第五代移動(dòng)通信技術(shù)標準發(fā)展

　　5G開(kāi)啟萬(wàn)物互聯(lián)新時(shí)代，新業(yè)務(wù)新需求對5G系統提出新挑戰。業(yè)界一般認為移動(dòng)通信10年一代，2G提供語(yǔ)音和低速數據業(yè)務(wù)，3G時(shí)代在提供語(yǔ)音的同時(shí)，開(kāi)始提供基礎的移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)， 4G時(shí)代移動(dòng)通信提供移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)，到了5G時(shí)代，移動(dòng)通信將在大幅提升以人為中心的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)使用體驗的同時(shí)，全面支持以物為中心的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，實(shí)現人與人、人與物和物與物的智能互聯(lián)。5G滿(mǎn)足增強移動(dòng)寬帶、海量機器類(lèi)通信和超高可靠低時(shí)延通信三大類(lèi)應用場(chǎng)景，在5G系統設計時(shí)需要充分考慮不同場(chǎng)景和業(yè)務(wù)的差異化需求。5G將滿(mǎn)足20Gbps的光纖般接入速率，ms級時(shí)延的業(yè)務(wù)體驗，千億設備的連接能力，超高流量密度和連接數密度，及百倍網(wǎng)絡(luò )能效提升等極致指標，一個(gè)系統如何同時(shí)滿(mǎn)足多樣業(yè)務(wù)需求，5G系統設計面臨新的挑戰。

　　5G標準規劃

　　3GPP于2018年6月發(fā)布第一個(gè)獨立組網(wǎng)5G標準。3GPP制定R15和R16標準滿(mǎn)足ITU IMT-2020全部需求，其中R15為5G基礎版本，重點(diǎn)支持增強移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)和基礎的低時(shí)延高可靠業(yè)務(wù)，R16為5G增強版本，將支持更多物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)?？紤]到5G將與LTE較長(cháng)時(shí)間共存，并且運營(yíng)商擁有的頻譜不同、部署節奏不同、5G網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)定位不同，3GPP標準分階段支持多種5G組網(wǎng)架構。具體地，R15包含3個(gè)子階段，這些子版本將為運營(yíng)商提供更多組網(wǎng)選擇，其中2018年6月份發(fā)布獨立組網(wǎng)的5G標準此外，3GPP將于2019年底發(fā)布R16標準，R16標準在R15的基礎上，進(jìn)一步增強網(wǎng)絡(luò )支持移動(dòng)寬帶的能力和效率，同時(shí)擴展支持更多物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景。

　　5G新空口技術(shù)

　　5G新空口(NR)支持大帶寬、低時(shí)延、靈活配置，滿(mǎn)足多樣業(yè)務(wù)需求，同時(shí)易于擴展支持新業(yè)務(wù)。在帶寬方面，針對6GHz以下的頻譜，5G新空口支持最大100MHz的基礎帶寬;針對20GHz-50GHz頻譜，5G新空口支持最大400MHz的基礎帶寬;此外，5G新空口采用部分帶寬設計，支持多種終端帶寬，適應多種業(yè)務(wù)需求。 在低時(shí)延方面，5G新空口支持較寬子載波間隔，支持符號級的調度資源粒度，支持自包含時(shí)隙和快速重傳機制?；谶@些技術(shù)方案，5G支持4ms的空中接口時(shí)延，并在特定場(chǎng)景和配置下，支持0.5ms的空中接口時(shí)延。5G新空口靈活設計體現在基礎參數設計、幀結構、參考信號設計、控制信道設計等等方面。

　　NR支持靈活參數集，以滿(mǎn)足多樣帶寬需求。NR以15kHz子載波間隔為基礎，可根據15*2u靈活擴展，其中u=0，1，2，3，4，也就是說(shuō)NR支持15、30、60、120、240khz等5種子載波間隔，其中子載波15、30、60kHz適用于低于6GHz的頻譜，子載波60、120、240kHz適用于高于6GHz的頻譜。新空口定義子幀長(cháng)度固定為1ms，每個(gè)時(shí)隙固定包含14個(gè)符號，因而對于不同子載波間隔，每個(gè)時(shí)隙長(cháng)度不同，分別為1、0.5、0.25、0.125和0.0625ms。

　　NR支持靈活幀結構，定義大量時(shí)隙格式，滿(mǎn)足各種時(shí)延需求。LTE定義了7種幀結構、11種特殊子幀格式，其中幀結構以5ms和10ms 為周期;NR更多是定義時(shí)隙格式，共定義了56種時(shí)隙格式，并支持基于符號靈活定義幀結構。LTE幀結構以準靜態(tài)配置為主，高層配置了某種幀結構后，網(wǎng)絡(luò )在一段時(shí)間內采用該幀結構。在特定場(chǎng)景下，也可以支持物理層的快速幀結構調整;NR從一開(kāi)始設計就支持準靜態(tài)配置和快速配置，支持更多周期配置，如0.5， 0.625， 1， 1.25， 2， 2.5， 5， 10ms，此外，時(shí)隙中的符號可以配置為上行、下行或靈活符號，其中靈活符號可以通過(guò)物理層信令配置為下行或上行符號，以靈活支持突發(fā)業(yè)務(wù)。

