5G的目标设置非常高，不仅在数据速率上要求到达20Gbps，在容量提升上要到达1000倍，还要为诸如大规模物联网（IoT， Internet of Things）和关键通信等新服务提供机动的平台。这些高目标要求5G网络采用多种新技术组件。本章概述了与长期演进（LTE，Long Term Evolution）相比，5G的主要新技术。以下是该章的总结：
- 频谱使用（Spectrum utilization）：5G网络需要使用更高频段的频谱，以提供更高的数据速率和更大的容量。
- 波束成形（ Beamforming）：波束成形技术可以通过定向信号来提高数据传输效率，减少干扰。
- 物理层和协议 （Physical layer and protocols）：5G的物理层和协议与LTE相比有所不同，旨在支持更高的带宽、更低的延迟和更高的可靠性。
- 网络切片（ Network slicing）：网络切片技术允许网络在逻辑上被分别为多个虚拟网络，以满足不同类型的服务需求（例如IoT、关键通信等）。
- 双重毗连（ Dual connectivity ）：通过支持终端同时毗连到两个基站，提高网络的可靠性和数据吞吐量。
- 新架构-无线云和边缘计算（New architecture with radio cloud and edge computing）：5G引入了新的架构，包罗无线云和边缘计算，这使得网络可以更加机动和高效地进行资源分配和处置惩罚。
一、频谱使用Spectrum Utilization
1. 频段 Frequency Bands
5G无线电的设计目标是机动使用频谱资源，充分使用从400 MHz到90 GHz的全部可用频谱，包罗授权频谱（ licensed）、共享接入（shared access） 频谱和未授权频谱（unlicensed），以及频分双工（FDD，Frequency Division Duplex）和时分双工（TDD，Time Division Duplex）频段，以及窄带（ narrowband） 和宽带 （wideband ）分配。
20 GHz以上的毫米波频谱可以提供超过1 GHz的带宽，这使得数据速率可以高达20 Gbps，同时支持极高的移动宽带容量。毫米波主要得当局部使用场景，例如大型运动、户外和室内热点以及固定无线接入的应用场景。
2.5–5.0 GHz频谱将在城市地域用于5G的覆盖和容量，通过重用现有的基站站点。3.5 GHz周围的频谱对5G来说非常有吸引力，因为它在全球范围内可用，而且频谱资源丰富。在该频段，每个运营商通常可以获得高达100 MHz的带宽。如果使用大规模多输入多输出（MIMO）波束成形技术，5G在3.5 GHz频段的覆盖范围可以与LTE1800的覆盖范围相媲美。低频FDD频段对于广域农村覆盖、超高可靠性以及深度室内穿透是必需的，广泛的覆盖对于物联网（IoT）和关键通信等新应用场景非常重要。
2. 带宽选项 Bandwidth Option
波束成形在5G中比在LTE中可以或许带来更多的增益，缘故原由有多个：
- 5G支持公共信道的波束成形和波束扫描。波束扫描指的是同步信号和广播信道在时间域中通过不同波束传输的使用。LTE中不支持公共信道的波束成形。
- 5G支持用户特定的参考信号，可以或许实现用户特定的波束成形。LTE必须使用小区特定的参考信号（CRS），这些信号不能用于波束成形。
- 5G中没有遗留装备的限定，因为波束成形从5G的第一版规范开始就已被包罗在内。而在LTE中，波束成形必须基于上行链路测量参考信号（SRS），因为遗留装备不支持波束成形反馈。
- 5G支持更多的发射分支。5G开端支持64个发射分支的反馈，而LTE在Release 8中支持4TX，Release 10支持8TX，Release 13支持16TX，Release 14支持32TX。
大规模MIMO主动天线将天线和大量小型射频单位组合成一个单独的封装。传统的解决方案是将被动天线和射频单位分开。主动天线在小功率放大器的相位控制可以通过数字处置惩罚来实现时，可以或许有效地实现波束成形。典范的射频单位数量可以是16、32、64或128个，这些射频单位集成在主动天线中。主动天线还使得安装更简便，因为天线和射频之间没有电缆毗连。由于没有射频电缆和毗连器的斲丧，功率效率也可以得到提升。
