5G需要滿足eMMB、URLLC、mMTC以及IAB等各類業(yè)務(wù)，所以對(duì)波束的要求較LTE也會(huì)完全不一樣。

5G的應(yīng)用程序概述如圖1所示。

增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（eMBB）波形

增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（eMBB）被認(rèn)為是一種低延遲和高吞吐量的錨定技術(shù)，通過波形本身或子幀定義中的可擴(kuò)展numerology ，各種5G服務(wù)都基于該錨定技術(shù)。這種設(shè)計(jì)理念支持跨技術(shù)的通用MAC設(shè)計(jì)，這有利于集成（例如，mmW和蜂窩之間的載波聚合）。增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶包括諸如許可頻譜中的大小區(qū)和許可或未許可頻譜中smallcell的上下行鏈路等方面。這包括低于6GHz的蜂窩頻率和高于6GHz（例如mmW）的頻帶。eMBB的關(guān)鍵要求是確保在4-6GHz之間可用的可能更大的許可帶寬（如日本5G考慮的4.4-4.9GHz、中國(guó)的3.5GHz）上實(shí)現(xiàn)高頻譜效率和更低延遲。增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶還提供了與蜂窩上下行鏈路服務(wù)的設(shè)備對(duì)設(shè)備通信同信道，以及諸如基站之類的基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)點(diǎn)之間的集成接入和回程（IAB： integrated access and backhaul）通信。

對(duì)于eMBB下行鏈路，關(guān)鍵設(shè)計(jì)考慮因素是：

• ?支持寬帶上的高頻譜效率。

• 充分利用空間復(fù)用。

對(duì)于eMBB蜂窩下行鏈路服務(wù)，可以假設(shè)用戶處于連接的RRC狀態(tài)，即已經(jīng)實(shí)現(xiàn)同步并且已經(jīng)建立了專用控制/數(shù)據(jù)信道。

對(duì)于上行鏈路增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶服務(wù)，有兩個(gè)重要的部署需要考慮。

首先是大小區(qū)或宏小區(qū)部署，其中用戶受到功率限制，并且根據(jù)其位置可能無法實(shí)現(xiàn)非常高的頻譜效率。在這些情況下，波形實(shí)現(xiàn)低PAPR變得更加重要，例如具有單載波或甚至恒定包絡(luò)。

對(duì)于由于small cell設(shè)備的功率要求或政府對(duì)無許可頻譜的規(guī)定而發(fā)射功率較小的small cell或無許可部署，從用戶到基站的距離顯著減小，但不一定是用戶的最大發(fā)射功率，尤其是在更為孤立的小基站和郊區(qū)室內(nèi)住宅等未經(jīng)許可的部署中。因此，在分配給每個(gè)用戶的一組子載波內(nèi)允許非常高的頻譜效率變得更加重要，包括最大限度地使用MIMO傳輸，然后OFDMA成為增強(qiáng)移動(dòng)寬帶的更合適的技術(shù)。

如果允許用戶在整個(gè)頻帶上發(fā)射23dBm，則下面提供了沒有功率控制的大小區(qū)（1732m小區(qū)半徑的站點(diǎn)間距離）上行鏈路SNR和SINR分布的圖示。請(qǐng)注意，在這些情況下，路徑損耗非常大，以至于用戶通常處于低頻譜效率狀態(tài)，并且使用SC-FDMA支持較低的PAPR波形，而不是使用OFDM進(jìn)行MIMO空間復(fù)用變得更加有利。另一方面，如果半徑減小8倍（給出125m小區(qū)半徑），則曲線將偏移30dB，在這種情況下，在上行鏈路上啟用MIMO通常更有用。

eMBB毫米波

毫米波段中的波形折衷由多個(gè)因素決定，如PA效率、最大PA功率、信道特性（如延遲擴(kuò)展）和波束賦形架構(gòu)（如模擬、數(shù)字或混合）。

• mmw PA可能具有更低的效率和更低的峰值功率。在這種情況下，重要的是具有非常低的PAPR的波形，從而在極具挑戰(zhàn)性的mmw環(huán)境中改善鏈路預(yù)算。

