聯(lián)想5G6G技術(shù)白皮書（2020版）-130正式版

聯(lián)想5G/6G白皮書(2020版)每日免費(fèi)獲取報(bào)告1、每日微信群內(nèi)分享7+最新重磅報(bào)告；2、每日分享當(dāng)日華爾街日?qǐng)?bào)、金融時(shí)報(bào)；3、每周分享經(jīng)濟(jì)學(xué)人4、行研報(bào)告均為公開版，權(quán)利歸原作者所有，起點(diǎn)財(cái)經(jīng)僅分發(fā)做內(nèi)部學(xué)習(xí)。掃一掃二維碼關(guān)注公號(hào)回復(fù)：研究報(bào)告加入“起點(diǎn)財(cái)經(jīng)”微信群。。前言2019年被視為5G非獨(dú)立組網(wǎng)（NSA）商用化元年，2020年標(biāo)志著5G獨(dú)立組網(wǎng)（SA）商用化的發(fā)端。隨著大規(guī)模商業(yè)部署的開展，以超寬帶和低延遲為特征的5G通信基礎(chǔ)設(shè)施正在推動(dòng)千行百業(yè)逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。在此過程中，移動(dòng)通信不僅預(yù)期為人類社會(huì)發(fā)展提供各種便利，更是通過支持日新月異的創(chuàng)新應(yīng)用潛移默化地改變?nèi)祟惖纳罘绞健⒐ぷ鞣绞揭约吧缃环绞降鹊?。未來十年，這種技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)將得到進(jìn)一步深化。本白皮書旨在通過回顧移動(dòng)通信技術(shù)演進(jìn)歷程、總結(jié)5G通信和標(biāo)準(zhǔn)化關(guān)鍵技術(shù)以及業(yè)務(wù)應(yīng)用狀況，展望未來移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，期望能為本領(lǐng)域提供一些有價(jià)值的參考，對(duì)引導(dǎo)業(yè)界為構(gòu)造更加強(qiáng)大的6G移動(dòng)通信系統(tǒng)進(jìn)行鋪墊。首先，本白皮書通過技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和核心業(yè)務(wù)回顧了移動(dòng)通信技術(shù)近40年的發(fā)展歷程，基于5G技術(shù)發(fā)展的里程碑、主要設(shè)計(jì)目標(biāo)、支持的頻譜范圍及網(wǎng)絡(luò)部署模式初步展示了5G的概況。5G技術(shù)于2016年正式更名為5G新無線（NewRadio），以國際電聯(lián)ITU定義的三大場景（增強(qiáng)移動(dòng)寬帶eMBB、大連接mMTC及超低時(shí)延高可靠URLLC）作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，在全球范圍和區(qū)域范圍開展了5GNR頻譜分配，并在3GPP組織下進(jìn)行了國際標(biāo)準(zhǔn)制定，是全球通信產(chǎn)業(yè)鏈幾百家公司共同努力的研發(fā)成果。接著，本白皮書詳細(xì)探討了5G場景需求以及3GPP5G關(guān)鍵技術(shù)，力求闡明5G的業(yè)務(wù)、技術(shù)特點(diǎn)及其底層設(shè)計(jì)邏輯。為有效支持上述三大典型場景所涵蓋的豐富的性能指標(biāo)，5G關(guān)鍵技術(shù)龐大，復(fù)雜而精細(xì)。本白皮書將其規(guī)約為三個(gè)主要方面：基礎(chǔ)技術(shù)是構(gòu)成5G技術(shù)體系的基石，重點(diǎn)介紹了5G的物理層關(guān)鍵技術(shù)，如波形設(shè)計(jì)、幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、大規(guī)模天線設(shè)計(jì)等，以及用戶的移動(dòng)性管理；網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技術(shù)側(cè)重于5G系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)層方向的一些重大技術(shù)創(chuàng)新；面向垂直行業(yè)應(yīng)用列舉了基于5G的車聯(lián)網(wǎng)通信，低時(shí)延高可靠通信，以及物聯(lián)網(wǎng)通信等重要技術(shù)。同時(shí)，我們展示了聯(lián)想在5G技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)中的積極貢獻(xiàn)和豐碩成果。市場發(fā)展?fàn)顩r是對(duì)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)劣最直接的驗(yàn)證。