【5G之道】第二十四章：新的5G无线接入技术
无线接入演进和向前兼容性：
无线接入解决方案必须能够演进并适应新的需求和新的服务特性；
新的5G RAT的3GPP规范将采用分阶段方法，初始阶段具有相对有限的范围，而后续演进会确保完全符合所有确定的5G要求；
新的5G RAT不需要与前几代向后兼容；
超精致设计：最小化始终开启的传输：
每个网络节点会始终有规律的进行某些传输；
在LTE中，始终传输包括：
主和辅同步信号；
小区特定参考信号；
广播系统信息MIB和SIB。
始终传输的相反是 按需传输，可以在基于每个需要发起和去激活的传输；
平均负载相对较轻的网络节点：
在郊区和农村地区，通常部署网络基础设施以提供一定的最低终端用户数据速率的覆盖，而不是因为需要更多的网络容量来处理业务量；
即使由于需要更多网络容量而推动部署新基础架构，部署的大小也是根据峰值流量来规划的；由于业务量通常随时间显著变化，因此每个节点的平均负载仍然相对较低。
始终传输的影响：
始终传输将增加整个系统的干扰，从而降低可达到的数据速率；
始终传输将增加整体网络能耗，从而限制网络能效。
始终传输和向前兼容性之间的关系可以通过使用MBSFN子帧实现LTE中的中继功能来充分说明；与正常子帧相比，MBSFN子帧包括更小的小区特定参考符号，在没有MBSFN子帧的情况下，不可能具有保证向后兼容性；
最小化始终传输可以被看作是更高级的超精致Ultra-lean设计原理的一部分，表示为最小化与用户数据传输不直接相关的所有网络传输；目的是实现更高的数据速率并增强网络能量效率；
留在盒子里：
留在盒子里，是传输所需的信息应该保持在一起，并且不在资源空间上传播；目的是实现更高程度的向前兼容性；
不满足“留在盒子里“原则的LTE传输的示例是，在每个LTE子帧的控制区域中发送的物理信道（PCFICH、PHICH、PDCCH）的集合；
LTE EPDCCH与“留在盒子里“原则一致；每个EPDCCH包含在单个或几个资源块内，使得能更加直接的引入与EPDCCH并行的新传输；
避免严格的定时关系：
另一个重要设计原则：避免子帧边界以及不同传输方向之间静态和严格的定时关系；示例是LTE上行链路混合ARQ过程；
严格和静态的定时关系还可能阻止了无线接入技术可以受益于处理能力的技术进步；
可缩放OFDM：
在上行和下行链路中，OFDM也是用于新的5G RAT的主要候选者；
5G无线接入覆盖非常宽的频率范围；1GHz-10GHz，甚至高达70-80GHz；
对于低频谱部分，与LTE相同量级的子载波间隔就足够了；然而对于较高频率，需要较大的子载波间隔以便确保足够的鲁棒性，特别是在合理的成本和功率消耗下的移动设备的相位噪声；
在较高频谱中，使用具有较大的子载波间隔的较高阶数值学来确保对相位噪声有高鲁棒性；
通过简单的引入额外的缩放因子，可以更容易的在稍后阶段引入额外的数值学；
高阶数值学也可以用于低频密集部署。
频谱成形：
依赖于时间对准的上行链路的正交通常是一种好的办法，但局限于：
必须有常规的上行链路传输，以便网络能够估计上行链路定时并在需要时提供定时提前命令；
在可以启动用户数据传输之前需要建立时间对准，这样带来导致初始访问中的额外延迟，同样阻碍了尚未同步的设备的即时数据传输。
滤波器组多载波FBMC是另一种多载波传输，其中每个子载波通过滤波进行频谱整形；
虽然必须保持子载波之间的正交性，但是OQAM调制的使用导致信道估计的困难，特别是与MIMO传输相结合；
在由许多符号组成的传输突发的情况下，该保护时间开销将相对较小；对于低延迟传输，需要短突发传输，会导致潜在的较大的开销；
在保持OFDM结构的同时改进频谱限制的不同方式是对整个OFDM信号进行滤波；
也可以使用时域加窗来控制频谱属性；
滤波/加窗也可以用于频谱限制载波的某些部分；还可以允许在一个载波内混合不同的OFDM数值学；