5G无线电设计支持多种带宽选项。在低频段需要窄带载波，而在高频段使用宽带载波更加有利。LTE的最大带宽为20 MHz，而5G在子6 GHz频段支持最多100 MHz带宽，在毫米波频段支持最多400 MHz带宽。通过载波聚合，可以支持更大的带宽，但在宽带频谱分配中，宽带载波更加高效。如果有100 MHz频谱可用，LTE可以通过载波聚合使用五个20 MHz的载波。载波聚合方案需要每个载波上都有公共信道，需要在载波之间进行负载均衡，还需要避免不必要的保护带。相比五个20 MHz的载波，使用一个100 MHz的单载波更加高效。LTE中20 MHz的最大带宽选择是一个不错的选择，因为在LTE部署的频段中，每个运营商的频谱分配通常为20 MHz或更少。然而，在5G部署的新频段（如3.5 GHz频段和毫米波频段）中，有更多的频谱资源，这也为5G支持更大的带宽提供了依据。
3. 频谱占用 Spectrum Occupancy
LTE设计时包罗了10%的保护带，以避免相邻载波之间的干扰。20 MHz的LTE频段中，现实传输带宽为18 MHz，2 MHz被保留为保护带。现实部署显示，10%的保护带过于宽泛。此外，相比LTE，5G在射频要求方面可以更加严格。因此，5G的频谱使用率可以从LTE的90%提高到最高98%。下图展示了与不同载波带宽和子载波间距的信道间隔相比，5G的频谱使用率。100 MHz和30 kHz的部署案例中，频谱使用率为98%；10 MHz和15 kHz的案例中，频谱使用率为94%。
4. 控制信道的机动性Control Channel Flexibility
5G被设计为支持机动的带宽分配。这是因为在某些环境下，频段的一部分大概无法使用，或者某部分频段受到干扰，或者可用的频谱与预界说的3GPP带宽不匹配。因此，系统需要具备机动性，以根据特定需求高效使用频段。
LTE控制信道存在一些范围性：LTE下行物理下行控制信道（PDCCH）分配在整个频段范围内，而LTE上行物理上行控制信道（PUCCH）分配在频段边缘。如果需要从一侧压缩载波带宽，LTE的控制信道分配缺乏机动性。5G的控制信道具有更高的机动性，允许在频域中将控制信道分配到符合的位置。控制信道分配的表示图如图所示。
5. 动态频谱共享Dynamic Spectrum Sharing
从2G到3G，再到LTE的频谱重分配是一个缓慢且相对复杂的过程。必须从一部分频谱中镌汰旧技术，然后将其分配给新技术。在这些过程中，不大概在不同技术之间共享频谱。
从LTE到5G的频谱重分配将变得更加简单，这得益于动态频谱共享（DSS）。5G和LTE可以在相同的频谱带宽上共存，从控制信道的角度来看，两者可以共享同一频段，资源将在两种技术之间动态分配，具体取决于装备的即时分布和容量需求。
二、波束成形Beamforming
波束成形（beamforming）是提升移动网络性能的一个有吸引力的解决方案。波束成形可以提供更高的频谱效率，从而为现有基站站点增加更多的容量。波束成形还可以改善链路性能，并提供更广泛的覆盖范围。
波束成形的好处主要通过大规模MIMO天线得以实现。目标是使5G无线电设计可以或许充分优化，以支持大规模MIMO波束成形。波束成形的基本原理如下图所示，传统解决方案是通过整个小区范围传输数据，而波束成形则是通过窄波束将数据发送给用户。相同的资源可以在一个扇区内被多个用户复用，干扰可以最小化，小区容量可以增加。
大规模MIMO是传统MIMO技术的扩展，采用具有大量可控发射器的天线阵列。3GPP将大规模MIMO界说为超过八个发射器。波束可以通过多种方式形成，以提供固定的波束网格或特定于用户装备（UE）的波束成形。如果天线有两个收发器（TRX）分支，它可以向一个用户装备发送两个并行流。如果天线有四个TRX，它可以向具有四个天线的一个用户装备发送四个流，或者同时使用多用户多输入多输出（MU-MIMO）向两个用户装备发送双流。如果天线有64个TRX，它可以并行地向多个用户装备发送数据。TRX的数量是大规模MIMO天线设计中的一个重要因素。使用的TRX数量越多，可以或许天生的波束数量越多，从而带来更大的容量。但增加更多TRX也使天线更大，并增加了本钱。
