第 4 代或 4G LTE 主要在於連接人和地，是以通信和信息共享為核心主題。5G 通過為 4G 的通信和信息共享主題增加可靠、彈性的控製與監控功能，從而將連接範圍擴展到機器設備。這種轉變對係統要求和設計原理產生了深遠影響。5G 願景可以說包羅萬象，涉及人們生活的方方麵麵
，會影響人們如何生產產品，如何管理生產過程中的能源與環境，如何運輸
、存儲和消費物品，影響人們如何生活、工作、通勤、娛樂和甚至放鬆等等。

 

因此，需要使用虛擬化和軟件定義網絡來挑戰 5G 係統/網絡性能極限，以確保實現更高的網絡容量、更高的用戶吞吐量
、更高的頻譜
、更高的帶寬
、更低的時延、更低的功耗、更高的可靠性和更高的連接密度。5G 架構包含模塊化網絡功能。這些功能可按需部署和擴展
，從而能夠以低成本方式滿足廣泛的應用案例需求。

 

4G LTE 技術很成功，非常適合 6GHz 以下頻譜。5G 則增加了 6GHz 以上頻譜，為無線電接入網絡開啟了大段未使用頻譜。它還支持大於 20MHz 的載波，降低控製開銷


，提高 RAN 靈活性以滿足多種用例需求。支持大於 6GHz 的頻譜是 5G 技術最具前景的屬性之一
，或許也是難度最大的特性。6GHz 以上通道模型由 3GPP 於 2016 年 6 月發布,其精度對正確設計基站和用戶設備（UE）shejiqiguanjianzuoyong。xianshiqingkuangshi
，haixuzuogengduogongzuohexianchangceshiyitigaozhexiemoxingdejingdu。zheqijian，xitongshejixuyaojuyoulinghuoxingheneizaidekebianchengxing
，yigenjuzaixianchangjingyantiaozhenghegaijindicengsuanfa。

 

將端到端時延減小到 1ms 以內是 5G 的另一個重要目標
，旨在滿足任務關鍵型應用的超高可靠低時延用例
，以及擴展的移動寬帶用例（諸如承諾為服務提供商帶來更高收入的遊戲）的要求。5G 正在改進幀結構以實現上述這一目標。圖 1 給出一種準 5G 標準幀結構方案。該方案具有 100-200 微秒級的很短的傳輸時間間隔(TTI)
，比 4G LTE 的 TTI（1ms）縮短 10 倍，具備快速的 Hybrid ARQ（自動重發請求）queren，kesuoduanxitongshiyan。liyongqianzaijietiaozhicankaohekongzhixinhao
，kezaijieshouzhendeqijianzhixingzhenchuli，erbushidenghuanchongzhenggezizhenzhihouzaichuli。zhenjiegouhaiyonglaijianhuahejiasumeizizhendekuaisutiaoduqingqiu。yinci，5G 基帶所需的計算與 4G LTE 係統相比會顯著增加。

 

5G 有you望wang支zhi持chi靈ling活huo的de幀zhen結jie構gou，以yi適shi應ying不bu同tong用yong例li和he應ying用yong要yao求qiu，例li如ru數shu據ju包bao長chang度du和he端duan到dao端duan時shi延yan。有you兩liang種zhong子zi幀zhen擴kuo展zhan方fang法fa正zheng在zai考kao慮lv中zhong
，它ta們men具ju有you靈ling活huo的de每mei子zi幀zhen符fu號hao數shu量liang和he可ke變bian的de子zi幀zhen長chang度du。也ye可ke將jiang兩liang種zhong方fang法fa混hun合he使shi用yong。兩liang種zhong方fang法fa都dou支zhi持chi多duo種zhong傳chuan輸shu類lei型xing（下行鏈路、上行鏈路和混合方式）。子幀持續時間和采樣率與基線 5G 數字論定義的一樣。靈活幀結構對物理 (PHY) 層實現有影響。逐符號看
，FFT 長度和循環前綴可能不同。符號數量
、每物理資源塊的 OFDM 子載波數量和 QAM 符號數量就每子幀而言可能會不同，具有可變的保護時段位置和長度。這會顯著增大 5G PHY 的實現複雜性。至少在最初幾年，構建 5G 係統最為得當的方法應該是利用可編程 FPGA 和 SoC 隨標準演進來擴展和升級係統