不同的数值学可以例如对应于不同的子载波间隔；
不同的数值学也可以对应于具有不同循环前缀的相同子载波间隔。
低PAPR传输：
LTE上行链路使用了具有DFT预编码的OFDM，以便减少发送信号的立方度量CM，从而在设备侧实现更高的功率放大器，缺点是限制了传输的灵活性；
与较低频谱相比，高频谱的高功率放大器更重要：
特别是在基站侧，这种高频谱中的操作通常与大量无线相关联，因此与大量的功率放大器相关联；
电子元件在高频率下的小尺寸和紧密封装使得更难以处理过多的热量，由于功率放大器效率低下，产生的热量比例会更多。
当低CM是基本需求时，如在覆盖受限场景中，数据传输可以使用这种补充的DFT预编码；然而也可以在OFDM之上添加其他CM减少技术的形式；
灵活双工：
新的5G RAT也支持基于TDD和FDD的双工方式，以便匹配存在的配对和不配对的蜂窝频谱；
5G频谱从1GHz到几十个10GHz；
在该频谱的较低部分，具有基于FDD双工的配对频谱将很可能占主导地位；对于由于传输约束将限于密集部署的较高频率，具有基于TDD双工的不配对频谱起主要作用；
动态TDD：
具有基于TDD双工的不配对频谱的好处是，可以根据瞬时业务动态的将传输资源分配给不同传输方向；
不配对频谱的TDD主要问题是：基站到基站和设备到设备之间的干扰的可能性；可以通过时间对准和在所有小区使用相同的下行链路/上行链路配置组合来避免；
新的5G无线接入，允许将传输资源或多或少的完全动态的分配给不同的传输方向，会有基站到基站和设备到设备的干扰产生；
广域部署潜在干扰：
基站具有高发射功率，位于更高的位置，并且通常以高占空比发射服务多个激活设备；
设备具有低得多的发射功率，通常位于室内或室外的街道，并且通常平均以相对低的占空比传输。
密集部署基站和设备传输特性：
与广域部署相比，密集部署中基站的发射功率将更类似于设备的发射功率；
密集部署的基站在室内和室外的街道部署；
由于更多的动态业务变化，密集部署中的基站通常将平均比较低的占空比进行操作。
什么是全双工：
全双工操作意味着在相同的频率下同时接收和发送；
全双工会导致发射机到接收机的自干扰，可在检测前消除；依赖于空间分离、模拟抑制和数字消除的组合；
全双工有益的一种情况，基站之间的无线连接：
与传统的基站/设备链路相比，回程链路在许多情况下更为孤立；
与传统移动设备相比，与全双工相关联的接收机复杂程度可能更容易包括在回程节点中；
对于回程节点，更容易在发射和接收天线之间有更多空间分离，放宽度主动干扰的抑制。
链路级的全双工，在基站/设备链路上的双向上的同时传输；
小区级的全双工，在基站发射到一个设备，并且同时在相同频率上接收/检测另一设备的发射；在小区级全双工好处，不需要再设备侧支持同时的同频传输和接收；
帧结构：
帧结构是再无线接口上实现低延迟的关键因素；低等待时间，需要短TTI，因此需要短子帧；
低链路级延迟要求对数据的快速解调和解码；接收机由于子帧内的数据的解调和解码所需的控制信息位于子帧的开始，可以尽早的开始解调和解码；重传发生在一个子帧延迟；减少混合ARQ往返时间；
对于上行链路，在子帧开始处发送调度授权，并且相应的上行链路数据填充上行链路子帧的剩余部分；
信道编码：
LTE使用Turbo编码，5G RAT也选择Turbo编码，还有低密度奇偶校验LDPC码和极化码Polar；
LDPC码，基于稀疏奇偶校验矩阵的块码，是具有基于迭代消息传递算法的解码；
极化码，是第一个到达Shannon极限的已知结构化码；极化码不具有误差基底，使得更容易在解码之后实现非常低的误码率；但技术相对不成熟；
Turbo码主要优点在于块长度和码率方面的灵活性；在Turbo码的打孔方面的灵活性，可以很容易实现基于增量冗余的混合ARQ；
LDPC码是针对某个块长度和某个码率设计的；