• 波束賦形還可以減少觀測(cè)信道中的延遲擴(kuò)展，從而有助于單載波和OFDM方法之間的不同折衷點(diǎn)。

• 在mmw頻帶中使用較大的子載波間隔可以有助于在大帶寬的情況下降低FFT大小的復(fù)雜性。

• 在模擬或混合波束賦形系統(tǒng)中，數(shù)字鏈的數(shù)量比天線的數(shù)量少，并且部分波束賦形是通過RF波束賦形來實(shí)現(xiàn)的。在這種架構(gòu)中，除非多個(gè)用戶落入同一波束內(nèi)，否則不可能在FDM中復(fù)用大量用戶。為了在調(diào)度和傳輸塊的大小方面提供更好的粒度，最好使用短TTI。這也可以應(yīng)用于控制和數(shù)據(jù)的波形。

廣域萬物互聯(lián)（mMTC）

5G的應(yīng)用之一是支持大量無線連接到廣域蜂窩網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備。除了專注于5G標(biāo)稱使用情況下的極端帶寬和高頻譜效率之外，WAN IoE還有其獨(dú)特的設(shè)計(jì)要求和流量概況。具體而言，WAN IoE代表了具有零星短數(shù)據(jù)突發(fā)和對(duì)電池壽命要求嚴(yán)格的應(yīng)用類別。此外，為了為WAN IoE設(shè)備提供部署靈活性，無線鏈路應(yīng)能承受更大的傳播和滲透損失。由于宏小區(qū)部署和鏈路預(yù)算的考慮，高頻譜效率不是該用例的主要問題。

基于這些設(shè)計(jì)要求，WAN IoE上行鏈路期望使用單載波波形或甚至恒定包絡(luò)波形，

對(duì)于WAN IoE下行鏈路，傳輸PAPR不再是最關(guān)鍵的約束，多個(gè)用戶之間的同步也不受關(guān)注。因此，希望使用類似的波形和多址方案作為標(biāo)稱業(yè)務(wù)，這為信道延遲擴(kuò)展提供了更好的處理，但縮放到適當(dāng)?shù)膸挕?/p>

關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用程序（uLLRC）

對(duì)于非常低延遲的任務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用，可能需要壓縮子幀和HARQ時(shí)間線的numerology ，以在更短的時(shí)間跨度內(nèi)提供非常高的可靠性。一個(gè)是下行鏈路，因?yàn)閱蝹€(gè)源控制到所有用戶的傳輸，這可能不是設(shè)計(jì)問題，并且OFDMA是已經(jīng)給出用戶之間同步的合適解決方案。這也很重要，因?yàn)榛静槐貫槊總€(gè)服務(wù)支持兩種不同的波形。

然而，在上行鏈路中，現(xiàn)在需要考慮權(quán)衡。一種通常用于降低頻譜效率或短突發(fā)傳輸?shù)难舆t的方法是在同一時(shí)間頻率資源上實(shí)現(xiàn)非正交傳輸和多用戶檢測(cè)，另一種方法是為異步傳輸劃分單獨(dú)的子帶。

蜂窩設(shè)備到設(shè)備（SideLink）

增強(qiáng)的移動(dòng)寬帶應(yīng)用也被設(shè)想為實(shí)現(xiàn)設(shè)備到設(shè)備的通信。由于鏈路的對(duì)稱性質(zhì)，希望在任一方向上具有相同的波形。可以進(jìn)一步研究應(yīng)該使用OFDM還是SC-FDM。

由于設(shè)備到設(shè)備的范圍更短，較高的PAPR可能不是問題，并且可能需要支持較高的頻譜效率。因此，設(shè)備對(duì)設(shè)備通信利用更適合下行鏈路的波形可能變得有利，這意味著為此鏈路采用OFDM波形。

對(duì)于D2D（側(cè)鏈）用例，波形設(shè)計(jì)應(yīng)允許：

• 對(duì)稱波形。

• 高頻譜效率支持。

綜合接入和回程（IAB）

增強(qiáng)的移動(dòng)寬帶應(yīng)用也被設(shè)想為實(shí)現(xiàn)基站到基站的通信。然而，應(yīng)該注意的是，對(duì)大型小區(qū)之間的通信需求較少，因?yàn)樵诓辉黾佑芯€回程投資的情況下，不可能部署這樣的大型設(shè)備。然而，在small cell的情況下，它們更可能需要在其他small cell之間建立網(wǎng)格，或直接連接到具有有線回程的大小區(qū)。因此，回程鏈路可以采用OFDMA波形，僅在發(fā)送側(cè)（small cell基站）額外支持SC-FDMA。這不允許改變基站的解調(diào)路徑，但由于必須引入DFT，因此可能導(dǎo)致發(fā)射機(jī)的復(fù)雜度略微增加。