多元化的5G：既要演進(jìn)也要革命

　　5G將是一個全球的標(biāo)準(zhǔn)，這點與4G類似。與前4代不同的是，5G的應(yīng)用十分多樣化。峰值速率和平均小區(qū)頻譜效率不再是唯一的要求。除此之外，體驗速率、連接數(shù)、低延時、高可靠、高能效都將成為系統(tǒng)設(shè)計的重要考量因素。應(yīng)用場景也不只是廣域覆蓋，還包括密集熱點、機(jī)器間通信、車聯(lián)網(wǎng)、大型露天集會、地鐵等。這也決定了5G中的技術(shù)是多元的，不會像前幾代的每一代都有唯一一個標(biāo)志性的技術(shù)。

　　面向移動互聯(lián)網(wǎng)用戶，未來5G的目標(biāo)是達(dá)到類似光纖網(wǎng)速的用戶體驗。而對于物聯(lián)網(wǎng)，5G系統(tǒng)應(yīng)該支持多種應(yīng)用，如交通、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、金融、建筑、電網(wǎng)、環(huán)境保護(hù)等，特點都是海量接入。

　　數(shù)據(jù)流業(yè)務(wù)的特點是高速率，延遲可以為50ms～100ms；交互業(yè)務(wù)的延時為5ms～10ms；現(xiàn)實增強(qiáng)和在線游戲需要高清視頻與幾十毫秒的延時。到2020年，云存儲將會匯集30%的數(shù)字信息量，意味著云與終端的無線互聯(lián)網(wǎng)速率達(dá)到光纖級別。

　　在物聯(lián)網(wǎng)中，有關(guān)數(shù)據(jù)采集的服務(wù)包括低速率業(yè)務(wù)，如讀表，還有高速率應(yīng)用，如視頻監(jiān)控。讀表業(yè)務(wù)的特點是海量連接、低成本終端、低功耗和小數(shù)據(jù)包；而視頻監(jiān)控不僅要求高速率，其部署密度也會很大。控制類的服務(wù)有時延敏感和不敏感的，前者如車聯(lián)網(wǎng)，后者包括家居生活中的各種應(yīng)用。

　　除了用戶體驗速率、流量密度、連接數(shù)密度、時延（端到端）和移動性等KPI定義，5G需求還包含了3種效率：小區(qū)平均頻譜效率，單位是比特/秒/赫茲/小區(qū)，或是比特/秒/赫茲/平方公里；能效，單位是比特/焦耳；成本效率，單位是貨幣單位/比特。

　　5G的需求列舉了如下幾大應(yīng)用場景：密集居住區(qū)、辦公室、商場、體育館、大型露天集會、地鐵系統(tǒng)、火車站、高速公路和高速鐵路。對于每一種應(yīng)用場景，又有不同的業(yè)務(wù)類型組合。

　　5G中比較重要也更好量化的性能指標(biāo)有三個：一是室外100Mbps和熱點地區(qū)1Gbps的用戶體驗速率；二是相比4G要有10~100倍的連接數(shù)和連接密度的提升；三是空口時延在1毫秒以內(nèi)，端到端時延在毫秒級。

　　從部署角度看，5G可分出4大典型部署場景，能夠與技術(shù)更緊密地掛鉤。這四個場景分別是：宏覆蓋增強(qiáng)、超密集部署、物聯(lián)網(wǎng)和低時延/高可靠。

　　在這個場景，所用的頻段多半是低頻的，宏小區(qū)的覆蓋半徑可達(dá)數(shù)公里。實現(xiàn)100Mbps的用戶體驗速率的性能指標(biāo)較有挑戰(zhàn)性。在這個場景中，不同用戶到基站的路損差異很大，使得信噪比差別也很大。宏站上一般允許布置許多天線。連接數(shù)，即使是人與人之間的通信用戶數(shù)也十分大。因此比較適合的技術(shù)包括：大規(guī)模天線、非正交傳輸，以及新型調(diào)制編碼。這些技術(shù)一般情況下可以較好地共存，即復(fù)合使用，總的增益近似等于各個技術(shù)所帶來增益的疊加。

　　5G的應(yīng)用場景許多是與密集部署相關(guān)的，如辦公室、密集城市公寓、商場、露天集會、體育場館。這種場景下的用戶體驗速率要求是1Gbps。很明顯，用戶的密度在典型面積下相當(dāng)高，可以在室外或是室內(nèi)。小區(qū)的拓?fù)湫螤畛尸F(xiàn)高度的異構(gòu)性和多樣性，有宏小區(qū)、微小區(qū)（Micro cell）、毫微小區(qū)（Pico cell）、微微小區(qū)（Femto cell）。它們的發(fā)射功率、天線增益、天線高度也大相徑庭。適合的潛在技術(shù)有高級的干擾協(xié)調(diào)管理、虛擬小區(qū)、無線回傳、新型調(diào)制編碼、增強(qiáng)的自組織網(wǎng)絡(luò)等。對于室內(nèi)部署，還可采用高頻通信來增強(qiáng)用戶體驗，降低小區(qū)間干擾。高頻的短波長性質(zhì)使得大規(guī)模天線陣列更容易部署。

　　這個場景的最大挑戰(zhàn)是支持海量的終端。這也意味著每一個機(jī)器終端的成本要遠(yuǎn)低于一般的手機(jī)終端。功耗方面也得足夠低，以保證電池幾年不耗盡。覆蓋還應(yīng)該十分魯棒，能夠到達(dá)地下室。潛在的技術(shù)包括窄帶傳輸、控制信令優(yōu)化、非正交傳輸。窄帶傳輸能有效降低設(shè)備費用并增強(qiáng)覆蓋。

　　低時延和高可靠是幾種應(yīng)用共同的要求。例如在某些制造工業(yè)中的機(jī)器間通信，毫秒級的延時會嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。在智能交通系統(tǒng)，毫秒級延時和近乎為0的檢測率是硬性要求，否則無法避免交通事故。此種場景的潛在技術(shù)有物理幀的新設(shè)計、高級的鏈路自適應(yīng)。終端直通技術(shù)也可降低端到端的時延。