帶你讀《5G 無線增強設計與國際标準》第一章5G無線增強設計概述1.1 5G無線增強設計概覽

随着第一版5G國際标準（3GPPNRR15版本）于 2018年 9月正式當機，5G的大門正式開啟。5G技術的廣泛應用給人們生活的方方面面帶來巨大改變。根據ITU的願景，5G将滲透到未來社會的各個領域，以使用者為中心建構全方位的資訊生态系統。其中，5G使用者體驗速率可達 100Mbt/s~1Gbt/s，能夠支援移動虛拟現實等極緻的業務體驗；5G峰值速率可達   10Gbt/s~20Gbt/s，流量密度可達  10Mbt/（s·m2），能夠支援未來千倍以上移動業務流量的增長；5G連接配接數密度可達 100萬個/平方米，能夠有效支援海量的物聯網裝置；5G傳輸時延可達毫秒量級，可滿足車聯網和工業控制的嚴苛要求；5G能夠支援500km/h的移動速度，能夠在高鐵環境下滿足良好的使用者體驗。此外，為了保證對頻譜和能源的有效利用，5G的頻譜效率将比 4G提高3~5倍，能效将比 4G提升100倍。

3GPPNRR15版本完成了一系列基礎的設計。這些基礎的設計包括幀結構設計、接入設計、調制編碼設計、大規模天線設計、控制信道設計及多種接入架構設計。相對于4G系統，5G  NR  的系統設計更加靈活，可以支援更多的基本參數配置、上下行對稱的波形設計、自包含且靈活的幀結構配置；同時，5GNR中還引入了一系列的新技術，其中比較有代表性的是控制信道采用的 Poar碼（極化碼）、資料信道采用的 LDPC碼。

總體來說，NRR15版本的設計巳經滿足了ITU對于5G各項基礎名額的要求。但是，相對于宏大的 5G願景，該版本标準在多個次元尚需進行擴充和增強。對于傳統的增強移動寬帶（eMBB，EnhancedMob   eBroadband）業務，NRR15版本巳經提供了很好的支援，但是在大規模天線的碼本設計、終端的節能、網絡的覆寫、定位、接入流程、 高低頻的組合載波聚合技術等方面還存在很大的優化空間。對于超高可靠低延遲時間通信（URLLC，Utra-Re abe and Low Latency Communcatons），NR R15版本以1ms空口時延和 99．999％可靠性為目标，定義了一些 URLLC 的基礎特性，考慮到 URLLC應用場景多種多樣，且對時延和可靠性有更高的性能要求，故還需進一步增強。在垂直行業擴充方面，NR   R15版本對多個重要領域并未支援，典型的如車聯網、非授權頻段部署、衛星網絡等。綜上所述，第一版 5GNR标準存在非常廣闊的優化和擴充空間。為達成ITU的願景，滿足全面建構以 5G為基礎的資訊化社會的需求，3GPP在 NRR15版本的基礎上進行了全面增強，完成了 NRR16版本的國際标準。NRR16版本增強的主要方向為傳統的 eMBB業務增強和垂直行業擴充，主要增強内容包括大規模天線增強、定位增強、接入回傳一體化、2步接入、雙連接配接/載波聚合、5G車聯網、5G免許可頻段接入、超高可靠低延遲時間增強等。通過NRR16版本的全面增強，5G将提供更強的網絡覆寫能力、更低的接入與傳輸時延、更高的傳輸速率、更低的終端功耗，使能以5G車聯網為代表的一批垂直行業應用，并實作授權與非授權頻譜的共同使用。

NRR16版本始于 2018年 6月，于 2019年 12月基本完成版本标準化工作，并于2020年 6月被正式當機。R16版本的國際标準也被稱為 5G第二階段（5GPhase2），該版本也将和 R15版本一起作為 5G标準的一部分，被整體送出至ITU。

NR在 R16階段的增強設計采用多個獨立項目的方式開展，該方式與 R15階段采用的在一個大項目下進行所有關鍵技術整體标準化的方式有所不同。R16階段每個項目針對某一具體方向或一類技術進行增強，多個項目形成對 R16标準的整體增強。當不同的項目存在共性技術時，通過 3GPP項目協調機制，共性技術會選擇在一個項目中開展，避免重複标準化。本書的章節設定基千 NRR16開展的主要項目，對已經完成标準化的項目及相關内容進行重點介紹。

3GPPNRR16的項目主要分為行業擴充項目和已有特性的待續增強項目。圖1-1所示為 3GPPNRR16無線增強項目總體情況。在垂直行業擴充方面，R16主要開展了 5個項目：5G車聯網（5GV2X）、5G免許可接入（NR-U）、5G非地面網絡（NTN）、5G工業物聯網信道模組化（IIOT信道模組化）、超高可靠低延遲時間（URLLC）增強。其中，NTN和 IIOT信道模組化都是研究項目，沒有進行真正的标準化。在待續增強特性方面， R16開展了 7個項目：UE（終端）節能、接入回傳一體化（IAB）、定位增強、2步接入（2-Step RACH）、大規模天線增強、遠端千擾删除和多   RAT    的雙連接配接/載波聚合增強

（LTE_NR_DC_CA_enh）。其中，UE節能、IAB、定位增強 3個項目有一個研究階段來确認其标準化内容；其餘 4個項目直接進行了标準化。非正交多址技術（NOMA）雖然進行了充分的研究，但是受标準化時間、方案比較發散等影響，R16階段隻對 NOMA的主要應用場景 2步 RACH進行了标準化。

圖1-1   3GPPNRR16無線增強項目總覽

R16版本的待續時間是 2018年 6月至 2020年 6月，很多項目并不是在 R16期間才開始的，而是在R15版本标準化沒有結束時就已開始了研究工作，這些項目包括：5GV2X、NR-U、NTN、IAB和 NOMA。匕們在 R15開始階段就完成了立項的讨論，并且獲得了通過。但是，受 R15階段标準化工作量大、标準化時間受限的影響，這 5個項目并沒有在 R15開始階段與 NR的整體标準化同期開展，而是推遲到了 2018年。可以看出，這 5個項目中的 3項都和垂直行業關系密切，這也展現了 3GPP希望 5G能夠向垂直行業擴充的強烈願望。