另一个重要的天线设计因素是天线元素的数量，这个数量可以大于TRX的数量。下图展示了一个具有192个元素的天线实例：12个垂直、8个水平和2种不同的极化方式。天线元素的数量决定了天线增益和覆盖范围。使用更多的天线元素使天线变大，并提高天线增益。天线元素的间距取决于频率：在低频段，天线的物理尺寸更大。
- 天线元素的数量决定了天线的增益和天线的尺寸。天线尺寸还与频率密切相干，频段越高，天线越小。
- TRX的数量可以等于或小于天线元素的数量，决定了容量增益。
- MIMO流的数量可以等于或小于TRX的数量，决定了峰值数据传输能力，主要取决于基带处置惩罚能力。
当天线元素的数量大于TRX的数量时，额外的元素通常以更多的行形式添加。一个典范的MIMO天线大概具有192个天线元素、64个发射器，并支持最多16个MIMO流。在这种天线中，每个TRX有三行天线。
波束成形在5G中比在LTE中可以或许带来更多的增益，缘故原由有多个：
- 5G支持公共信道的波束成形和波束扫描。波束扫描指的是同步信号和广播信道在时间域中通过不同波束传输的使用。LTE中不支持公共信道的波束成形。
- 5G支持用户特定的参考信号，可以或许实现用户特定的波束成形。LTE必须使用小区特定的参考信号（CRS），这些信号不能用于波束成形。
- 5G中没有遗留装备的限定，因为波束成形从5G的第一版规范开始就已被包罗在内。而在LTE中，波束成形必须基于上行链路测量参考信号（SRS），因为遗留装备不支持波束成形反馈。
- 5G支持更多的发射分支。5G开端支持64个发射分支的反馈，而LTE在Release 8中支持4TX，Release 10支持8TX，Release 13支持16TX，Release 14支持32TX。
大规模MIMO主动天线将天线和大量小型射频单位组合成一个单独的封装。传统的解决方案是将被动天线和射频单位分开。主动天线在小功率放大器的相位控制可以通过数字处置惩罚来实现时，可以或许有效地实现波束成形。典范的射频单位数量可以是16、32、64或128个，这些射频单位集成在主动天线中。主动天线还使得安装更简便，因为天线和射频之间没有电缆毗连。由于没有射频电缆和毗连器的斲丧，功率效率也可以得到提升。下图展示了一个具有64个TRX的诺基亚主动天线。
三、 Flexible Physical Layer and Protocols
5G无线设计需要在物理层和协议层中提供更强的机动性。本节突出介绍了主要的新解决方案领域。
1. 机动的数字化技术 Flexible Numerology
5G无线需要具备支持全部不同频谱选项的机动性。解决方案是机动的数字化技术，如表3.3所示。5G被设计为根据带宽和延迟要求，支持多种子载波间隔和调理间隔。在15版中，界说了15-240 kHz的子载波间隔。在后续版本中，可以支持更高的子载波间隔。使用更高的子载波间隔，可以在一个子帧中容纳更多的符号，从而低沉获取时间。较窄的间隔用于较窄的5G带宽，而且更得当极端的覆盖范围。
如果考虑在3.5 GHz频段的典范5G部署，带宽大概为40-100 MHz，子载波间隔为30 kHz，时隙长度为0.5毫秒。而LTE中的对应参数是20 MHz带宽、15 kHz子载波间隔和1毫秒的时隙长度。5G子载波间隔设计为15 kHz的2N倍数。如果需要非常低的延迟，可以使用所谓的迷你时隙，其中传输时间短于一个时隙。同时，也可以将多个时隙组合在一起。
全球大多数2.5 GHz以下的频谱分配通常限定在每个运营商每个频段20–40 MHz之间。因此，LTE的最大带宽界说为20 MHz。较宽的频谱分配通常可在2.5 GHz和3.5 GHz或更高频率的范围内获得。5G无线电设计支持更宽的带宽，如在更高频率下可到达100 MHz甚至400 MHz。
2. 短传输时间和迷你时隙 Short Transmission Time and Mini‐slot
