摘要

随着4G网络的部署和商业运作的发展，全球范围内的技术专家已经开始寻找下一代无线解决方案以满足在2020时代移动互联网爆炸式发展的预先要求。本文介绍了我们对5G网络两个主要主题的视角：绿色和软件。通过反思香农定理和传统的中心细胞设计，当网络功耗降低时，网络容量可以显著增加。绿色和软件组合的可能性是通过5个相互关联的研究领域：能源效率and spectral efficiency co-design, no more cells,和频谱效率的协同设计，没有更多的单元，rethinking signaling/control, invisible base stations,反思信号/控制，看不见的基站，and full duplex radio.和全双工无线电。

引言

随着第四代（4G）标准的成熟和全球范围内正在进行的4G蜂窝网络的发展，对5G通讯技术的研究活动已经出现在学术和工业社区。来自不同国家和地区的多个组织已经采取措施并且建立了项目旨在潜在的5G关键技术：5GNOW和建立在欧洲电信标准协会框架7下的METIS研究新的波形和5G的基础以满足2020年的需求；5G研究中心已经建立在美国给5G技术进行世界一流的测试；第三代合作伙伴项目（3GPP）已经制定了直到2020年的演变草稿图；中国已经拉开了IMT-2020论坛的序幕来对用户需求，光谱特性和技术趋势的研究[1]。广泛共识的是，5G的要求包括更高的频谱频率（SE）和能源效率（EE），较低的端到端延迟，和更多的连接节点。从对中国移动来看，5G应该反映了两大主题：绿色和软件。

随着全球碳排放量的增加和海水平上升，全球天气和世界各地的大城市空气污染变得更严重的[2]。因此，节能被公认为世界范围内的一个迫切需要解决的问题。信息和通信技术（ICT）中占有相当大的能源消费比例。在2012年，ICT行业年度平均电力消费的超过200万千瓦，其中电信基础设施和设备占据25%[ 3 ]。在 5G时代，预计有数百万有更高功能的基站（BSS）和数亿计的有更高数据速率的智能手机和设备将连通。在2012年，世界上最大的移动网络在其拥有1.1百万个基站的网络中消耗了14亿千瓦时的能源。EE需要戏剧性的改善；因此，为EE和SE共同优化网络的新的工具将是必要的。一些研究小组和联盟一直在调查EE的蜂窝网络，包括移动VCE，EARTH，和GreenTouch。移动VCE集中精力在基站硬件，建筑，和操作，已经模拟实现75%-92%的节能增益[4]。EARTH已经设计了新的数组技术包括低损耗天线，微直接传输（DTX），天线静音，和自适应分区根据流量的波动，导致60%–70%的节省能量小于5%的吞吐量降解[ 5 ]。greentouch已经树立了一个在2020年提高EE 1000倍的更远大的目标[6]。一些运营商已经积极的开发和部署绿色技术，包括绿色盲源分离完全由可再生能源供电，和绿色基础设施

例如云/合作/清洁无线接入网络（C-RAN）[ 7 ]。

电信级网络是复杂的，由专用节点和硬件组成。新的标准和功能往往需要多种设备的开发和集成，从而导致很长的发布周期。在为了适应移动互联网流量的爆炸增长和大量的新的应用程序/服务要求更短的产品上市时间，更快的周转需要新的网络能力。动态RNA重构能够解决不是过度均匀的移动流量的时间和空间领域的变化。软技术是解决这些问题的关键。

通过将软件和硬件分离，控制平面和数据平面在通用处理器（GPPS）通过编程接口和虚拟化技术重建软件，这使得利用软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）可以获得更少的开支和更高的效率[8]。斯坦福大学的开路工程介绍了无线网络的Open-flow, FlowVisor, and SNMPVisor来加强控制平面。NEC的基站虚拟化集中精力在介质访问控制（MAC）层的切片无线资源方面。爱立信的CloudEPC改进了Long Term Evolution（LTE）控制平面来控制开放式流量控制。阿尔卡特-朗讯的CellSDN认为逻辑上集中的控制平面和服务质量（QoS）的可扩展的分布式执行在数据平面的防火墙策略。C-RAN实现了一个软的，虚拟的BS，这个BS使同一服务器上的虚拟机器整合成多个基带单元集（BBUS），并且支持多个无线接入技术（RATs）。一个从核心网络到RAN的软的端到端解决方案能够允许5G频谱和能源效率的目标。

在下面的章节中，本文将详细阐述绿色软5G愿景。与对最大程度利用SE的传统强调不同，EE必须并排设置成联合优化。我们提出了一个EE和SE的协同设计框架。没有更多的细胞的概念强调以用户为中心的设计和作为软细胞基础设施的关键要素的C-RAN。一个关于对5G信令和控制设计的基本构想的理论基础可以被提供。本文进一步讨论了应用了LSAS技术的不可见的BSs的理念。最后，在网络中基于全双工技术和潜在的解决方案的基本的干扰管理问题是确定的。

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