通過分析可以看出，5G移動(dòng)通信的系統(tǒng)部署和用戶普及比以往任何一代移動(dòng)通信系統(tǒng)都更加快速。而5G另一獨(dú)特之處在于其通過對(duì)垂直行業(yè)的支持將服務(wù)對(duì)象從’人’的范疇擴(kuò)展到進(jìn)一步包含’物’的范疇，從而在實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0以促進(jìn)社會(huì)生產(chǎn)力持續(xù)發(fā)展中起到至關(guān)重要的作用。聯(lián)想預(yù)見到了5G將對(duì)信息通信融合（ICT）產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，對(duì)5G技術(shù)領(lǐng)域戰(zhàn)略投資中不僅很早開始布局技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域的基礎(chǔ)積累，而且重視關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)和落地。無論是作為中堅(jiān)力量的終端設(shè)備（筆記本電腦，智能手機(jī)，AR眼鏡等），還是初具競爭力的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（云化小基站，MEC軟件平臺(tái)，MEC硬件等），到作為后起新秀的垂直行業(yè)解決方案（智慧教育，智慧醫(yī)療，智能制造，智能車聯(lián)網(wǎng)等），聯(lián)想5G相關(guān)的研發(fā)成果和產(chǎn)品從深度和廣度上進(jìn)行了全面突破。5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和商業(yè)部署的成熟正在催生人類社會(huì)對(duì)于信息需求的基本模式的變化，迫切要求信息處理能力的革命性提升，以加速發(fā)展以普及數(shù)字化、泛在連接化、高度智能化為特征的6G時(shí)代新型社會(huì)。6G預(yù)期的新場景和應(yīng)用所需要的超高速率，超大容量，極高的可靠性和極低的時(shí)延，需要建立在物理層可能提供的鏈路和系統(tǒng)容量之上。預(yù)計(jì)6G的底層將采用一系列新技術(shù)，包括新型工藝和材料，新型器件，新頻段（太赫茲、可見光），新型雙工復(fù)用方式，新型電磁波傳播方式，以及新方法（人工智能應(yīng)用于物理層設(shè)計(jì)）。與以往通信系統(tǒng)相比，6G網(wǎng)絡(luò)也預(yù)期取得根本性變革以保證更高精度端到端QoS或QoE的確定性業(yè)務(wù)提供，替代現(xiàn)有的盡力而為服務(wù)保障。從這個(gè)意義上說，在6G網(wǎng)絡(luò)眾多可預(yù)期的特征中，隨處可及、泛在智能、安全可信顯得尤為突出。5G作為新基建的核心領(lǐng)域之一，正在為助力經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)和高質(zhì)量發(fā)展發(fā)揮作用。6G預(yù)期將通過提供極具創(chuàng)新的應(yīng)用，徹底改變?nèi)祟愋袨榈母鱾€(gè)層面。滿足信息需求不斷進(jìn)步以賦予人類更加安全、便捷的生活，并促進(jìn)社會(huì)生產(chǎn)力持續(xù)提升這一目標(biāo)將為未來通信技術(shù)發(fā)展提供源源不斷的靈感和動(dòng)力。目錄1.5G概述31.1.移動(dòng)通信技術(shù)演進(jìn)31.2.5G的定義41.3.5G的頻譜61.4.5G的網(wǎng)絡(luò)部署模式61.4.1.5G商用初期選擇NSA，再向SA網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)81.4.2.5G商用初期直接選擇SA82.5G技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化102.1.5G的場景和需求102.1.1.增強(qiáng)移動(dòng)寬帶102.1.2.低時(shí)延高可靠場景112.1.3.大連接場景122.1.4.網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營122.2.3GPP5G關(guān)鍵技術(shù)132.2.1.基礎(chǔ)技術(shù)132.2.2.網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技術(shù)382.2.3.面向垂直行業(yè)應(yīng)用技術(shù)592.3.聯(lián)想在5G技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域的研發(fā)成果753.5G業(yè)務(wù)的應(yīng)用發(fā)展?fàn)顩r773.1.5G市場的發(fā)展概述773.2.5G在垂直行業(yè)中的應(yīng)用場景793.3.