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一文看懂 | 5G R17标准背后的18种新技术

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产业界要做的事则是循着这些标准,努力将产品落地,可想而知,接下来会有一大波5G新产品要面世。

6月9日晚,在匈牙利布达佩斯召开的3GPP TSG第96次会议上,5G R17标准宣布冻结。这标志着,5G技术和标准已经进入成熟和稳定期,被称为“5.5G”的R18标准制定工作开始启动。


图 | 3GPP TSG第96次会议现场

图源:thepaper

什么是5G R17标准?

R17的全称是5G Release 17,要说清楚R17标准,还得从5G的演进过程讲起。根据3GPP的规划,5G技术演进被分为两个阶段,R15/R16/R17这三个版本称为5G演进的第一阶段,之后的R18/R19/R20这三个版本称为5G演进的第二轮创新,也就是5G Advanced。

在5G演进的第一阶段中,R15是5G的基础标准,于2018年(NSA)和2019年(SA)冻结,重点满足增强移动宽带(eMBB)和基础的低时延、高可靠(URLLC)应用需求。

R16是5G的完整标准,于2020年冻结,主要聚焦于eMBB的增强,低时延、高可靠能力的完善,关注垂直行业应用及整体系统的提升,如面向智能汽车交通领域的5G V2X、面向IIoT领域的时间敏感联网等5G NR能力,以及定位、MIMO增强、功耗改进等系统性的提升与增强。


图 | 5G标准演进情况

图源:3GPP

而R17是5G的增强标准,于2022年冻结,面向5G XR、新型物联网等新业务需求,重点引入了许多全新的特性和技术,比如Redcap终端、上行覆盖增强、动态频谱共享、多播广播业务、多卡技术、卫星5G网络、卫星 NB-IoT物联网、下行1024QAM、定位增强、MIMO技术进一步增强(FeMIMO)、节能增强、URLLC增强、CA/DC增强、辅链路通信增强、无线切片增强等。

R17标准背后

18种新技术和即将带来的影响

中国是全球首个以5G独立组网的方式建设5G网络的国家,根据工信部发布的数据显示,截至2022年4月底,我国5G基站总数已经达到161.5万个,全球市占率60%以上,5G网络用户数量更是达到了4.1亿,全球市占率70%以上。而这些成果都是建立在R15和R16标准之上的,现在R17标准冻结,定会带来新一轮的引导和变化。


图 | 中国5G网络建设和用户数全球市占比情况

图源:工信部

关于R17标准冻结带来的影响,中国信科集团副总经理、专家委主任陈山枝从5G发展的角度出发,表示:“R17的发布在技术上形成了对5G前半程的完整支撑,产业发展进入峰值区间,国内产业链也由技术突破走向规模产业化阶段。”

而紫光展锐的专家们则从技术的角度分析了前面提到的新特性或新技术背后的驱动力和即将带来的一些影响,并将其分为三类(新终端、新业务、新应用场景;通用能力持续增强;面向垂直行业应用的能力持续增强),具体情况整理如下:

新终端、新业务、新应用场景

Redcap终端

Redcap是英文Reduced Capability的缩写,中文直译“降低能力”,即轻量级的5G终端,主要针对的是带宽、功耗、成本等需求都介于eMBB和LPWA之间的应用,比如工业传感器、安防摄像头、智能电网相关设备、高端可穿戴设备、高端物流跟踪设备等。为了缩减NR终端的成本,Redcap支持FR1 20MHz、FR2 100MHz的带宽,接收天线数目减少低至1或2根,调制阶数也由原来的FR1 256QAM必选降为FR1 64QAM。R16/R17终端节能技术进一步降低终端功耗,为了克服低天线数目带来的覆盖问题,Redcap终端也支持R17覆盖增强技术。通过引进separated initial BWP, 可有效实现Redcap终端和non-Redcap终端的友好共存。

多播广播业务(MBS)

多播广播业务主要针对公共安全、IoT应用、软件投递、TV Video、IPTV、直播带货等场景,比如,当遇到突发事件,可以让特定位置的大量用户同时接收到预警或通知。R17通过架构的建立、支持不同级别的服务、灵活的网络部署和操作、组播/广播空口技术等方式,支持组播/广播和现有单播系统灵活地复用共存。

