關于 5G 的标準 | 帶你讀《5G時代的承載網》之四

第1章 5G的概念

| 1.3　5G 引發革新 |

| 1.4　關于 5G 的标準 |

1.4.1　ITU 和 3GPP

5G 最重要的标準化組織有 ITU 和 3GPP。其中，ITU 是聯合國負責國際電信事務的專業機構，其下分為電信标準化部門（ITU-T）、無線電通信 部門（ITU-R）和電信發展部門（ITU-D），每個部門下設多個研究組，每個研究組下設多個工作組，5G 的相關标準化工作是在 ITU-R WPSD 下進行 的。ITU-R WPSD 是專門研究和制訂移動通信标準 IMT（包括 IMT-2000 和 IMT-Advanced）的組織，根據 ITU 的工作流程，每一代移動通信技術國際标 準的制訂過程包括業務需求、頻率規劃和技術方案 3 個部分，目前對 5G 的時 間表已經确定了 3 個階段：第一個階段截至 2015 年年底，完成 IMT-2020 國 際标準前期研究，重點是完成 5G 宏觀描述，包括 5G 的願景、5G 的技術趨勢 和 ITU 的相關決議，并在 2015 年世界無線電大會上獲得必要的頻率資源；第二個階段是 2016—2017 年年底，主要完成 5G 性能需求、評估方法研究等内容； 第三個階段是收集 5G 的候選方案。而 3GPP 是一個産業聯盟，其目标是根據 ITU 的相關需求，制訂更加詳細的技術規範與産業标準，規範産業行為。

3GPP（the 3rd Generation Partnership Project）是領先的 3G 技術規範 機構，是由 歐洲的 ETSI、日本的 ARIB 和 TTC、南韓的 TTA 以及 美國的 T1 在 1998 年年底發起成立的，旨在研究制訂并推廣基于演進的 GSM 核心網 絡的 3G 标準，即 WCDMA、TD-SCDMA、EDGE 等。中國無線通信标準組 （CWTS）于 1999 年加入 3GPP。3GPP 的會員包括組織夥伴、市場代表夥伴 和個體會員 3 類。3GPP 的組織夥伴包括歐洲的 ETSI、日本的 ARIB 和 TTC、 南韓的 TTA、美國的 T1 和 中國通信标準化協會 6 個标準化組織。3GPP 市 場代表夥伴不是官方的标準化組織，它們是向 3GPP 提供市場建議和統一意見 的機構組織。TD-SCDMA 技術論壇的加入使得 3GPP 合作夥伴計劃市場代 表夥伴的數量增加到 6 個，包括 GSM 協會、UMTS 論壇、IPv6 論壇、3G 美 國（3G Americas）、全球移動通信供應商協會（The Global Mobile Supplier Association）。

中國無線通信标準組（CWTS）于 1999 年 6 月在 南韓正式簽字，同時加 入 3GPP 和 3GPP2，成為這兩個組織的夥伴。在此之前，我國是以觀察員的身 份參與這兩個組織的标準化活動。

1.4.2　3GPP 的幾個階段性标準

根據 3GPP 此前公布的 5G 網絡标準制訂過程，5G 整個網絡标準分幾個階 段完成，如圖 1-4 所示。

2017 年 12 月 21 日，在國際電信标準組織 3GPP RAN 第 78 次全體會議 上，5G NR（New Radio）首發版本正式釋出，這是全球第一個可商用部署的5G 标準。非獨立組網的 NSA 5G 标準被當機，但這隻是一種過渡方案，仍然 依托 4G 基站和網絡，隻是空口采用 5G，算不上真正的 5G 标準，大家都在等 待獨立組網标準。非獨立組網标準的确立，可以讓一些營運商在已有的 4G 網 絡上進行改造，在不進行大規模裝置替換的前提下，将移動網速提升到 5G 網絡， 即 1000Mbit/s 的速率。

R15 階段重點滿足增強移動寬帶（eMBB）和低延遲時間高可靠（uRLLC）應 用需求，該階段又分為兩個子階段：第一個子階段，5G NR 非獨立組網特性已 于 2017 年 12 月完成，2018 年 3 月當機；第二個子階段，5G NR 獨立組網标 準于 2018 年 6 月 14 日當機。2018 年 6 月，已經完成了 5G 獨立組網（SA）标準， 支援增強移動寬帶和低延遲時間高可靠物聯網，完成了網絡接口協定。現在的 R15 5G 标準隻能算是第一階段，重點滿足增強移動寬帶（eMBB）和低延遲時間高可靠 （uRLLC）應用需求，可用于設計制造專業 5G 裝置以及網絡建設，單獨建立一 張全新的 5G 網絡，可以滿足超高視訊、VR 直播等對移動帶寬的要求，而無人 駕駛、工業自動化等需要高可靠連接配接的業務也有了網絡保證。

5G 第二個标準版本 R16 計劃于 2019 年 12 月完成，2020 年 3 月當機，全 面滿足 eMBB、uRLLC、大連接配接低功耗場景 mMTC 等各種場景的需求。可以說， 預計 2020 年 3 月形成的 5G 标準才是完整的 5G 标準。

