5G系統概念
本節介紹滿足上述要求的 5G 系統概念。為了達到這些要求，系統需要一個靈活的 平台。5G 不是為某一個“殺手級應用”設計的系統，而是面向衆多甚至至今尚未可知 的用例。垂直行業（如汽車、能源、工業制造等）特别需要能夠基于同一平台獲得定制 方案的靈活性。是以，上述用例可以用來指引 5G 系統的研發，但是系統概念設計并不 限于上述用例。
7.1 概念簡介
因為系統要求十分廣泛，過去幾代技術采用的通用型方法并不适用于 5G，是以， 這裡提出的 5G 概念概括了主要的用例特性和要求，并把技術元素混合到如圖 2.2 所示 的 4 個賦能工具支援的 3 個 5G 通信服務中。單個用例可以被了解為“基本功能”的“線性組合”。每一個通用服務包括特定服務的功能，主要的賦能工具包括支援多于一個 通用服務的共同功能。更多的細節可以參考文獻 [9] 和後續章節。
三個一般服務如下。
（1）極限移動寬帶（xMBB），提供極高的資料速率和低延遲時間通信，以及極端的 覆寫能力。xMBB 提供覆寫範圍内一緻的 使用者體驗，當使用者數增加時性能将會适當 下降。xMBB 還支援可靠通信服務，例如 國家安全和公共安全服務（NSPS）。
（2）海量機器類通信（mMTC），為數以百億計的網絡裝置提供無線連接配接。相對 于資料速率，随着連接配接裝置數增長，連接配接 的可擴充性、高效小資料量發送以及廣闊區域和深度覆寫被置于優先位置。
（3）超可靠機器類通信（uMTC），提供超可靠低延遲時間通信連接配接的網絡服務。要求包 括極高的可用性、極低的時延和可靠性。例如，V2X 通信和工業制造應用。可靠性和低 時延優先于對資料速率的要求。 一般的 5G 服務不需要采用相同的空中接口。選擇的形式取決于設計和 5G 服務的組 合。基于 OFDM 的靈活的空中接口更适合 xMBB 服務，而新的空中接口，例如 FBMC 和 UF-OFDM 或許更适合 uMTC 服務，這些服務需要快速的同步。空中接口候選技術包 括 OFDM、UF-OFDM 和 FBMC，具體内容參考第 7 章。
四個主要的賦能工具如下。
（1）動态無線接入網絡（DyRAN）提供無線接入網絡（RAN）進而适應使用者需求 和 5G 業務組合的時空變化。DyRAN 同時協同其他元素，如：
- 超密網絡；
- 移動網絡（遊牧節點和移動中繼節點）；
- 天線波束；
- 作為臨時接入節點的終端裝置；
- 作為接入和回傳使用的 D2D 通信連結。
（2）極簡系統控制面（LSCP），提供新的極簡控制信令，確定時延和可靠性，支援 頻譜的靈活性，允許資料面和控制面分離，支援大量多種具有不同能力的終端，并確定 高能效性能。
（3）内容本地化和資料流，允許實時和緩沖内容的分流、彙聚和分發。這些操作的 本地化降低了時延和回傳的負載，同時提供彙聚功能，如傳感器資訊的本地彙聚。
（4）頻譜工具箱提供了一套解決方案，允許 5G 一般服務可以在不同的管理架構、 頻譜使用 / 共享的條件下在不同頻段部署。
在服務和賦能工具之間存在重疊部分，根據最終設計決定，有些功能或許既屬于服 務，也是賦能工具。然而，系統設計的期望是實作盡可能多的公共功能，而不會引起不 可接受的性能下降，同時最小化系統設計複雜度。LTE 演進在 5G 将起到重要作用，尤其是提供廣域覆寫方面。LTE 演進可以被視為另一個 5G 通信服務。5G 系統可以被工作 定義為一個可以提供一般服務的公共網絡，同時靈活支援不同的服務組合。當使用者的需求改變時，營運商應當能夠改變相應的服務。頻譜的使用不應當為某類服務固化，當不需要占用的時候應當可以重耕。
為了支援這一5G系統概念，架構需要足夠的靈活性來強化系統的不同特征，如覆寫、 容量和時延，系統的架構在後續章節介紹。
7.2 極限移動寬帶
極限移動寬帶（xMBB）一般 5G 服務是目前移動寬帶業務的延伸，提供多用途的 通信服務，來支援需要高速率、低延遲時間的新應用。同時能夠實作覆寫範圍内一緻的使用者 體驗，如圖 2.3 所示。xMBB 需要滿足遠遠超越 2020 年用例的資料流量和速率，即達到每使用者吉比特每秒量級的速率，滿足增強現實和虛拟現實，或者超高清視訊的要求。除了高資料速率，低延遲時間也是必要的，例如與雲計算結合的感覺網際網路應用 [10]。為了獲得較高的使用者資料速率，系統的峰值速率必須提高，同時往往伴随着網絡密度增加。同等重要的是在任何地方都可以獲得适中的資料速率。極限移動寬帶網絡表現為在期望的覆 蓋區域内，任何地方都可以獲得 50 ～ 100Mbit/s 的可靠速率。在密集人群區域，當使用者數增長時，極限移動寬帶網絡速率将會适度下降，時延的也會有所上升。