LTE第8版具有1毫秒的最小传输时间，这在现实中导致最小的往返时间为10-15毫秒。传输时间在两个方向上均为1毫秒，缓冲时间为0.5毫秒，解码时间是1毫秒的倍数。如果我们想缩短往返时间，就需要界说更短的传输时间。在高速分组接入（HSPA）中，最小传输时间为2毫秒，在LTE中为1毫秒，在5G中为0.125毫秒，这使得5G中的往返时间可以或许到达1-2毫秒。更短的帧大小还要求控制信道采用不同的结构，而且用户装备（UE）和基站的处置惩罚时间更快。下图展示了传输时间和相应的往返时间。
5G子帧长度为1毫秒，具有1、2、4个或更多时隙，具体取决于子载波间隔。每个时隙长度为14个符号。典范的调理间隔为一个时隙。此外，还可以使用迷你时隙调理数据，迷你时隙的长度通常为2、4或7个符号。迷你时隙的目标是为全部子载波间隔提供低延迟通信。迷你时隙带来了机动性，允许低延迟服务使用非常短的传输时间，而其他服务则可以使用更长的传输时间。下图中展示了一个1毫秒的时隙和一个0.14毫秒的由两个符号组成的迷你时隙。
5G中的自包罗子帧包罗下行链路和上行链路的控制部分。这种设计支持在同一TDD子帧内进行确认/否认（ACK/NACK）反馈，从而实现低时延使用。单个子帧包罗与数据传输相干的全部内容：下行许可、下行数据以及上行ACK。自包罗子帧的模块化特性，使其在5G网络中引入新服务时非常方便。由于支持空白子帧，自包罗子帧使得在同一载波上与将来服务的前向兼容成为大概。
自包罗子帧被分为下行控制部分、数据传输部分和上行控制部分。在动态TDD使用的环境下，数据部分可以用于下行或上行传输。由于控制信道位于子帧的边缘，下行链路和上行链路的控制信道之间不存在干扰。
自包罗子帧还带来了其他优势，包罗支持非授权频段使用和波束成形优化。下行链路和上行链路之间的快速切换，有助于在互易信道环境下，通过大规模MIMO天线优化性能，如下图所示。
3. 异步混合自动重传哀求Asynchronous HARQ
5G支持异步混合自动重传哀求（HARQ）重传。异步HARQ允许在第一次传输后以机动的延迟进行重传，这为包调理器优化提供了更多自由度。而LTE在上行链路中使用同步HARQ，其中重传必须在第一次传输后8毫秒内发生。在LTE中，重传的需求通过下行链路中的NACK消息进行信令。5G则不使用显式的ACK/NACK信令，而是通过使用相同过程号的新上行资源分配来指示重传的需求。
4. 精简载波 Lean Carrier
LTE基站每毫秒传输4次参考信号（CRS）。用户装备（UE）需要参考信号来进行小区搜索、移动性测量、以及信道估计和解码。即使在小区内没有已毗连的UE，LTE的参考信号也必须持续传输。5G系统设计则有所不同：5G没有CRS，而是使用用户特定的参考信号，参考信号与数据一起传输。如果没有用户数据传输，则不会传输参考信号。机动的参考信号传输有许多好处：
- 低沉基站功耗：由于不需要频仍传输参考信号，5G基站可以在低负载环境下使用省电模式。终极目标是“零用户—零功耗”。
- 减少参考信号干扰：这有助于最小化小区间干扰，提升网络容量。在最大负载时，LTE小区参考信号占基站总功耗的10%，而在低负载环境下，参考信号所占比例显着更高，甚至到达干扰的50%。
- 更高效的波束成形：CRS对于用户特定波束成形没有用处，波束成形需要用户特定的参考信号。由于波束成形是5G系统的重要组成部分，参考信号结构需要相应设计。
下图展示了LTE参考信号的传输：在5毫秒的时间段内传输20次，即每毫秒传输4次。5G则没有任何CRS，只有同步信号和广播信道，通常每20毫秒传输一次。当子载波间隔增大时，5G公共信道的相对占比会更低。图中展示了15 kHz和30 kHz两种环境。同步信道和广播信道使用4个符号，即在15 kHz时，占20毫秒内全部符号的1.4%，在30 kHz时，占0.7%。
5. 自顺应参考信号 Adaptive Reference Signals
参考信号用于用户数据的信道估计和解调。在5G中，参考信号的传输频率是自顺应的。这带来的好处是可以根据环境和预期的移动速度优化传输。多普勒频率Δf可以通过移动速度v、载波频率f和光速c来计算：