5G 技術标準由 3GPP 确定之後，還需要經過 ITU 認定。“一定程度上， ITU 成員代表的是其所在國及政府的立場，ITU 的會議通過，某種程度上相當 于‘蓋章’認定，代表一項标準的方案被承認為最後的官方結果，也意味着這 一國際标準的正式确定”。2019 年年底前最終完成的 R16 标準，将添加支援大 規模物聯網的場景。目前 NB-IoT 是主流且已商用的物聯網網絡，但其缺點在 于時延較長，類似智能水表、電表資料傳輸量小，對網絡等待時間要求也不高 的場景，使用 NB-IoT 相當合适。但對于智能血壓計等對時延要求較高的應用，mMTC 更加适合。而真正完整的 R16 标準，除了前兩個需求外，還應該要滿 足大連接配接低功耗場景 mMTC 等各種場景的需求。屆時，整個 5G 組網方案才會 全部被确定，各種終端裝置才可能陸續大規模商用化。

1.4.3　解讀 3GPP R15

2018 年 6 月 14 日，在美國聖地亞哥舉辦的 600 多名 ICT 行業代表參與的 3GPP 全會準許了首個 5G 獨立組網（SA）标準，這意味着 3GPP 首個完整的 5G 标準 R15 正式落地，5G 産業鍊進入商用階段。

3GPP 正式最終确定 5G 第二階段标準（R16）的 15 個研究方向。

（1）對 5G 第一階段标準（R15）中 MIMO 的進一步演進：在 5G 第二階段 标準（R16）中，必須對 R15 中 MIMO 進行進一步增強，多使用者 MIMO（MUMIMO）增強、multi-TRP 增強、波束管理增強。

（2） 52.6GHz 以上的 5G 新空口：5G 第二階段标準（R16）将對 5G 系統 使用 52.6GHz 以上的頻譜資源進行研究。

（3） 5G NR 與 5G NR 之“雙連接配接”：5G 第一階段标準（R15）定義了 EUTRA-NR 雙連接配接、NR-EUTRA 雙連接配接、NR-NR 雙連接配接，但不支援異步 的 NR-NR 雙連接配接。而 5G 第二階段标準（R16）将研究異步的 NR-NR 雙連 接方案。

（4）無線接入 / 無線回傳“一體化”： 随着 5G 網絡密度的增加，無線回傳 是一種潛在的方案。基于 5G 新空口的無線回傳技術研究已在 R15 階段啟動， 3GPP 将在 R16 階段繼續研究并考慮無線接入 / 無線回傳聯合設計。

（5）工業物聯網：5G 第二階段标準（R16）将進一步研究 URLLC（超高可 靠與低延遲時間通信）增強來滿足諸如“工業制造”“電力控制”等更多的 5G 工業 物聯網應用場景。

（6） 5G 新空口移動性增強，5G 第一階段标準（R15）隻是定義了 5G 新 空口獨立組網（SA）移動性的基本功能，而 5G 第二階段标準（R16）将對上 述 5G 新空口的移動性進一步增強。研究内容包括提高移動過程的可靠性、縮 短由移動導緻的中斷時間。

（7）基于 5G 新空口的 V2X：目前，3GPP 已經完成了 LTE V2X 标準、 R15 eV2X 标準。5G 第二階段标準（R16）将研究基于 5G 新空口的 V2X 技術， 使得其滿足由 SA1 定義的“進階自動駕駛”應用場景，與 LTE V2X 形成“互補”。

（8） 5G 新空口的新型定位方式：雖然 5G 第一階段标準（R15）已支援 “RAT-independent”定位，但 3GPP 剛剛确定 5G 第二階段标準（R16）将研究更精确的定位技術，包括“RAT-dependent”以及混合定位技術。

（9）非正交多址接入（NOMA）：面向 5G 的 NOMA 有多種候選技術。而 R16 将研究潛在的技術方案并完成标準化工作。

（10）基于非授權頻譜的 5G 新空口部署（5G NR-U）：在 5G 第二階段标 準（R16）中，5G NR-U 需可利用非授權頻譜提升 5G 系統容量。

（11）非地面 5G 網絡：非地面 5G 網絡是指利用衛星或者高空平台來提供 5G 通信服務。5G 第二階段标準（R16）将研究面向“非地面 5G 網絡”的實體 層的控制機制、随機接入和 HARQ 切換、系統架構等。

（12）遠端幹擾管理 + 交叉鍊路幹擾抑制：5G 系統多在 TDD 系統中，而 由于大氣波導現象，本地 5G 基站的上行信号會受到遠端 5G 基站下行信号的幹 擾。5G 第二階段标準（R16）将研究如何識别造成強幹擾的遠端 5G 基站，以 及如何進行幹擾抑制。

（13） 5G 新空口終端功耗：5G 大帶寬等特性對 5G 終端的功耗提出了較 大挑戰，這将比較嚴重影響使用者的體驗。于是，5G 第二階段标準（R16）将研 究 5G 終端工作在“CONNECTED”模式下如何降低功耗。