聯(lián)想在5G產(chǎn)品領(lǐng)域的研發(fā)成果803.3.1終端設(shè)備類5G產(chǎn)品813.3.2網(wǎng)絡(luò)設(shè)備類5G產(chǎn)品853.3.3垂直行業(yè)類5G解決方案884. 6G展望 924.1.通信需求發(fā)展趨勢(shì) 924.2.面向6G的潛在關(guān)鍵技術(shù) 934.2.1.物理層關(guān)鍵技術(shù) 934.2.2.網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技術(shù) 107參考文獻(xiàn) 111縮略語 113圖 118表 122免責(zé)聲明 123權(quán)利聲明 1251.5G概述1.1.移動(dòng)通信技術(shù)演進(jìn)移動(dòng)通信一般遵循10年一代的規(guī)律，隨著市場和業(yè)務(wù)需求的升級(jí)，從1G到5G一直在持續(xù)演化，具體請(qǐng)參見圖1.1的演化歷程。20世紀(jì)80年代中期開始，提供語音業(yè)務(wù)的第一代（1G）模擬移動(dòng)通信技術(shù)逐漸成長起來。該模擬通信采用的制式主要包括美國的AMPS（AdvancedMobilePhoneSystem）以及北歐的NMT（NordicMobileTelephone）。后來，20世紀(jì)90年代又產(chǎn)生了第一個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)方案，即2G移動(dòng)通信，其制式包括歐洲的GSM（GlobalSystemforMobileCommunications）以及美國的數(shù)字化AMPS（digital-AMPS,d-AMPS）。紅極一時(shí)的短信SMS（ShortMessageService）業(yè)務(wù)就是在2G時(shí)代被引入進(jìn)來的。圖1.1移動(dòng)通信演進(jìn)路線進(jìn)入新千年，為滿足不斷增長的移動(dòng)數(shù)據(jù)接入需求，全球移動(dòng)通信進(jìn)入了3G時(shí)代。其主要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)包括TD-SCDMA（TimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultipleAccess），WCDMA（WidebandCDMA）以及CDMA2000。從此，以流媒體3為代表的移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)入了人們的視線。從3G技術(shù)向4G技術(shù)演進(jìn)初期存在兩個(gè)主要備選方案：其一是3GPP（ThirdGenerationPartnershipProject）組織提出的LTE（LongTermEvolution)系統(tǒng)，此系統(tǒng)采用OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）以及TDD/FDD（TimeDivisionDuplexing/FrequencyDivisionDuplexing）替代了CDMA（CodeDivisionMultipleAccess）技術(shù)。其二是基于IEEE802.16m的WiMAX(WorldwideInter-operabilityforMicrowaveAccess)技術(shù)。LTE進(jìn)一步演進(jìn)為LTE增強(qiáng)版本LTE-A（LTE-Advanced），在熱點(diǎn)覆蓋和小區(qū)邊緣QoS保障上均有更好的表現(xiàn)，逐漸成為了4G的主流技術(shù)，并在之后成為向5G技術(shù)演化的基礎(chǔ)。1.2.5G的定義5G無線接入技術(shù)（RadioAccessTechnology，RAT）的概念產(chǎn)生和研發(fā)工作開始于2010年左右，以滿足當(dāng)時(shí)提出的新興應(yīng)用和業(yè)務(wù)需求。自2016年起，5GRAT正式更名為5G新無線（NewRadio，NR）。5GNR基于國際電聯(lián)ITU（InternationalTelecommunicationUnion）定義的5G需求[1]，在全球和區(qū)域范圍開展了5GNR頻譜分配，并在3GPP組織下開始進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)制定，并于2018年發(fā)布了第一個(gè)R15標(biāo)準(zhǔn)版本，這是全球通信產(chǎn)業(yè)鏈共同努力的研發(fā)成果。