5G R16標(biāo)準(zhǔn)要點分析

周 斌

中國聯(lián)通（江蘇）產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)公司

0 引言

5G是新信息科技革命的制高點，也是我國信息基礎(chǔ)設(shè)施中最重要的內(nèi)容。其致力于實現(xiàn)萬物互聯(lián)，做到“信息隨心至，萬物觸手及”。它將影響到各行各業(yè)，極大改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)生活方式甚至改變社會。5G技術(shù)設(shè)計高度靈活，指標(biāo)眾多，支持的業(yè)務(wù)從傳統(tǒng)的移動寬帶業(yè)務(wù)逐步擴展到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能家居、應(yīng)急通信、車聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星通信等多個領(lǐng)域。

1 5G標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)演進(jìn)概述

5G技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作主要通過國際標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP開展，包括RAN工作組和SA工作組。截至目前，5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)涵蓋R15（3GPP Release 15）、R16（3GPP Release 16）、R17（3GPP Release 17）三個版本。5G標(biāo)準(zhǔn)不需考慮與4G的后向兼容，但需定義新的空口技術(shù)以滿足5G三類場景下的多種業(yè)務(wù)需求，與此同時，5G不同版本的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計需要滿足前后向兼容的特性。

3GPP在2016年開始啟動5G需求和技術(shù)方案的研究工作，確定了5G三大應(yīng)用場景，包括：增強移動寬帶（eMBB，enhanced Mobile Broadband），大規(guī)模機器類通信（mMTC，massive Machine-Type Communications），超低時延高可靠通信（URLLC，Ultra-Reliable and Low Latency Communications）。

2017年啟動R15作為5G標(biāo)準(zhǔn)的第一個階段，主要針對增強移動寬帶場景和部分超低時延高可靠場景，完成了新空口非獨立組網(wǎng)（non stand alone，NSA）和獨立組網(wǎng)（stand alone, SA）標(biāo)準(zhǔn)，滿足市場上比較急迫的商用需求。

2018年啟動R16的標(biāo)準(zhǔn)化工作，作為5G標(biāo)準(zhǔn)的第二階段，R16在兼容R15的基礎(chǔ)上，對增強移動寬帶場景進(jìn)一步增強，引入包括增強多天線傳輸，蜂窩定位，終端節(jié)能、雙連接/載波聚合、移動性增強等技術(shù)，并針對低時延高可靠場景、面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場景以及車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用需求進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，詳細(xì)制定工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)、有線/無線聚合、非公共網(wǎng)絡(luò)以及非授權(quán)頻段等技術(shù)，功能設(shè)計于2019年底完成，最終版本于2020年7月3日正式凍結(jié)，滿足ITU IMT-2020提出的要求。

全球統(tǒng)一的5G標(biāo)準(zhǔn)是5G產(chǎn)業(yè)規(guī)模商用的核心。在R16于2020年7月完成之前，R17標(biāo)準(zhǔn)就已啟動，并于2019年12月確立了第一批立項。3GPP對R17的技術(shù)演進(jìn)路線進(jìn)行了規(guī)劃和布局，最終圍繞“網(wǎng)絡(luò)智慧化、能力精細(xì)化、業(yè)務(wù)外延化”三大方向共設(shè)立23個標(biāo)準(zhǔn)立項。具體來看，3GPP標(biāo)準(zhǔn)專家對5G演進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)（Rel-17）設(shè)立23個標(biāo)準(zhǔn)立項，涵蓋面向網(wǎng)絡(luò)智能運維的數(shù)據(jù)采集及應(yīng)用增強，面向賦能垂直行業(yè)的無線切片增強、精準(zhǔn)定位、IIoT及URLLC增強、低成本終端，以及面向能力拓展的非地面網(wǎng)絡(luò)通信（衛(wèi)星通信及地空寬帶通信）、覆蓋增強、MIMO增強（含高鐵增強）等項目。

2 5G R16主要內(nèi)容

5G R16標(biāo)準(zhǔn)在增強型移動寬帶能力和基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能力提升的同時，強化支持垂直產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，其涵蓋載波聚合大頻寬增強、提升多天線技術(shù)、終端節(jié)能、定位應(yīng)用、5G車聯(lián)網(wǎng)、低時延高可靠服務(wù)、切片安全、5G蜂窩物聯(lián)網(wǎng)安全、URLLC安全等，為5G的全面應(yīng)用奠定堅實基礎(chǔ)。從R15版本到R16版本，重點聚焦eMBB增強與垂直行業(yè)能力提升兩大方面。簡單來說，R15完成了高擴展性協(xié)議框架(靈活統(tǒng)一)和高性能eMBB(M-MIMO)，而R16進(jìn)一步制定了高性能、全業(yè)務(wù)網(wǎng)的5G標(biāo)準(zhǔn)，并且主要服務(wù)于企業(yè)應(yīng)用場景。R16標(biāo)準(zhǔn)主要包括以下內(nèi)容：eMBB性能（MIMO性能增強，CA、DSS、上行增強，TDD干擾消除，終端節(jié)能）、垂直行業(yè)（URLLC能力，5G LAN局域網(wǎng)，5G行業(yè)專網(wǎng)，自動駕駛，定位提升）、智能運維（自動駕駛，SON，2B運維）、邊界拓展（衛(wèi)星融合，無人機，非授權(quán)頻譜，更高頻段）等。

3 R16要點分析

3.1 eMBB網(wǎng)絡(luò)性能增強，不斷優(yōu)化當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)能力