非地面通信 (NR NTN)

非地面通信是为解决偏远山区、海上、交通运输等场景的通信问题,将卫星网络等非地面网络与5G融合,实现立体式的网络覆盖。针对卫星波束地面高速移动、卫星高度带来的传播时延、卫星跟地面站连接切换等问题,R17定义了相关技术标准,主要包括上下行时频偏补偿调整、传输时序关系增强、HARQ增强、基于位置的移动性管理增强等。

IoT非地面通信(IoT NTN)

IoT非地面通信主要针对海运、荒野交通、能源采集、农业、环境保护等无法部署基站,或者建网和维护都很不方便的场景,R17首次将NB-IoT/eMTC技术应用到卫星通信,实现天地物联通信,是对现有物联网的一个很好的补充,为真正的全球覆盖物联网提供了支撑。IoT NTN还包括上下行时频偏补偿调整、传输时序关系增强、基于位置的移动性管理增强等。

多SIM卡优化

面向双卡单通的终端设备,NR首次从标准层面进行规范以提升终端性能,重点解决双卡同时发生寻呼造成的寻呼冲突,以及一卡寻呼和另一卡数据传输的冲突等问题。

通用能力持续增强


图源:IT Times

MIMO进一步增强(NR_feMIMO)

MIMO进一步增强主要专注于为部分关键技术领域带来增强特性,包括增强的多TRP(发射和接收点)部署和增强的多波束操作;提升SRS(探测参考信号)灵活性、容量和覆盖;结合FDD系统DL/UL信道空域时延域互易性特征,设计高性能低复杂度的高分辨率Type-II码本;同时引进增强的SFN技术以优化提升高铁场景的性能。

定位

R17中的定位主要是针对一般商用场景,R17定位精度目标从室内3米、室外10米提升到了亚米级,定位的时延要求小于100ms。在工业物联网场景,R17定位精度误差要求小于20cm,定位的时延要求小于10ms。R17通过优化差分定位降低终端和基站收发时延的影响,支持多路径信号测量上报,辅助信息发送等提高到达角和离开角的测量精度,从而提高定位精度。R17通过定义按需发送的定位导频信号,降低定位测量的请求回应时间、终端测量时间及测量Gap激活时间等降低时延。通过支持RRC非激活状态终端的定位测量、信令和流程等降低功耗,并支持GNSS定位的完好性判决增强,以及A-GNSS定位增强,实现更优的GNSS(全球导航卫星系统)辅助定位性能。

上行覆盖增强

相较基站,终端发送天线数目较少,发送功率较低,并且5G比4G采用了更高的频段,因而带来了更大的链路损耗。R17为上行传输各个物理信道引入了覆盖增强特性,包括增加Msg3 PUSCH/动态调度的PUSCH/PUCCH的重复传输次数以提升可靠性,多时隙传输一个TB,以及多时隙的联合信道估计等。

天线切换增强

在5G R16阶段,上行天线切换只支持从两个载波都是单发切换到一个载波双发的情况,即1T+1T到2T+0T的切换, R17在此基础上做了进一步增强,实现两载波间可以从载波1的两发切换为载波2的两发,即2T+0T到0T+2T的切换,从而实现了在两个发送通道情况下两载波任意切换的能力,满足大上行传输需求。

小包传输

面向微信、健康检测数据上传、应用推送等小包数据业务,R17支持在非活跃态进行上行小包数据传输,以降低功耗,减少信令开销,提升网络效率且减少时延。采用CG-SDT(基于预配置资源的小包传输)和RA-SDT(基于随机接入的小包数据传输)两种传输方式。

终端节能

在R16基础之上,R17持续增强了终端节能技术,包括:对于连接态终端支持PDCCH skipping和搜索空间组切换技术,进一步优化降低终端监听PDCCH的时机,并支持RLM/BFD测量放松,从而获得终端节能;对于空闲态终端,支持寻呼早指示PEI、临时TRS辅助同步等技术,以优化降低终端检测寻呼信息的功耗。

