高遠行無限通達縱乾坤
——5G愿景

QualcommTechnologies,Inc.

高遠行無限通達縱乾坤
——5G愿景

QualcommTechnologies,Inc.

自20世紀80年代引入第一代系統起，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，為流媒體、社交網絡和在線游戲等豐富的智能手機應用提供了可能。展望未來，移動通信將繼續演進，為多種形態移動終端上運行的下一代應用帶來前所未有的用戶體驗?？梢灶A期，移動通信的使用將擴展到新的垂直行業（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。為了支持上述應用場景，下一代5G移動通信網絡需要支持新的用戶體驗、服務和設備，并連接新的產業。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。QualcommTechnologies,Inc.將提供一個統一的系統設計以應對包括性能顯著提高、可擴展性、適應性和成本/能耗效率在內的挑戰。

5G 4G增強型移動寬帶 廣域物聯網 關鍵任務服務

1 5G時間表和4G共存

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

如圖1所示，4GLTE-A將在R13之后繼續演進以支持更先進的特性和能力，同時保持與較早4GLTE網絡的后向兼容性。持續的4G演進使運營商能夠充分利用現有的LTE頻譜和投資，并能夠在5G系統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的各種頻率。5G將在多個行業激活新的業務，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，也可能被應用在重耕的頻率。

圖1 4G和5G并行使用可以充分激發各自的潛能

2 使用案例

可以預見，5G將支持3大類使用案例，即增強型移動寬帶（eMBB）、廣域物聯網（IOE）和關鍵任務服務。圖2宏觀描述了區別巨大、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實、感知互聯網和3D/超高清（UHD）視頻流緩沖、下載和遠程控制。

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數吉比特每秒的高速視頻下載。為了支持在一個小區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），需要提供超高網絡容量以保持可接受的用戶體驗。

（2）廣域物聯網

廣域物聯網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、遠程傳感器和執行器、可穿戴和健身設備、安全監控和其他應用。

大多數物聯網使用案例涉及終端和遠程服務器之間周期性交換少量數據場景。因此，每個設備的數據率的要求相對較低。然而，為了支持各種應用，單個小區內物聯網設備的數量將會非常龐大。同時，相當數量的物聯網設備將由電池供電并部署在遠端（如在建筑物的地下室），為了有效地支持物聯網應用，高效且低成本的深入覆蓋設計是必不可少的。

（3）關鍵任務服務

關鍵任務服務是指對數據和/或控制信令傳輸及時性、可靠性和安全性要求很高的業務。其使用案例包括智能電網保護和控制、工業過程自動化、協作車輛、無人機系統的指揮/控制以及機器人遠程手術。

關鍵任務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難性的后果，智能電網的某些故障必須在幾毫秒內被檢測到并報告給控制器。為了保護關鍵任務系統免受網絡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，大部分低頻段已經被現有無線網絡和其他用戶占用。為了獲得更多的頻譜資源，5G必須是靈活且適應性強的，以便于在不同許可制度下的頻段工作。圖3總結了5G預期支持的頻段和類型。

圖3 不同的頻段和5G業務類型

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將支持授權頻譜、共享授權頻譜和免授權頻譜多種方式。例如，5GHz和未來的60GHz免授權頻段可以作為授權頻譜和共享授權頻譜的補充支持5G業務。

4 5G系統設計

5G將利用最新的技術進一步提供一個適用于不同使用案例的系統，同時保持了優秀的成本和能耗效率。表1列出了幾種技術設計目標和它們對5G空中接口和網絡設計的影響。

5G將采納一個統一的空中接口（UAI）設計，使多種無線接口技術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，為能耗和鏈路預算優化的信號格式可以支持物聯網服務。又如，為低延遲優化的復用技術可以支持關鍵任務業務。物聯網和關鍵任務業務將會在統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、多址設計和網絡技術的5G統一空中接口概念。

在核心網側，5G應設有一個分布式的、靈活的、可擴展的網絡體系架構，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。

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

此外，5G網絡將能夠支持包括4G、5G和Wi-Fi在內的多連接技術。多連接技術可以確保無縫覆蓋，并允許分階段推出5G服務以充分利用運營商現有的4G資產。圖5中，多模終端與宏小區/微小區之間同時擁有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 部分技術設計目標及對5G設計的影響

5 結束語

智能手機和移動寬帶業務正在迅速發展，以支持更多創新和有苛刻要求的應用程序，而且這種趨勢有望繼續。與此同時，多個垂直行業出現了很多新應用，它們的需求各不相同，在某些情況下甚至還需要支持關鍵任務。為了高效地支持這些不同的使用案例，5G網絡必須提供前所未有的性能和用戶體驗。5G系統還應該足夠靈活以適應不同的需求，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。本文對5G移動通信網絡新興的應用和關鍵特征進行了概述。

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.

5G,4G,enhancedmobilebroadband,wideareainternetofeverything,missioncriticalservices

圖5 5G統一的空中接口概念

2015-04-30）