圖1.2通過5G需求/技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化以及商業(yè)部署的關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)示意了它們之間的關(guān)聯(lián)。4圖1.25G移動(dòng)通信里程碑5G的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)，如圖1.3所示，主要涵蓋三大核心場景，即增強(qiáng)移動(dòng)寬帶場景（enhancedMobileBroadBand，eMBB）、大連接場景（massiveMachineTypeCommunication，mMTC）以及低時(shí)延高可靠場景（UltraReliableLowLatencyCommunication，URLLC）。eMBB專注于實(shí)現(xiàn)峰值速率超過20Gbps，保障最低速100Mbps，支持500km/h移動(dòng)性以及10-100Mbits/s/m2業(yè)務(wù)容量提升。mMTC旨在優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備，實(shí)現(xiàn)106/km2的設(shè)備接入。URLLC的目標(biāo)是提供超低延遲（低至1ms）超高可靠性（高達(dá)99.9999%）的接入性能。圖1.35G主要設(shè)計(jì)目標(biāo)51.3.5G的頻譜5GNR支持的頻段可從1GHz到100GHz。目前，在Rel-15和Rel-16標(biāo)準(zhǔn)中，3GPP將可用頻段分為兩大頻率范圍（FrequencyRange，F(xiàn)R），如下表1.1所示。其中，F(xiàn)R1就是常說的Sub-6GHz，其可支持的最大信道帶寬是100MHz。FR2就是常說的毫米波頻段，其最大可支持400MHz信道帶寬。目前，全球優(yōu)先部署的5G頻段為n77、n78、n79、n257、n258和n260，頻率分別集中在3.3GHz-4.2GHz、4.4GHz-5.0GHz和毫米波26GHz/28GHz/39GHz。表1.1５G支持的頻率范圍頻率范圍FR1410MHz–7125MHzFR224250MHz–52600MHz1.4.5G的網(wǎng)絡(luò)部署模式為滿足全球運(yùn)營商5G網(wǎng)絡(luò)在不同階段的部署需求，3GPP制定的5G網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)定義了獨(dú)立（StandAlone，SA）組網(wǎng)和非獨(dú)立（Non-StandAlone，NSA）組網(wǎng)兩大類部署模式。3GPPTR38.801中定義了五種5G組網(wǎng)方式[2]。如圖1.4所示：Option2和Option5為SA組網(wǎng)方式；Option3、Option4和Option7為NSA組網(wǎng)方式。Option2：獨(dú)立工作的NR基站gNB和5GC。通過部署NRgNB接入5GC（5GCore），端到端實(shí)現(xiàn)了SA組網(wǎng)，Option2是業(yè)界公認(rèn)的5G目標(biāo)架構(gòu)和最終形態(tài)。6Option3：依托于EPC，以LTE系統(tǒng)的eNB作為主基站，NR系統(tǒng)的gNB作為輔基站構(gòu)成的雙鏈接架構(gòu)，稱之為EN-DC（E-UTRA-NRDualConnectivity）。Option4：在option2的基礎(chǔ)上，以NR系統(tǒng)的gNB作為主基站，LTE系統(tǒng)的eNB作為輔基站構(gòu)成的雙鏈接架構(gòu)，稱之為NE-DC（NR-E-UTRADualConnectivity）。Option5：LTE基站升級(jí)接入5GC，稱之為eLTE。Option7：在Option5的基礎(chǔ)上，以eLTE基站ng-eNB作為主基站，NR系統(tǒng)的gNB作為輔基站的雙鏈接架構(gòu)，稱之為NGEN-DC（NG-RANE-UTRA-NRDualConnectivity）。圖1.45G候選組網(wǎng)方式根據(jù)運(yùn)營商5G商用部署進(jìn)度計(jì)劃、可用頻譜資源、終端和產(chǎn)業(yè)鏈成熟情況、總體建網(wǎng)成本等，運(yùn)營商可以選擇不同的組網(wǎng)部署演進(jìn)路線。NSAOption3標(biāo)準(zhǔn)化完成時(shí)間早，依托于LTE網(wǎng)絡(luò)的低頻覆蓋，部署NR高頻熱點(diǎn)覆蓋提供高容量，7被不少運(yùn)營商作為5G初期部署的優(yōu)先選擇；而SAOption2能端到端體現(xiàn)5G全部網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，作為5G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的最終目標(biāo)?？