动态频谱共享增强(NR DSS)

动态频谱共享指的是LTE和NR可以动态的共享频谱,R17在R16基础上,进一步探索NR副载波调度NR主载波的跨载波调度方式,以缓解和LTE共享频段的NR主载波的控制信道拥塞。

载波聚合(CA) /双连接(DC)增强

终端可以基于网络配置的条件,自主执行主辅小区切换和添加来提高切换成功率。网络则依据终端的需求,通过动态地激活或去激活辅小区组或辅小区,降低不必要的功率消耗。

下行1024QAM调制

通过支持更高阶调制1024QAM,进一步提升下行速率和效率。

面向垂直行业应用的能力持续增强


图源:ZTEMALL

URLLC/IIoT

为了进一步提升支持垂直行业应用的能力,R17持续在时延可靠性层面进行增强,如增强HARQ-ACK反馈、支持高精度子带CQI反馈、终端内复用和优先级排序,并在非授权频段支持增强的网络物理控制应用和视听服务产业(Audio-Visual Service Production),拓展URLLC特性应用到非授权频谱。

时间敏感网络(TSN)

在很多应用场景中,诸如IIoT,对时间敏感网络的需求是很强的,所以R17在空口层面,通过支持空口传播时延补偿方案,包括基于往返时间(RTT)的定时补偿和基于定时提前(TA)的定时补偿,实现空口高精度授时,可获得大约250ns的单向空口同步误差;并支持QoS相关的新参数,比如生存事件和突发扩频,以增强网络。

辅链路通信增强

在R16的基础上,R17从节能和高可靠低时延两个层面进一步增强,包括支持终端间协同、部分感知、随机资源选择、DRX等技术,以更好地全面支持车联网、公共安全以及商业用例。另外,在R16引入的直连链路技术的基础上,R17通过支持在基站和终端之间部署中继,分别实现对基站和终端之间的数据转发,从而实现覆盖扩展和信号衰减补偿。

无线切片增强

无线切片无疑是5G网络的一大特色,因此R17增强了对网络切片的RAN侧支持,进一步从RAN侧赋予切片优先级、区分性等特性,使网络切片更好地支持应用提供商的业务。为增强终端快速接入目标切片的能力,网络通过SIB或者RRC专用信令,可提供小区重选相关的切片信息。通过对随机接入资源进行分割,对于敏感的切片,提供可保证的RACH资源,提高终端对切片信息的感知能力。为解决切换过程中切片服务连续性问题,支持NG RAN节点的资源管理增强,如切片资源重分割、利用其它不用的共享资源、多载波资源共享,支持网络切片接纳控制功能(NSACF)增强等,降低切片业务中断对服务连续性的影响。

我们知道,R17是在R15、R16的基础上建立起来的,所以一定是对前者的继承,加上基于需求的创新,这些标准在不同的时期扮演着同样重要的角色。而产业界要做的事则是循着这些标准,努力将产品落地,可想而知,接下来会有一大波5G新产品要面世。

当然,R17不是5G标准的终点,5G标准还在持续发展演进,目前3GPP已完成了5G R18的标准立项,这将是 5G-Advanced的首个标准版本。

关于5G-Advanced,陈山枝表示:“R18的重点技术方向有两大类,一类是延续增强型技术,如定位、大规模天线技术、网络自组织/自优化、卫星+5G网络、广播多播、终端节能、覆盖/上行增强、终端直通中继增强、XR等;另一类是引入新技术,如移动性增强、全双工、人工智能、网络节能、载波聚合增强。”

而紫光展锐方面透露:“智能电网应用场景将作为Rel-18 RedCap(Reduced Capability)的目标扩展场景之一,已经写入了Rel-18 RedCap 立项草案,此项举动将为5G+智能电网的应用落地夯实标准基础。”

此外,虽然5G-Advanced的相关工作才启动不久,但我国已经启动了6G技术的研发工作,并成立了国家6G技术研发推进工作组和总体专家组,以此开启在移动通信领域的一场新赛跑,让世界见证更多的中国力量。

- END -


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