在基礎設施受災損壞的條件下（例如自然災害） ，xMBB 的極限覆寫能力和 DyRAN， 允許 NSPS 作為 xMBB 一種模式建立可靠的通信連接配接。極限移動寬帶網絡同樣需要在移 動條件下展現頑健性，并且確定提供無縫的高要求的應用服務，其 QoE 要求和靜止使用者 的 QoE 相當，如汽車和高速列車場景。 實作極限移動寬帶網絡的一些重要的方案包括引入新的頻譜，新的頻譜接入方式， 增加網絡密度，提高頻譜使用率（包括本地的流量），以及高移動使用者的頑健性。是以 需要一個新的适合密集部署的空中接口接入新頻段。極限移動寬帶網絡空中接口可以采用與無線接入、D2D、無線回傳相同的接口。
7.2.1 引入新頻譜和新的頻譜接入方式
為了滿足流量要求，需要獲得更多的頻譜和更為靈活有效的頻譜利用技術，具體内容見第 12 章。連續的頻譜更受青睐，因為這樣可以降低實作難度，避免載波聚合。
厘米波（cmW）和毫米波（mmW）對于 xMBB 和 5G 都很重要。解決方案需要适 應具體的頻率範圍和實際部署政策。例如，對高頻段，波束賦形是必要的技術用來克服 由于路徑損耗大導緻的接收信号強度的下降，是以厘米波（cmW）适合采用多天線技術 達到覆寫的要求。
xMBB 需要支援在傳統頻段靈活的頻譜使用，在厘米波（cmW）和毫米波（mmW） 采用授權接入、分享授權接入（LSA）和輔助授權接入（LAA）。為了實作一緻的使用者體驗， 需要多連接配接技術。該技術通過緊密內建 6GHz 以上新的空中接口和現有不同的系統，如 LTE 系統來實作。
7.2.2 密集部署新的空中接口
xMBB 需要考慮密度不斷增加的超密集網絡（UDN）部署。網絡密度增加的結果是 單站的激活使用者數下降，是以 UDN 不會工作在高負荷的狀态。第 7 章介紹了基于協同 OFDM 的新的空中接口，可以實作靈活的頻譜利用和短距離通信，這個接口不僅優化了 傳統蜂窩系統，也優化了 D2D 和無線回傳應用，可以協調地工作在 3GHz 到 100GHz， 以及厘米波（cmW）和毫米波（mmW）頻段（參見第 6 章），最終在 UDN 網絡中實作 頻譜利用的優化。
7.2.3 頻譜效率和進階天線系統
最有希望提升頻譜使用率的技術是進階多天線系統，例如，大規模多入多出（MIMO） 和多點協同（CoMP）技術，見第 8 章和第 9 章。在 xMBB 系統中多天線技術既可以通過提升頻譜效率在給定區域實作極高的資料速率，也可以提升極限覆寫，以及在密集人群中實作中等速率要求。對于 xMBB，OFDM 是受青睐的解決方案，因為這一方案已經 很好地驗證了 MIMO 技術，并且簡化了反向互操作。在 xMBB 中，使用附加濾波器技術（如 UFOFDM 或者 FBMC）對頻譜效率提升作用有限。附加濾波器在混合業務的場景有明顯優勢。
7.2.4 使用者數
在初始階段為了支援高的使用者數，xMBB 可以先占用配置設定給 mMTC 的實體資源， 見第 4 章。在初始階段之後，排程器再進行公平排程。當連接配接數很大時，采用 DyRAN、 D2D 通信和本地化流量技術也可以提升 QoE。
7.2.5 使用者移動性
幹擾識别和抑制技術、移動管理和預測技術、切換優化和内容覺察技術都可以提升 xMBB 性能，見第 11 章。
7.2.6 主要賦能工具的連結
DyRAN 在 UDN 網絡裡提供短距離通信，通過提高信号幹擾噪聲比（SINR）來提 升速率和容量。網絡密度增加會産生新的三維和多層的幹擾環境，需要加以處理，見第 11 章。在 xMBB 中利用 D2D 通信實作本地裝置和周圍設施的資訊交換，以及本地化的 内容和資料流可以提升系統性能，見第 5 章。 頻譜工具箱允許 xMBB 工作在傳統頻譜、cmW 和 mmW 頻段，以授權接入、LSA 和 LAA 方式部署，見第 12 章。 極簡系統控制面支援頻譜靈活性和低能耗運作，見後續章節。
第八節：機器通信