如果我们想支持500 km/h的速度和3.5 GHz的频率，那么多普勒频率为1600 Hz。接收到的信号相位每秒会发生1600次显着变革，这意味着所需的参考信号频率需要显着更高。因此，参考信号必须在每毫秒内多次传输。另一方面，如果移动速度较低，如3 km/h，则多普勒频率仅为10 Hz，信道在10毫秒以上的时间内保持相似。LTE无线电设计支持最大为750 Hz的多普勒频率，而且参考符号的频率是固定的。自顺应参考信号频率如图3.14所示。参考信号的频率还取决于多普勒扩展。当存在主导传播路径时，如3GPP高速列车（HST）模型，在频率偏移校正后残余的多普勒扩展较小。对于具有U形多普勒扩展和零平均频率偏移的信道，需要大量的参考信号。我们还留意到，用户装备（UE）会同步到下行链路信号，包罗多普勒扩展。因此，基站接收机中经历的多普勒偏移大概是此处所示的两倍。
6. 自顺应用户装备专用带宽 Adaptive UE Specific Bandwidth
5G允许为每个用户装备（UE）配置不同的带宽，这也被称为带宽部分（Bandwidth Part）。在100 MHz载波下，UE1使用100 MHz的完备带宽，UE2使用20 MHz，UE3使用10 MHz。UE1的100 MHz带宽可以支持高数据速率的移动宽带，而较小的带宽则可以用于要求较低的应用。带宽可以根据数据速率需求动态顺应每个UE。在下一个时间，UE1的带宽被调整为20 MHz，而UE2的带宽调整为100 MHz。这种顺应性带来了装备功耗的好处，既有来自射频（RF）的节能，也有来自基带的节能。UE只需在其本身的带宽部分内进行接收和传输。需要留意的是，Release 15中UE类别没有变革：即使UE被允许瞬时使用较少的带宽，全部UE仍然必须支持完备的100 MHz带宽。
7. 分布式MIMO Distributed MIMO
分布式MIMO指的是从两个或多个小区向用户装备（UE）进行下行传输，或从UE向两个或多个小区进行上行接收。分布式多输入多输出（dMIMO）也被称为协调多点传输（CoMP）和多传输接收点（TRP）。分布式MIMO的目标是通过增加向UE的信号功率、最小化小区间干扰以及提高毗连可靠性来改善小区边缘的性能。分布式MIMO可以被视为大规模MIMO的扩展，其中发射机不在单一天线内，而是分布在不同的位置。这个概念在图3.16中有所展示，其中三个无线单位同时向单一UE传输数据。传输由一个集中式单位控制，该单位与每个无线单位之间通过低延迟毗连进行通信。分布式MIMO具有显着的潜力，尤其是在小区边缘条件下，可以或许提升用户的数据速率。
CoMP技术已经在LTE的上行链路中成功应用，尤其是在上行容量成为瓶颈的繁忙大型运动中。现场结果表明，CoMP可以使上行链路容量提高三倍。由于缺乏UE的支持以及FDD模式下需要快速反馈信令，CoMP在LTE的下行链路中获得的增益较为困难。相比之下，5G在下行链路中使用CoMP的潜力更强。
8. 波形 Waveforms
从2G全球移动通信系统（GSM）中的时分多址（TDMA）和频分多址（FDMA），到3G宽带码分多址（WCDMA）中的码分多址（CDMA），再到4G LTE下行链路中的正交频分多址（OFDMA），移动技术中已经使用了多种不同的波形。在LTE中，上行链路采用的是单载波频分多址（SC-FDMA），这一方案是为尽量减少用户装备（UE）的射频要求而选择的。在5G中，SC-FDMA选项仍然被保留以实现最大覆盖范围。然而，5G上行链路的主要波形是OFDMA，这与LTE的上行链路不同。选择OFDMA的缘故原由在于其性能显着优于SC-FDMA，尤其是在多天线传输和高阶调制下。LTE中并未实现多天线上行链路传输，而5G部署中预计会包罗这一功能。5G对更高数据速率的追求解释了为什么在上行链路中更倾向于使用OFDMA。
9. 信道编解码 Channel Coding