傮w來說運(yùn)營商5G網(wǎng)絡(luò)部署演進(jìn)路線分為兩大類：1.4.1.5G商用初期選擇NSA，再向SA網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)該網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)路線為：LTE->NSAOption3->(Option7)->(Option4)->Option2。5G網(wǎng)絡(luò)部署初期，依托于現(xiàn)有的EPC和LTE網(wǎng)絡(luò)，通過Option3的方式部署NSA高頻NR基站；等時(shí)機(jī)和產(chǎn)業(yè)鏈成熟，將EPC演進(jìn)到5GC，可選的部署Option7和/或Option4。最終實(shí)現(xiàn)SA5G網(wǎng)絡(luò)。目前歐美運(yùn)營商優(yōu)選考慮該演進(jìn)路徑。1.55G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)路線11.4.2.5G商用初期直接選擇SA該網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)路線為：LTE->Option2。該網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)路線一步實(shí)現(xiàn)SA5G網(wǎng)絡(luò)。在終端和產(chǎn)業(yè)鏈成熟、5G低頻頻譜資源豐富和不考慮組網(wǎng)成本的情況下，運(yùn)營商可以一步實(shí)現(xiàn)5G獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)的部署。目前中國運(yùn)營商主要考慮實(shí)現(xiàn)該演進(jìn)路徑。81.65G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)路線295G技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化2.1.5G的場景和需求4G技術(shù)來說，5G技術(shù)支持更為廣泛的場景和業(yè)務(wù)：5G技術(shù)不僅支持傳統(tǒng)的智能終端移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的需求，還支持政企、工業(yè)等垂直行業(yè)的業(yè)務(wù)場景和需求。為了提煉5G技術(shù)的場景和需求，3GPP組織研究了74個(gè)典型用例，并歸為以下四大類場景：- 增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）- 低時(shí)延高可靠場景（URLLC）- 大連接場景（mMTC）- 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營（NetworkOperation）其中低時(shí)延高可靠場景（URLLC）和大連接場景（mMTC）可進(jìn)一步歸為垂直行業(yè)場景，在下一章節(jié)中會(huì)統(tǒng)一介紹相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)。2.15G場景示意圖2.1.1.增強(qiáng)移動(dòng)寬帶增強(qiáng)移動(dòng)寬帶場景eMBB較4G技術(shù)進(jìn)一步增強(qiáng)了數(shù)據(jù)速率，并提出了更豐10富的指標(biāo)來綜合衡量增強(qiáng)移動(dòng)寬帶的性能。例如除了峰值速率的要求，還有區(qū)分場景的速率要求（共9類場景），用戶體驗(yàn)速率要求，流量密度要求，用戶密度要求，移動(dòng)性要求等等。下面表格中列舉了幾個(gè)分場景速率要求的例子表2.1典型業(yè)務(wù)需求（eMBB）場景用戶體驗(yàn)速用戶體驗(yàn)速流量密度流量密度用戶密移動(dòng)性要求率（下行）率（上行）（下行）（上行）度室內(nèi)1Gbit/s500Mbit/s152Tbit/s/km2250步行速度熱點(diǎn)Tbit/s/km2000/km2密集300Mbit/s50Mbit/s75012525步行速度城區(qū)Gbit/s/km2Gbit/s/km2000/km2車輛中的用戶（60公里時(shí)速）高速50Mbit/s25Mbit/s157,51高鐵中的用戶鐵路Gbit/s/trainGbit/s/train000/train（500公里時(shí)速）2.1.2.低時(shí)延高可靠場景低時(shí)延高可靠場景URLLC指那些要求具備超低時(shí)延和超高可靠性的業(yè)務(wù)，例如工業(yè)控制，車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，高鐵通信等等。其可靠性要求可高達(dá)99.9999%，時(shí)延要求高達(dá)1ms。