第 5 代无线接入网络有望满意 2020 年及今后新式用例及运用的体系和服务要求。连通各行各业并支撑新服务是 5G 技能最重要的方面，以便为满意 2020 年信息社会的要求做好预备。第 4 代或 4G LTE 首要在于衔接人和地，是以通讯和信息同享为中心主题。5G 通过为 4G 的通讯和信息同享主题添加牢靠、弹性的操控与监控功用，然后将衔接规模扩展到机器设备。这种改变对体系要求和规划原理产生了深远影响。5G 愿景能够说一应俱全，触及人们日子的方方面面，会影响人们怎么出产产品，怎么办理出产过程中的动力与环境，怎么运送、存储和消费物品，影响人们怎么日子、作业、通勤、娱乐和乃至放松等等。
因而，需求运用虚拟化和软件界说网络来应战 5G 体系/网络功用极限，以保证完成更高的网络容量、更高的用户吞吐量、更高的频谱、更高的带宽、更低的时延、更低的功耗、更高的牢靠性和更高的衔接密度。5G 架构包括模块化网络功用。这些功用可按需布置和扩展，然后能够以低本钱办法满意广泛的运用事例需求。
4G LTE 技能很成功，十分合适 6GHz 以下频谱。5G 则添加了 6GHz 以上频谱，为无线电接入网络敞开了大段未运用频谱。它还支撑大于 20MHz 的载波，下降操控开支，进步 RAN 灵敏性以满意多种用例需求。支撑大于 6GHz 的频谱是 5G 技能最具远景的特点之一，或许也是难度最大的特性。6GHz 以上通道模型由 3GPP 于 2016 年 6 月发布,其精度对正确规划基站和用户设备(UE)规划起要害作用。实践状况是，还需做更多作业和现场测试以进步这些模型的精度。这期间，体系规划需求具有灵敏性和内涵的可编程性，以依据在现场经历调整和改善底层算法。
将端到端时延减小到 1ms 以内是 5G 的另一个重要方针，旨在满意使命要害型运用的超高牢靠低时延用例，以及扩展的移动宽带用例(比如许诺为服务提供商带来更高收入的游戏)的要求。5G 正在改善帧结构以完成上述这一方针。图 1 给出一种准 5G 标准帧结构计划。该计划具有 100-200 微秒级的很短的传输时刻距离(TTI)，比 4G LTE 的 TTI(1ms)缩短 10 倍，具有快速的 Hybrid ARQ(主动重发恳求)承认，可缩短体系时延。运用前载解调制参阅和操控信号，可在接纳帧的期间履行帧处理，而不是等缓冲整个子帧之后再处理。帧结构还用来简化和加快每子帧的快速调度恳求。因而，5G 基带所需的核算与 4G LTE 体系比较会明显添加。
5G 有望支撑灵敏的帧结构，以习惯不同用例和运用要求，例如数据包长度和端到端时延。有两种子帧扩展办法正在考虑中，它们具有灵敏的每子帧符号数量和可变的子帧长度。也可将两种办法混合运用。两种办法都支撑多种传输类型(下行链路、上行链路和混合办法)。子帧持续时刻和采样率与基线 5G 数字论界说的相同。灵敏帧结构对物理 (PHY) 层完成有影响。逐符号看，FFT 长度和循环前缀或许不同。符号数量、每物理资源块的 OFDM 子载波数量和 QAM 符号数量就每子帧而言或许会不同，具有可变的维护时段方位和长度。这会明显增大 5G PHY 的完成杂乱性。至少在开始几年，构建 5G 体系最为妥当的办法应该是运用可编程 FPGA 和 SoC 随标准演进来扩展和晋级体系，并依据现场的功用丈量成果改善和调整完成计划。
图 1：一种准标准的基线 5G 帧结构
MIMO 技能十分合适厘米波 (3-30 GHz) 和毫米波 (30-300GHz) 频率，这是价格便宜并且未充分运用的频谱资源，有许多可用的接连波段。频率越高，传输信号的传达损耗越大。不过，更高频率下能取得很窄的笔形波束，可完成更大天线增益，以补偿较高的传达损耗。此外，跟着载波频率添加，天线单元的尺度会减小。因而，能够在更小的区域装入更多天线单元。例如，包括 20 个单元的 2.6GHz 最先进天线大约是一米高。在 15GHz下，能够规划具有 200 个单元但只要 5cm 宽、20cm 高的天线。天线单元增多，意味着能够精确地将信号导向方针接纳器。由于体系以许多这种波束方式将传输会集在特定方向上，因而覆盖率和容量会大幅进步。