Turbo码主要缺点，是在解码器复杂性方面；
多天线传输和波束成形：
对于较高频率，限制因素不是带宽和频谱，而是覆盖；对于较高频率，波束成形是提供增强覆盖的工具；
广泛使用波束成形以确保足够的覆盖对于新的5G RAT是非常重要的；
紧密集成天线元件和RF部件实现的最近发展允许比先前使用多得多的可控天线元件；
每个天线元件具有其自己的D-A转换器和功率放大器，并且所有波束处理在基带中完成；
多站点连接和紧密互联：
多站点连接意味着设备同时连接到多个站点；
在非常高的载波频率下或者需要非常高的可靠性时，多站点连接有关键作用；
多站点连接还可以在低负载时提高用户数据速率；
多站点连接可以包括同一层内的站点（层内连接），还可以同时连接到不同小区层的站点（层间连接）；多站点连接可以通过不同无线接入技术的连接；
多站点连接可以在协议栈中的不同级别实现：使用类似载波聚集的结构，它们通常对站点之间的回程具有严格的等待时间要求；将协议栈中较高层的数据流聚合，类似LTE的双连接，其中聚合在PDCP层完成；
系统接入功能：
即不与用户数据传送直接相关，但是设备能够访问系统所必须的功能；
系统接入功能包括：网络通知/寻呼设备的功能，设备接入系统的功能（随机接入）；
影响5G RAT的系统接入功能，新类型解决方案：
覆盖对于波束成形的依赖，特别是在较高频率；
在一些部署中需要支持非常高的网络能效；
支持高度向前兼容性的目标。
覆盖依赖于波束成形意味着从链路预算来看广播大量信息会受限制；最小化广播信息的数量对于使用大规模波束成形来覆盖时至关重要的；
从哪些节点广播系统信息也具有灵活性；当没有服务的设备时，底层的节点可以是完全不活动的；
5G RAT多层部署也是多技术部署；
系统信息的大部分在相邻小区之间是相同的；可以使用MBSFN从一组节点联合的广播系统信息；
由于过度使用波束成形来提高覆盖，会影响随机接入，也可能不能同时监听所有方向上的随机接入传输；
调度和基于内容的传输：
调度可以对传输活动有动态和严格控制，提高资源利用率；
调度需要设备从基站请求资源，在进行调度决定之后，其可以向设备提供指示用于上行链路传输资源的调度授权；
避免请求-准许阶段：
向设备提供预先在特定时间内有效的调度准许，在调度授权有效时间内，设备可以在上行链路上不必经过请求授权阶段而进行发送；
允许不需要任何授权的未调度传输。
在没有提供独占接入的授权时，不能避免来自不同设备的传输之间的冲突；解决：接受冲突；提高处理增益足以允许冲突传输的检测和解码。
低密度扩展LDS，可以有效的检测碰撞信号；
LDS利用特定的扩展序列来扩展发射信号；
稀疏码多址SCMA是LDS的修改扩展，其中LDS的直接序列扩展由稀疏码字代替；这种稀疏码字提供扩展的欧几里的距离和增强的链路性能；
接入/回程融合：
5G时代，回程和接入融合的原因：
在5G时代，接入链路将扩展到10GHz以上的高频带，当前用于回程的频率范围；
在5G时代，移动网络的预期密集化将需要能够在非视距条件下操作的无线回程。
无线回程链路的重要属性：
在无线回程场景中，设备通常是不移动的；
与正常设备相比，无线回程设备可以具有更多的复杂性，包括更多的天线及发射和接收天线分离的可能性。
用于接入和无线回程的公共频谱池不一定意味着接入链路和无线回程链路在相同的频率上操作；许多情况下，回程链路和接入链路之间的频率是分离的；
集成的设备到设备连接：
LTE设备到设备连接包括两部分：
设备到设备通信，重点关注公共安全用例；
设备到设备发现，不仅针对公共安全，而且针对商业用例。
设备到设备连接应该被看做是增强5G网络内连接性的通用工具；
网络应能够配置基于设备的中继链路以增强连接质量；
为了最大限度提高设备到设备连接，应尽可能在网络控制下进行；没有网络可用时，设备大设备的连接也应该可以工作。