一些典型業(yè)務(wù)如下：運(yùn)動(dòng)控制：傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制的特點(diǎn)是對(duì)通信系統(tǒng)的延遲、可靠性和可用性有很高的要求。支持運(yùn)動(dòng)控制的系統(tǒng)通常部署在局部地區(qū)（例如廠房），但也可能部署在更廣泛的地區(qū)（例如城市范圍的智能電網(wǎng)），出于安全和數(shù)據(jù)隱私的考慮，訪問可能僅限于授權(quán)用戶，并且與其他移動(dòng)用戶使用的網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)資源隔離。遠(yuǎn)程控制：遠(yuǎn)程控制的特點(diǎn)是由人或計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程操作終端。例如，遠(yuǎn)程駕駛允許遠(yuǎn)程駕駛員或V2X應(yīng)用程序在沒有駕駛員的情況下操作遠(yuǎn)程車輛，11或遠(yuǎn)程車輛處于危險(xiǎn)環(huán)境中例如礦山。高鐵通信：鐵路通信（如鐵路、軌道交通）使用基于3GPP的移動(dòng)通信（如GSM-R）已經(jīng)有一段時(shí)間了，而列車上仍有司機(jī)。下一步的發(fā)展將是提供完全自動(dòng)化的列車操作，這需要高度可靠的通信，中等延遲，但支持的移動(dòng)速度需要高達(dá)500公里/小時(shí)。2.1.3.大連接場景大連接場景mMTC主要是指那些業(yè)務(wù)量不大，但終端數(shù)量較大的場景。例如物聯(lián)網(wǎng)場景，智能穿戴場景，傳感網(wǎng)絡(luò)場景等。像物聯(lián)網(wǎng)場景，一般具有較大的終端數(shù)量和非實(shí)時(shí)的業(yè)務(wù)，需要考慮安全和配置的特殊性。智能穿戴場景，包括不同種類的終端和傳感器，較為關(guān)注終端的低復(fù)雜度和續(xù)航時(shí)間。傳感網(wǎng)絡(luò)場景，一般應(yīng)用在智慧城市之中，具有非常大的終端密度，并且具有種類繁多的業(yè)務(wù)。這種場景下也需要終端具有低復(fù)雜度和較長的續(xù)航時(shí)間。對(duì)于大連接場景來說，連接數(shù)密度要求達(dá)到每平方公里百萬級(jí)的連接數(shù)。2.1.4.網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營5G技術(shù)由于支持更加豐富多種的業(yè)務(wù)，因此對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)維方面的能力也有了更高的要求，主要體現(xiàn)在靈活的功能和能力，創(chuàng)造新的價(jià)值，業(yè)務(wù)遷移和多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的協(xié)同，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和增強(qiáng)以及安全方面。例如網(wǎng)絡(luò)切片可以靈活地根據(jù)場景、市場領(lǐng)域來劃分網(wǎng)絡(luò)。彈性和可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)可以使得運(yùn)營商快速上線新的業(yè)務(wù)，在5G系統(tǒng)上線初期可以平滑的將業(yè)務(wù)遷移至5G網(wǎng)絡(luò)，并和4G等技術(shù)共存，共同為用戶提供服務(wù)等。122.2.3GPP5G關(guān)鍵技術(shù)在這一章節(jié)，5G關(guān)鍵技術(shù)介紹主要分為以下三個(gè)部分：1：基礎(chǔ)技術(shù)部分。這一部分的內(nèi)容重點(diǎn)介紹了5G的物理層關(guān)鍵技術(shù)，如波形設(shè)計(jì)、幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、大規(guī)模天線設(shè)計(jì)等，以及用戶的移動(dòng)性管理；2：網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技術(shù)，重點(diǎn)介紹了5G系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)層方向的一些重大技術(shù)創(chuàng)新；3：面向垂直行業(yè)應(yīng)用技術(shù)，重點(diǎn)介紹了基于5G的車聯(lián)網(wǎng)通信，低時(shí)延高可靠通信，以及物聯(lián)網(wǎng)通信。2.2.1.