載波以及子符號數(shù)配置，該方案可以把 CP-OFDM 以及 SC-FDE 作為它

59、的一個特例。除此之外，與 OFDM 中每個符號添加 CP 不同，GFDM 通過在一個 GFDM 塊前統(tǒng)一 添加一個 CP 的方式來降低開銷。而 FBMC 原理方案中所使用的濾波器組是以每個子載波為粒度的。通過 優(yōu)化的原型濾波器設(shè)計，F(xiàn)BMC 可以極大的抑制信號的旁瓣，而且與 UFMC 類似 FBMC 也通過去掉 CP 的方式來降低開銷。另外在 FBMC 以及 GFDM 中通常使用 OQAM 調(diào)制，來減小鄰道干擾以及降低實現(xiàn)復(fù) 雜度。 圖 4.8 描述了一種兼容多種多載波調(diào)制方案的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)以最小化硬件功能單元為設(shè)計目標(biāo)， 在復(fù)雜度較低的前提下，通過不同的信號處理單元組合以及系統(tǒng)參數(shù)的配置，該結(jié)構(gòu)可以靈活實現(xiàn)諸如： OFDM，filtered-OFDM，UFMC，GFDM 和 FBMC 多種不同的波形方案。,43,未來移動通信論壇 5G 白皮書,圖 4.7 統(tǒng)一波形實現(xiàn)框架 4.3.5.