，並根據現場的性能測量結果改進和調整實現方案。

 

圖 1：一種準標準的基線 5G 幀結構

 

MIMO 技術非常適合厘米波 (3-30 GHz) 和毫米波 (30-300GHz) 頻pin率lv
，這zhe是shi價jia格ge便bian宜yi而er且qie未wei充chong分fen利li用yong的de頻pin譜pu資zi源yuan，有you大da量liang可ke用yong的de連lian續xu波bo段duan。頻pin率lv越yue高gao，傳chuan輸shu信xin號hao的de傳chuan播bo損sun耗hao越yue大da。不bu過guo，更geng高gao頻pin率lv下xia能neng獲huo得de很hen窄zhai的de筆bi形xing波bo束shu，可ke實shi現xian更geng大da天tian線xian增zeng益yi
，以yi補bu償chang較jiao高gao的de傳chuan播bo損sun耗hao。此ci外wai，隨sui著zhe載zai波bo頻pin率lv增zeng加jia
，天tian線xian單dan元yuan的de尺chi寸cun會hui減jian小xiao。因yin此ci
，可ke以yi在zai更geng小xiao的de區qu域yu裝zhuang入ru更geng多duo天tian線xian單dan元yuan。例li如ru，包bao含han 20 個單元的 2.6GHz 最先進天線大約是一米高。在 15GHz下，可以設計具有 200 個單元但隻有 5cm 寬
、20cm 高(gao)的(de)天(tian)線(xian)。天(tian)線(xian)單(dan)元(yuan)增(zeng)多(duo)，意(yi)味(wei)著(zhe)可(ke)以(yi)準(zhun)確(que)地(di)將(jiang)信(xin)號(hao)導(dao)向(xiang)目(mu)標(biao)接(jie)收(shou)器(qi)。由(you)於(yu)係(xi)統(tong)以(yi)很(hen)多(duo)這(zhe)種(zhong)波(bo)束(shu)形(xing)式(shi)將(jiang)傳(chuan)輸(shu)集(ji)中(zhong)在(zai)特(te)定(ding)方(fang)向(xiang)上(shang)
，因(yin)此(ci)覆(fu)蓋(gai)率(lv)和(he)容(rong)量(liang)會(hui)大(da)幅(fu)提(ti)高(gao)。

 

5G NR（新無線電）規範草案沒有指明所支持的 MIMO 層數量，不過很可能高達 32 至 64 層。5G 係統將支持在每個 TTI 期間對用戶資源分配進行快速重新配置，以實現更高頻譜利用率。當支持多個 MIMO 層時，這會進一步加大係統複雜性。圖 2 給出了 5G MIMO 係統中用戶資源分配實例。時分雙工 (TDD) 有助於緩解 5G Massive MIMO 的實現
，其中信道狀態信息利用信道互易性來確定。該方案未考慮用戶端設備或終端中的非線性。需要指明的重要一點是，在 5G 基站實現方案中，終端需要記錄多個波束並定期請求基站進行資源分配
，以便為上行數據傳輸分配最佳波束。當 UE 終(zhong)端(duan)切(qie)換(huan)波(bo)束(shu)時(shi)，需(xu)要(yao)重(zhong)新(xin)計(ji)算(suan)信(xin)道(dao)狀(zhuang)態(tai)信(xin)息(xi)。為(wei)了(le)實(shi)現(xian)如(ru)此(ci)複(fu)雜(za)的(de)係(xi)統(tong)
，務(wu)必(bi)要(yao)引(yin)入(ru)足(zu)夠(gou)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing)和(he)可(ke)編(bian)程(cheng)性(xing)，以(yi)便(bian)調(tiao)整(zheng)實(shi)現(xian)方(fang)案(an)
，針(zhen)對(dui)不(bu)同(tong)終(zhong)端(duan)實(shi)現(xian)所(suo)需(xu)的(de)性(xing)能(neng)。

 

圖 2：基線 5G 係統中的 MIMO

 

對於 6GHz 以下的部署，5G 係統通常多達 64 個天線單元。6GHz 以上可有更多的天線單元數量。數字波束形成一般用在 6GHz 頻率以下的情況（在基帶中實現）

；而結合了數字和模擬波束形成技術的混合方案則用於 6GHz 以上頻率。包含 64 個天線單元的 Massive MIMO 係統配置會顯著增加複雜性和成本，因為要支持 L1 基帶中數字波束形成所需的大量有源無線電信號鏈和預編碼計算。基帶處理信號鏈與遠端射頻單元之間的連接要求急劇增加。為了比較經濟地實現這些係統