基礎(chǔ)技術(shù)雖然5G有三大應(yīng)用場景，但是大多數(shù)的關(guān)鍵技術(shù)都是適用于各個(gè)場景的，尤其是物理層關(guān)鍵技術(shù)，是5G技術(shù)的核心。.信號(hào)波形5GNR下行傳輸只支持傳統(tǒng)的帶循環(huán)前綴的OFDM(CP-OFDM)波形，而上行傳輸既可以支持帶循環(huán)前綴的OFDM波形，也可以支持帶DFT擴(kuò)展的OFDM(DFT-S-OFDM)，圖2.2演示了下行和上行的波形生成過程。在實(shí)際傳輸中，由于DFT-S-OFDM可以保持較低的上行峰均比，所以可為小區(qū)邊緣用戶提高上行發(fā)射功率，因此DFT-S-OFDM只能用于上行單層傳輸。相比較而言，CP-OFDM的上行峰均比較高，所以通常用于小區(qū)中心用戶。而通常小區(qū)中心用戶的信道條件較好，信噪比較高，故CP-OFDM用于上行多層傳輸。13TransformSub-carrierIFFTCPInsertionPrecoding*Mapping*OptionallypresentinUL,notpresentinDL圖2.2下行和上行的波形生成過程當(dāng)然，OFDM技術(shù)也有自身的一些缺陷：如峰均比較高，需要精確的時(shí)頻同步，循環(huán)前綴帶來一定的資源開銷。此外，OFDM技術(shù)的帶外泄露也比較嚴(yán)重，使得相鄰的頻段必須插入較寬的保護(hù)頻帶。比如，在4GLTE系統(tǒng)，20MHz的帶寬，其中可用的帶寬只有18MHz，意味著頻譜利用率只有90%。所以在5GNR中，為了進(jìn)一步提高頻譜利用率，采用了加窗和濾波器技術(shù)，可以將頻譜利用率提高98%。4GLTE系統(tǒng)中，只定義了15kHz這一種子載波間隔。而5GNR由于要支持的頻率范圍非常廣，包括低頻、中頻、高頻以及毫米波頻段，所以需要多種子載波間隔。為了保持一定的后向兼容性和可擴(kuò)展性，新增的子載波間隔定義為f=2μ×15kHz，其中μ={0,1,2,3,4}。當(dāng)μ=0時(shí)，f=15kHz，此時(shí)完全兼容了LTE系統(tǒng)。在實(shí)際使用中，F(xiàn)R1下的數(shù)據(jù)信道傳輸只支持15kHz，30kHz和60kHz，F(xiàn)R1下的同步信道傳輸只支持15kHz和30kHz。FR2下的數(shù)據(jù)信道傳輸只支持60kHz120kHz，F(xiàn)R2下的同步信道傳輸只支持120kHz和240kHz。具體子載波間隔情況如下表2.2所示。另外，為了支持較大的小區(qū)覆蓋，像LTE系統(tǒng)那樣，NR也支持?jǐn)U展循環(huán)前綴（extendedcyclicprefix）。由于使用擴(kuò)展循環(huán)前綴會(huì)帶來較大的系統(tǒng)資源開銷，所以在NR標(biāo)準(zhǔn)中，只有當(dāng)子載波間隔為60kHz時(shí)才支持?jǐn)U展循環(huán)前綴。14表2.25GNR支持的子載波間隔u子載波間隔(KHz)可支持的循環(huán)前綴類型數(shù)據(jù)信道同步信道015普通支持支持130普通支持支持260普通,擴(kuò)展支持不支持3120普通支持支持4240普通不支持支持.幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4GLTE一樣，5GNR的上下行傳輸也是將時(shí)域資源分成多個(gè)無線幀，每幀長度固定為10毫秒。每個(gè)無線幀等分成10個(gè)子幀，每個(gè)子幀長度為1毫秒。每個(gè)無線幀還可等分為兩個(gè)半幀，第一個(gè)半幀包含子幀0，1，2，3，4，第二個(gè)半幀包含子幀5，6，7，8，9。NR的無線幀、半幀、子幀的長度都與4GLTE完全一樣。差別之處在于時(shí)隙的概念完全不一樣。4GLTE的時(shí)隙長度固定為0.5毫秒，一個(gè)時(shí)隙包含7個(gè)OFDM符號(hào)。而一個(gè)5GNR的時(shí)隙包含14個(gè)OFDM符號(hào)，時(shí)域長度隨著子載波間隔的增加而成倍縮短。具體的，當(dāng)子載波間隔是15kHz時(shí)，一個(gè)NR時(shí)隙長度為1毫秒；當(dāng)子載波間隔是30kHz時(shí)，一個(gè)NR時(shí)隙長度為0.5毫秒；當(dāng)子載波間隔是60kHz時(shí)，一個(gè)NR時(shí)隙長度為0.25毫秒；當(dāng)子載波間隔120kHz時(shí)，一個(gè)NR時(shí)隙長度為0.125毫秒。但是，無論子載波間隔如何改變，對(duì)普通循環(huán)前綴，一個(gè)NR時(shí)隙固定包含14個(gè)OFDM符號(hào)；對(duì)擴(kuò)展循環(huán)前綴，一個(gè)NR時(shí)隙固定包含12個(gè)OFDM符號(hào)。