3.1.1 覆蓋與容量增強

MIMO增強：通過多點傳輸、降低碼本開銷等技術(shù)進(jìn)一步提升小區(qū)容量及用戶體驗。

在R15 Type II中，在預(yù)定義波束中進(jìn)行線性組合反饋精度高，但開銷大（上百bit）。在R16中通過降低波束反饋TypeII碼本開銷，提升性能。開銷相同情況下，性能提升5%～10%。如圖1所示。

圖1 降低波束反饋

基于分集的多點協(xié)作傳輸（支持URLLC），增強多TRP傳輸提升小區(qū)邊緣性能，實現(xiàn)對URLLC業(yè)務(wù)的多TRP支持。如圖2所示。

3.1.2 CA、超級上行，提升單用戶上下行體驗

圖2 分集的多點協(xié)作傳輸

UE在idle/inactive態(tài)對候選頻點進(jìn)行測量，進(jìn)入connected態(tài)時，直接上報測量結(jié)果，避免UE進(jìn)入connected態(tài)之后網(wǎng)絡(luò)側(cè)才為UE下發(fā)測量配置，縮短配置MR-DC的時延，CA激活時間可節(jié)省98%。如圖3所示。

圖3 CA激活時間優(yōu)化

超級上行，上行Tx切換使能UE Tx通道在載波之間動態(tài)共享，提升上行速率。R16超級上行定義完畢，一些芯片產(chǎn)商已支持，如海思、聯(lián)發(fā)科、展訊等。如圖4所示。

圖4 超級上行

3.1.3 終端節(jié)能：延長終端待機時間

引入BWP增強，手機不需一直100M接收，也不需要一直4天線接收。R16引入per BWP的最大層數(shù)，2天線足夠。

DRX（不連續(xù)接收）增強：不需要周期性喚醒，有需要再喚醒，能更省電。

RRM測量放松：在信號好、移動速率很慢的場景，無需頻繁上報RRM。

通過跨時隙調(diào)度避免下行信號的無用緩存，接收PDCCH（控制信道）后進(jìn)入微睡眠，合適的時候醒來，接收PDSCH（數(shù)據(jù)）。

3.2 滿足垂直行業(yè)多場景、多樣化需求

3.2.1 URLLC：從低時延到高可靠

URLLC：R15到R16，從低時延到高可靠，可靠性是當(dāng)前2B面臨的最大問題。R15定義了基本的低時延機制，而R16重點聚焦高可靠。通過用戶面冗余，切換零中斷，提升可靠性。

用戶面雙連接，冗余發(fā)送。屬于架構(gòu)方面的增強（R15提出MEC面向低時延，R16推出雙連接面向高可靠），在UE和DN之間建立兩個獨立的PDU會話。雙PDU會話應(yīng)用數(shù)據(jù)冗余發(fā)送，提高端到端的用戶面?zhèn)鬏斂煽啃?，RAN覆蓋要滿足冗余需求。如圖5所示。

圖5 獨立的PDU會話

3.2.2 5G LAN（私有移動局域網(wǎng)）

能使家庭、企業(yè)、工廠等局域環(huán)境中的設(shè)備通過5G連接，進(jìn)行P2P通信；無線替換有線；東西流量，不經(jīng)DN迂回，管控更強的廣泛連接；UPF內(nèi)置LAN Switch功能，終端建立L2 PDP，L3 PDP；基于IP的業(yè)務(wù)連續(xù)性保障；支持組播，廣播，SMF管理用戶組。數(shù)據(jù)不出網(wǎng)，安全有保障；數(shù)據(jù)不迂回，溝通更通暢。

3.2.3 5G V2X車聯(lián)網(wǎng)，支持車車通信、車路通信和多種場景

SAE International國際自動機工程師學(xué)會制定了自動駕駛分級標(biāo)準(zhǔn)，將自動駕駛技術(shù)分為L0-L5共六個等級；遠(yuǎn)程駕駛、自動駕駛要求E2E的時延不超過5毫秒，可靠性要求99.999%；4G支持到支持L1、L2級別的，真正的L5級別需要5G；LTE V2X支持大小為50～1200字節(jié)的消息類型。而eV2X需要支持50～6500字節(jié)大小，個別情況到12000字節(jié) ；V2X需求的最大數(shù)據(jù)速率約0.1Gbps，eV2X需要的最大數(shù)據(jù)速率則高達(dá)1Gbps ；V2X通信距離100～320m，eV2X通信范圍擴展到支持1000m；R16標(biāo)準(zhǔn)在V2N（車網(wǎng)）外，增加了V2V（車車），V2I（車與基礎(chǔ)設(shè)施）直連通訊，覆蓋了LTE-V2X的應(yīng)用場景。如圖6所示。

圖6 eV2X架構(gòu)

3.2.4 5G定位：定位精度提升10倍以上，最高達(dá)米級

R16利用大帶寬（時間分辨率高）多波束（角度信息）的特點，實現(xiàn)宏站：定位精度～10米，概率80%；DIS：定位精度～3米，概率80%。

4 結(jié)束語

R16標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)之后，5G能力已經(jīng)趨于全面，R16版本重點聚焦垂直行業(yè)能力提升與eMBB增強兩大方面。一些后發(fā)運營商可能會直接跳過R15，從R16開始部署，這是后發(fā)者特有的優(yōu)勢。已經(jīng)投入5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的運營商也會將重點轉(zhuǎn)向R16標(biāo)準(zhǔn)，啟動新的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。R16標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)后，中國運營商將進(jìn)行積極的技術(shù)評估和測試，盡快引入R16特性，保持網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)的先進(jìn)性。加之新基建的加速推進(jìn)，5G對垂直行業(yè)可能帶來的促進(jìn)作用受到各產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注?？梢灶A(yù)期，基于5G的垂直行業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新將會以超出我們想象的速度涌現(xiàn)。