，有必要在無線電中集成 L1 基帶信號處理或其中的一部分。未來的這種功能劃分可能導致網絡節點中 L1-L2 與無線電功能處在相同位置。圖 3 介紹了 64 個天線單元的 Massive MIMO 在不同係統功能邊界上的連接要求，凸顯了 L1 與無線電共址的必要性。

 

圖 3：Massive MIMO 係統中的連接挑戰

 

5G 的de範fan圍wei相xiang當dang廣guang泛fan，而er且qie整zheng個ge業ye界jie又you非fei常chang活huo躍yue
，提ti交jiao了le數shu百bai提ti案an，因yin此ci使shi得de商shang議yi時shi間jian大da大da延yan長chang。對dui所suo提ti議yi的de算suan法fa和he網wang絡luo配pei置zhi進jin行xing仿fang真zhen，這zhe樣yang雖sui說shuo不bu錯cuo，但dan還hai不bu夠gou。概gai念nian驗yan證zheng演yan示shi、現xian場chang試shi驗yan和he測ce試shi台tai對dui於yu這zhe些xie提ti案an的de評ping估gu都dou非fei常chang關guan鍵jian。這zhe使shi得de一yi般ban的de機ji構gou很hen難nan審shen核he所suo有you提ti議yi。此ci外wai
，來lai自zi市shi場chang的de壓ya力li也ye非fei常chang巨ju大da，要yao求qiu更geng早zao地di發fa布bu 5G 規範。有些運營商對於海量機器類通信(mMTC)和超高可靠低時延用例(URLLC)標準化的推出計劃延期感到不悅——預期在 2019 年末推出。3GPP 已針對數據選擇 LDPC，針對 eMBB 用例選擇極化碼。對於 mMTC 和 URLLC 用例，LDPC、極化碼和渦輪碼都在考慮之中，不過行業還要等待更長時間才能為這些用例做出結論。很多情況下
，用戶終端以及 5G 基站有可能支持多種 5G 用例，這使得設計基帶編解碼器的難度加大、成本更高。

 

更複雜的是，運營商沒有明確 5G 用例如何進行商業化部署以及哪種會在市場部署方麵走在最前麵。固定無線接入（替換最後一英裏光纖）和智能城市是兩個業界領先的用例。采用URLLC的垂直產業整合以及自動化運輸等還需要更長時間才能從實驗室和有限現場試驗中走出來

，實現更廣泛的市場應用。出於這些原因，5G 係統預計要具有足夠的靈活性和可編程性以精調係統功能和性能，從而在這些用例被采用後實現演進並適應市場現實。

 

賽靈思 All Programmable FPGA 和 SoC 在實現 5G 概念驗證
、測試台驗證以及 eMBB、URLLC 和 mMTC 用例的早期商業化試驗中起到關鍵作用。商用芯片尚未推出，ASIC 也無法在 5G 標準化階段早期實行。就基於賽靈思 All Programmable FPGA 和 SoC 的(de)平(ping)台(tai)而(er)言(yan)
，其(qi)關(guan)鍵(jian)價(jia)值(zhi)在(zai)於(yu)係(xi)統(tong)可(ke)以(yi)動(dong)態(tai)調(tiao)整(zheng)以(yi)支(zhi)持(chi)任(ren)意(yi)功(gong)能(neng)和(he)增(zeng)強(qiang)型(xing)算(suan)法(fa)實(shi)現(xian)方(fang)案(an)。廠(chang)商(shang)利(li)用(yong)這(zhe)些(xie)平(ping)台(tai)運(yun)行(xing)現(xian)場(chang)試(shi)驗(yan)，以(yi)測(ce)量(liang)實(shi)際(ji)部(bu)署(shu)環(huan)境(jing)中(zhong)的(de)性(xing)能(neng)，從(cong)而(er)優(you)化(hua)係(xi)統(tong)實(shi)現(xian)方(fang)案(an)。第(di)一(yi)波(bo)商(shang)用(yong) 5G 係統可能就要依賴這些最優化係統。賽靈思 UltraScale™ 和 UltraScale+™ All Programmable FPGA 和 SoC 專門為滿足 5G 市場要求而設計。