在移动通信系统中，需要使用信道编码来提供更可靠的数据和控制毗连，以应对衰落和干扰。在3G和LTE中，数据通道使用的是Turbo编码，而5G则采用了不同的方案：数据通道使用低密度奇偶校验（LDPC）编码，控制通道使用极化编码（Polar）。LDPC、Turbo和Polar在数据密集型应用中的链路性能相似，但LDPC在实现复杂度方面显着优于Turbo和Polar。当5G的峰值数据速率甚至超过10 Gbps时，实行复杂度变得尤为重要。
LDPC在每单位硅面积的Gbps效率方面表现最佳，且在每纳焦耳比特的能量效率上也最为优秀。LDPC具有最有效的实现方式，得益于其并行化架构和机动的编码设计，可以满足新的无线接入要求。极化编码在3GPP中提出用于5G，但在高数据速率下，极化编码的效率不如LDPC。作为折衷，极化编码被选用于控制通道。
10. 管道处置惩罚和前加载参考信号 Pipeline Processing and Front‐Loaded Reference Signals
5G物理层包罗一个名为“流水线处置惩罚”（pipeline processing）的概念，旨在最小化解码延迟和UE（用户装备）功耗。LTE子帧的结构是控制部分、参考信号和数据按顺序排列，LTE UE必须接收完备的子帧才能开始解码。而在5G中，子帧的开头是解调参考信号（DMRS），然后是可以逐个解码的数据符号。这种方法被称为前加载DMRS（front-loaded DMRS），其目标是最小化解码延迟。流水线处置惩罚使得解码更加快速和连续。当没有数据传输到UE时，流水线处置惩罚还可以使UE更快速地进入睡眠模式。
11. 毗连的非运动状态 Connected Inactive State
5G要求对无线资源控制（RRC）协议进行新的结构设计，以最小化设置时间和信令。LTE的RRC设计有两个RRC状态：空闲状态和毗连状态。LTE UE通常处于空闲状态，以最小化UE的功耗。当需要传输数据时，UE起首切换到RRC毗连状态，完成数据传输后，在不活跃定时器到期后，UE返回到空闲状态。LTE的这种方式对于频仍传输低数据量的场景（如智能手机或物联网装备）并不理想。5G规格包罗RRC毗连不活跃状态，目标是维持RRC毗连较长时间，并最小化RRC设置信令。UE即使在长时间不活跃后也能发送数据，而无需任何RRC设置信令，如许也可以减少延迟。最小化的信令对UE、无线网络和焦点网络都有好处。需要留意的是，毗连不活跃状态与3G的Cell_PCH（寻呼信道）状态相似，在这种状态下，RRC毗连维持较长时间，同时最小化UE的功耗。
12. 无授权接入 Grant‐Free Access
在LTE中，任何上行数据传输都需要UE向基站哀求容量，随后基站做出数据包调理决策并进行资源分配。即使RRC毗连已建立，这一分配周期仍会引入额外的延迟和信令。5G设计引入了无授权接入（grant-free access），允许UE在没有任何调理的环境下发送一些数据。无授权接入也被称为基于争用的接入。无授权接入最小化了延迟和相干信令。无授权接入类似于3G随机接入信道（RACH）上的数据传输。
13. Cell Radius of 300 km
5G无线设计支持多种不同的部署场景。典范的基站覆盖范围较小，从几百米到几公里不等。也大概出现需要非常大覆盖范围的环境，例如在海洋等开阔区域提供覆盖，或者为飞机提供覆盖，或使用气球或无人机为极端地点提供覆盖。非常大的小区范围必须在物理层设计中考虑，因为传播延迟的影响。5G支持最高300公里的小区范围，相应的单程传播延迟为1毫秒，如图3.21所示。LTE的设计范围为100公里。长传播延迟在接收RACH前导码和定时提前量范围时需要考虑。图3.22展示了随机接入的环境，其中来自远间隔UE的上行信号晚2毫秒到达。UE在前导码传输期间无法感知传播延迟。因此，必须在上行接收窗口中考虑传播延迟。
5G的上行接收是同步的，这要求来自远间隔UE的传输必须比近间隔UE的传输提前开始，以便在基站中实现上行的同时接收。上行传输的时序通过定时提前量进行调整，信令的范围富足大，可以容纳300公里的小区范围。
四、网络切片 Network Slicing