5G NR(新无线电)标准草案没有指明所支撑的 MIMO 层数量，不过很或许高达 32 至 64 层。5G 体系将支撑在每个 TTI 期间对用户资源分配进行快速从头装备，以完成更高频谱运用率。当支撑多个 MIMO 层时，这会进一步加大体系杂乱性。图 2 给出了 5G MIMO 体系中用户资源分配实例。时分双工 (TDD) 有助于缓解 5G Massive MIMO 的完成，其间信道状况信息运用信道互易性来确认。该计划未考虑用户端设备或终端中的非线性。需求指明的重要一点是，在 5G 基站完成计划中，终端需求记载多个波束并定时恳求基站进行资源分配，以便为上行数据传输分配最佳波束。当 UE 终端切换波束时，需求从头核算信道状况信息。为了完成如此杂乱的体系，务必要引进满意的灵敏性和可编程性，以便调整完成计划，针对不同终端完成所需的功用。
图 2：基线 5G 体系中的 MIMO
关于 6GHz 以下的布置，5G 体系一般多达 64 个天线单元。6GHz 以上可有更多的天线单元数量。数字波束构成一般用在 6GHz 频率以下的状况(在基带中完成);而结合了数字和模仿波束构成技能的混合计划则用于 6GHz 以上频率。包括 64 个天线单元的 Massive MIMO 体系装备会明显添加杂乱性和本钱，由于要支撑 L1 基带中数字波束构成所需的许多有源无线电信号链和预编码核算。基带处理信号链与远端射频单元之间的衔接要求急剧添加。为了比较经济地完成这些体系，有必要在无线电中集成 L1 基带信号处理或其间的一部分。未来的这种功用区分或许导致网络节点中 L1-L2 与无线电功用处在相同方位。图 3 介绍了 64 个天线单元的 Massive MIMO 在不同体系功用鸿沟上的衔接要求，凸显了 L1 与无线电共址的必要性。
图 3：Massive MIMO 体系中的衔接应战
5G 的规模适当广泛，并且整个业界又十分活泼，提交了数百提案，因而使得协商时刻大大延伸。对所提议的算法和网络装备进行仿真，这样虽然不错，但还不行。概念验证演示、现场实验和测试台关于这些提案的评价都十分要害。这使得一般的组织很难审阅一切提议。此外，来自商场的压力也十分巨大，要求更早地发布 5G 标准。有些运营商关于海量机器类通讯(mMTC)和超高牢靠低时延用例(URLLC)标准化的推出计划延期感到不悦——预期在 2019 年底推出。3GPP 已针对数据挑选 LDPC，针对 eMBB 用例挑选极化码。关于 mMTC 和 URLLC 用例，LDPC、极化码和涡轮码都在考虑之中，不过职业还要等候更长时刻才干为这些用例做出定论。许多状况下，用户终端以及 5G 基站有或许支撑多种 5G 用例，这使得规划基带编解码器的难度加大、本钱更高。
更杂乱的是，运营商没有清晰 5G 用例怎么进行商业化布置以及哪种会在商场布置方面走在最前面。固定无线接入(替换最终一英里光纤)和智能城市是两个业界抢先的用例。选用URLLC的笔直工业整合以及主动化运送等还需求更长时刻才干从实验室和有限现场实验中走出来，完成更广泛的商场运用。出于这些原因，5G 体系估计要具有满意的灵敏性和可编程性以精调体系功用和功用，然后在这些用例被选用后完成演进并习惯商场实践。
赛灵思 All Programmable FPGA 和 SoC 在完成 5G 概念验证、测试台验证以及 eMBB、URLLC 和 mMTC 用例的前期商业化实验中起到要害作用。商用芯片没有推出，ASIC 也无法在 5G 标准化阶段前期实施。就根据赛灵思 All Programmable FPGA 和 SoC 的渠道而言，其要害价值在于体系能够动态调整以支撑恣意功用和增强型算法完成计划。厂商运用这些渠道运转现场实验，以丈量实践布置环境中的功用，然后优化体系完成计划。第一波商用 5G 体系或许就要依靠这些最优化体系。赛灵思 UltraScale™ 和 UltraScale+™ All Programmable FPGA 和 SoC 专门为满意 5G 商场要求而规划。