（14） 5G 終端能力：5G 第二階段标準（R16）将研究 5G 終端上報“終端 能力”并降低 5G 終端上報信令開銷的方法。

（15） 5G 新空口以無線接入網為中心的資料收集與利用：5G 第二階段标 準（R16）将研究 SON、MDT 等技術。

2018 年 6 月釋出的 SA 标準完成了 5G 核心網架構，實作了 5G 獨立組網。 SA 标準可以實作 5G 的高可靠、超低延遲時間、高效率等特性，這是将 5G 滲透到 醫療、工業網際網路、車聯網等行業的核心屬性。

此次獨立組網标準的當機，讓 5G 确定了全新的網絡架構和核心網，将讓網 絡向 IT 化、網際網路化、極簡化、服務化轉變。

在 IT 化方面，全軟體化的核心網實作了統一的 IT 基礎設施和排程。功能 軟體化、計算和資料分離是代表性的技術。傳統“網元”重構為 5G 的“網絡 功能”，以“軟體”的形式部署，充分發揮雲化、虛拟化技術的優勢。将處理邏 輯和資料存儲分離，更便于提升系統的可靠性、動态性、大資料分析的能力。

在網際網路化方面，從固定網元、固定連接配接的剛性網絡到動态調整的柔性網 絡。服務化架構（SBA，Service-based Architecture）、新一代核心網協定 體系（基于 HTTP2.0/JSON）是其代表性技術。SBA 的設計是由子產品化、可 獨立管理的 “服務”來建構的。服務可靈活調用、灰階釋出，實作網絡能力的 按需編排和快速更新。傳統電信特有的接口協定代之以網際網路化的 API 調用， 使得 5G 網絡更加開放、靈活。

在極簡化方面，極簡的轉發面提高性能，集中靈活的控制面提升效率。C/ U 分離（控制面和使用者面分離）、新型移動性及會話管理是其代表性技術。通過 C/U 分離，一方面實作控制面集中部署、集中管控、集中優化，另一方面實作 使用者面功能簡化，實作高效、低成本、大流量的資料轉發。移動性管理和會話 管了解耦，使得終端可以按需建立會話連接配接，節省了網絡位址和存儲資源。同時， 針對不同的終端類型定義了多種類型的移動性管理，簡化了終端和網絡的狀态。

在服務化方面，從通用化服務到個性化、定制化服務。網絡切片（Network Slicing）、邊緣計算（Edge Computing）是其代表性技術。網絡切片提供定制化、 邏輯隔離、專用的端到端虛拟移動網絡（包括接入網、核心網），是 5G 面向垂 直行業、實作服務可保障的基本技術形式。而邊緣計算将網絡的功能應用靠近 使用者部署，使得極緻的低延遲時間、本地特色應用成為可能，是 5G 滿足如智能工 廠等垂直行業業務需求的重要基礎。

同時，在無線側，5G NR 為設計、架構、頻段、天線 4 個方面帶來新變化。

在設計上，與以往通信系統不同，通信行業和垂直行業的跨界融合是 5G 發展的關鍵之一。為滿足垂直行業的各種差異性需求，并應對部署場景的多樣 性與複雜性，5G 在幀結構等方面提出了全新的設計。與 4G 相比，5G 提供了 更多可選擇的幀結構參數，可根據 5G 基礎通信業務、物聯網和車聯網等多樣 化應用場景，以及宏基站、小基站等不同網絡部署需求靈活地配置，通過“軟 件定義空口”的設計理念使無線信号“量體裁衣”，通過同一個空口技術來滿足 5G 多樣化的業務需求，大幅提升 5G 網絡部署的效率。

在架構上，為了使組網方式更加靈活并提升網絡效率，5G 引入了接入網 CU（中心單元）/DU（分布單元）分離的無線接入網架構，可将基站的功能分成 實時處理的 DU 部分和非實時處理的 CU 部分，進而使得中心單元 CU 可以部 署到集中的實體平台，以承載更多的小區和使用者，提升了小區間協作和切換的 效率。

在頻段上，5G 系統需要不同頻段來共同滿足其覆寫、容量、連接配接數密度等 關鍵性能名額要求。是以，與 4G 不同的是，5G 通過靈活的參數設計（子載波 間隔和 CP 長度等），可支援更大範圍的頻率部署，包括 6GHz 以下以及 6GHz 以上的毫米波頻段。其中，6GHz 以下頻段主要用于實作 5G 系統的連續廣域覆 蓋，保證高移動性場景下的使用者體驗以及海量裝置的連接配接；而 6GHz 以上頻段 能夠提供連續較大帶寬，可滿足城市熱點、郊區熱點與室内場景極高的使用者體 驗速率和極高容量需求。

在天線上，5G 支援大規模天線以大幅度提升系統效率。大規模天線實作三 維的波束賦形，形成能量更集中、覆寫更立體、方向更精準的波束。在大規模天線的架構下，波束掃描與波束管理等多個 5G 先進技術成為可能，網絡覆寫 及使用者體驗的頑健性可得到進一步的提升，實作更好的控制信道和業務信道的 覆寫平衡。

| 1.5　業内對 5G 的響應 |