5G网络旨在支持针对延迟、吞吐量、容量和可用性的多样化和极端需求。网络切片（Network Slicing）为在统一网络基础办法中满足全部用例的需求提供相识决方案。下图展示了网络切片的概念。例如，同一网络基础办法可以同时支持智能手机、平板电脑、虚拟现实毗连、个人健康装备、关键长途控制或汽车毗连。LTE支持服务质量（QoS）区分，但在5G中需要更进一步的解决方案。
五、双毗连与LTE Dual Connectivity with LTE
5G是首个与传统无线网络精密集成的无线解决方案，旨在实现平滑的部署和无缝体验。这个解决方案被称为双毗连（dual connectivity），即5G用户装备（UE）可以同时毗连到5G无线网络和LTE无线网络。3GPP支持的5G首个版本采用了非独立组网（NSA）架构，并实现了双毗连。在这种架构下，5G基站（gNodeB）和LTE基站（eNodeB）都毗连到演进分组焦点网（EPC）。控制面通过LTE进行传输。该架构被称为Option 3x。通过使用现有的EPC和LTE移动程序，Option 3x使得5G的引入更加迅速。
5G也可以作为独立组网（SA）解决方案进行部署，不需要LTE，使用架构Option 2和5G焦点网（5G-CN）。与NSA方案相比，SA方案更为简便，因为无需在5G和LTE之间进行互通。SA的优势在于，它可以提供比NSA更低的延迟，因为没有包罗LTE协议，这些协议大概会导致额外的延迟。5G焦点网支持新的端到端服务。
以后，也可以使用NSA架构，其中5G和LTE节点都毗连到新的5G焦点网。控制面可以通过LTE或通过5G进行传输，分别对应Option 7和Option 4。
六、无线电云和边缘计算 Radio Cloud and Edge Computing
无线网络架构通常是分布式的，其中全部的无线处置惩罚都在基站的天线附近进行。焦点网络架构则高度集中，只有少数几个焦点站点。将来的架构将有所不同：无线处置惩罚将变得更加集中，以便更好地扩展，而焦点处置惩罚将变得更加分布式，以低沉延迟。这一演变将把边缘云服务器引入移动网络。这些服务器的位置可以承载无线和焦点网络功能。
5G规范旨在支持无线云，通过在无线网络中界说新的接口，将功能分割到分布式射频（RF）站点和集中式边缘云站点之间。无线云的实现可以或许实现网络扩展性，例如在增加大量物联网（IoT）毗连装备时。图3.26展示了主要的功能拆分选项及相干的传输要求。最右侧的图示为分布式选项，其中全部无线功能都靠近天线。这种选项在大多数LTE网络中使用，且在5G网络中也较为典范。最左侧的图示是另一种LTE网络中使用的选项，即基带托管（baseband hoteling），全部基带处置惩罚都集中在一个地方。基带和射频之间可以使用公共无线接口（CPRI）。CPRI要求非常低的延迟，且CPRI的数据率要求会随着带宽和天线数量的增加而增加。如果我们有一个100MHz的5G载波，配备64TRX的大规模MIMO和16个数据流，则CPRI的数据率要求靠近1Tbps（没有CPRI压缩），这使得在5G中使用CPRI接口变得困难。因此，考虑了两种具有更宽松传输要求的功能拆分选项。低层和高层拆分选项将延迟敏感的功能放置在靠近射频的位置，而较少延迟敏感的功能则放在边缘云站点。这可以最小化传输要求。如果传输网络可以或许提供低延迟（<1毫秒），则只有部分Layer 1（快速傅里叶变换[FFT]和信道编码）位于射频附近，而Layer 1的别的部分以及其他层则位于边缘云中。这种环境下的接口称为增强型公共无线接口（eCPRI）。如果传输延迟较高，则更多功能将位于天线站点，只有部分Layer 2和Layer 3功能位于边缘云中。这种环境下的接口称为F1。
Summary
预计5G网络将提供显着更高的能力、更高的数据速率，并支持一系列新服务，从低延迟和高可靠性到低本钱的物联网模块。为了实现这些目标，需要新的技术组件。本章总结了主要的新技术：具有宽带载波的新频谱选项、优化的波束赋形无线设计、机动的物理层和协议层、网络切片、双毗连以及云优化的网络架构。5G意味着网络设计和优化的巨大变革。
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