　　NR支持更大數據包的有效傳輸和接收，同時(shí)提升控制信道性能。增強移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)的大數據包對編碼方案的編譯碼的復雜度和處理時(shí)延提出了挑戰，LPDC在處理大數據包和高碼率方面有性能優(yōu)勢，成為NR的數據信道編碼方案，并且為了避免大數據包的重傳，一個(gè)傳輸塊編碼后拆分為多個(gè)碼塊組，基于碼塊組重傳。對于控制信道，魯棒性是最重要的技術(shù)指標，極化碼Polar在短數據包方面有更好的表現，成為NR控制信道編碼方案之一。

　　NR支持基于波束的系統設計，提供更靈活的網(wǎng)絡(luò )部署手段。LTE中同步、接入采用廣播傳輸模式，數據信道支持波束賦形傳輸模式。為了實(shí)現同步、接入和數據傳輸3個(gè)階段的匹配，NR中同步、接入、控制信道、數據信道均基于波束傳輸，并支持基于波束的測量和移動(dòng)性管理，以同步為例，NR支持多個(gè)同步信號塊，SSB可以指向不同的區域，比如樓宇的高層、中層和地面，為網(wǎng)絡(luò )規劃提供更多可調手段。

　　NR支持數字和混合波束賦形。低頻NR主要采用傳統的數字波束賦形，針對高頻NR，既需要補償路損，又需要考慮合理的天線(xiàn)成本，因而NR引入模擬+數字的混合波束賦形。NR下行支持最大32端口的天線(xiàn)配置，上行支持最大4端口的天線(xiàn)配置;在具體MIMO傳輸能力方面，下行單用戶(hù)最大支持8流，最大支持12個(gè)正交多用戶(hù)，上行單用戶(hù)最大支持4流。另，與LTE定義了多種傳輸模式不同，NR目前只定義了一種傳輸模式，即基于專(zhuān)用導頻的預編碼傳輸模式。此外，相比于LTE，5G新空口定義更多導頻格式(如Front-loaded和支持高速移動(dòng)的額外DMRS)，以支持更多天線(xiàn)陣列模式和部署場(chǎng)景。

　　同時(shí)，3GPP注重新空口與LTE共存的場(chǎng)景，除了支持雙連接外，還支持新空口共享LTE上行資源，以提升新空口的上行覆蓋。

　　5G核心網(wǎng)設計

　　以控制與轉發(fā)功能分離為基礎，突出網(wǎng)絡(luò )的多業(yè)務(wù)差異化服務(wù)能力。架構方面，5G核心網(wǎng)采用全新的基于服務(wù)的系統架構、新型架構將原先的網(wǎng)絡(luò )功能分解為一組服務(wù)，每個(gè)服務(wù)都可以獨立發(fā)現和調用，重構業(yè)務(wù)流程，結合基于NFV的網(wǎng)絡(luò )切片快速部署，新業(yè)務(wù)可以在幾周內完成開(kāi)發(fā)，并實(shí)現分鐘級的上線(xiàn)運行?？刂破矫婀δ芊矫?，5G核心網(wǎng)根據終端類(lèi)型和位置區域，提供不同的切片選擇、移動(dòng)性和會(huì )話(huà)管理策略，為不同業(yè)務(wù)提供差異化的接入服務(wù)。轉發(fā)平面功能方面，5G核心網(wǎng)支持分布式的轉發(fā)路徑設置和邊緣計算，優(yōu)化不同業(yè)務(wù)的吞吐量和轉發(fā)時(shí)延。5G安全采用可擴展認證協(xié)議(EAP)框架實(shí)現統一認證，支持用戶(hù)在接入網(wǎng)間無(wú)縫切換，同時(shí)，通過(guò)增強的安全機制進(jìn)行用戶(hù)隱私保護(如身份標識等)，并支持按需的用戶(hù)數據保護方法。

　　5G技術(shù)發(fā)展

　　5G技術(shù)將持續增強。3GPP已啟動(dòng)5G第二版本(R16)標準的預研工作，在增強基礎的移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)能力和基礎網(wǎng)絡(luò )架構能力的同時(shí)，重點(diǎn)提升對垂直行業(yè)應用的支持，特別是對低時(shí)延高可靠類(lèi)業(yè)務(wù)的支持。在移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)能力方面，R16重點(diǎn)研究多天線(xiàn)增強、載波聚合與大帶寬增強、遠端干擾刪除、非正交多址和免許可5G技術(shù)。在基礎能力提升方面，重點(diǎn)研究終端節能、定位增強、移動(dòng)性增強、基于RAN的大數據收集與應用、服務(wù)化架構增強、智能化運營(yíng)、切片增強等內容。在垂直行業(yè)應用方面，研究5G車(chē)聯(lián)網(wǎng)(NR V2X)、低時(shí)延高可靠(URLLC)增強、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)增強(NR IIoT)、NB-IoT/mMTC增強等內容。