15表2.3每個(gè)NR無線幀、子幀和時(shí)隙所包含的OFDM符號(hào)數(shù)（普通循環(huán)前綴）u每時(shí)隙包含的每個(gè)無線幀包含的每個(gè)子幀包含的符號(hào)數(shù)符號(hào)數(shù)時(shí)隙數(shù)01410111420221440431480841416016如上所述，一個(gè)NR時(shí)隙包含14個(gè)OFDM符號(hào)，這14個(gè)符號(hào)可分為三類：下行符號(hào)，靈活符號(hào)，上行符號(hào)。下行符號(hào)只能用于下行傳輸，上行符號(hào)只能用于上行傳輸，而靈活符號(hào)既可以用于上行傳輸，也可以用于下行傳輸。實(shí)際系統(tǒng)中，一個(gè)靈活符號(hào)到底用于上行傳輸還是下行傳輸，取決于基站是否調(diào)度下行傳輸或者上行傳輸在該靈活符號(hào)上。目前，5GNR總共定義了56種時(shí)隙格式，分別用D表示下行符號(hào)，U表示上行符號(hào)，F(xiàn)表示靈活符號(hào)。在實(shí)際系統(tǒng)中，基站通過下行公共控制信道以DCIformat2-0的形式通知小區(qū)內(nèi)的所有終端，然后終端再根據(jù)具體的上行或者下行調(diào)度信令來確定那些被指示為靈活符號(hào)的符號(hào)到底用于上行還是下行傳輸。.大規(guī)模天線技術(shù)MassiveMIMO（大規(guī)模天線）技術(shù)是5G中提高系統(tǒng)容量和頻譜利用率，增強(qiáng)傳輸可靠性，保證小區(qū)覆蓋的關(guān)鍵技術(shù)之一。它最早由貝爾實(shí)驗(yàn)室研究人員提出，使用數(shù)十根甚至上百根天線將傳統(tǒng)MIMO天線系統(tǒng)擴(kuò)展為大規(guī)模天線矩陣。使用大規(guī)模天線陣后，一方面可以采用波束賦形技術(shù)在空間上集中傳輸和接收信16號(hào)的能量，獲取波束賦型增益來提高接收信號(hào)質(zhì)量，而且能降低不同波束服務(wù)用戶的接收信號(hào)間干擾；另一方面可同時(shí)使用傳統(tǒng)MIMO技術(shù)的空分復(fù)用技術(shù)來提高頻譜效率或空間分集技術(shù)提高傳輸可靠性。大規(guī)模天線傳輸技術(shù)5G系統(tǒng)支持單用戶MIMO，多用戶MIMO和多點(diǎn)協(xié)作傳輸。如圖2.3所示，單用戶MIMO支持單個(gè)用戶的多流傳輸；多用戶MIMO中多個(gè)用戶的數(shù)據(jù)流復(fù)用在相同的時(shí)頻資源上傳輸；多點(diǎn)傳輸中多個(gè)發(fā)送接收點(diǎn)為一個(gè)用戶提供數(shù)據(jù)發(fā)送接收服務(wù)。對(duì)于下行傳輸，采用不同的預(yù)編碼矩陣實(shí)現(xiàn)提高系統(tǒng)容量和系統(tǒng)可靠性的MIMO傳輸。下行預(yù)編碼矩陣可通過用戶測(cè)量反饋或上下行信道互異性來確定。對(duì)于上行傳輸，5G系統(tǒng)支持基于碼本的預(yù)編碼傳輸模式和非碼本的波束賦型傳輸模式。波束1數(shù)據(jù)流1數(shù)據(jù)流2雙極化天線單用戶MIMO傳輸

波束1波束2數(shù)據(jù)流1波束1波束2數(shù)據(jù)流3數(shù)據(jù)流1數(shù)據(jù)流2數(shù)據(jù)流1數(shù)據(jù)流4雙極化天線雙極化天線雙極化天線多用戶MIMO傳輸多發(fā)送接收點(diǎn)協(xié)作傳輸圖2.3下行MIMO傳輸方式示意圖參考信號(hào)設(shè)計(jì)接收端利用接收到的參考信號(hào)對(duì)信道，干擾和噪聲進(jìn)行估計(jì)，用于解調(diào)，信道信息反饋，波束管理和功率控制。不同功能的參考信號(hào)在5G系統(tǒng)中進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)，他們僅在需要時(shí)才進(jìn)行傳輸，避免不必要的開銷?；贛IMO傳輸設(shè)計(jì)的上下行參考信號(hào)包括信道狀態(tài)信息參考信號(hào)（CSI-RS）、探測(cè)參考信號(hào)（SRS）、17解調(diào)參考信號(hào)（DMRS）、時(shí)頻追蹤參考信號(hào)（TRS）、還特別根據(jù)高頻段相位噪聲大的特點(diǎn)增加了噪聲相位追蹤參考信號(hào)（PTRS）。信道信息測(cè)量及反饋5G系統(tǒng)根據(jù)基站的天線陣的組成形態(tài)和應(yīng)用場景對(duì)下行碼本進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)單用戶場景設(shè)計(jì)出基于二維DFT波束的單面板和多面板第一類碼本，對(duì)多用戶場景設(shè)計(jì)出包含幅度信息的高反饋精度第二類碼本，并且用壓縮感知對(duì)頻域信道信息進(jìn)行了壓縮以減少反饋開銷。信道測(cè)量結(jié)果通過CSI上報(bào)，基站為每個(gè)CSI配置參考信號(hào)，上報(bào)內(nèi)容。反饋用戶根據(jù)配置測(cè)量參考信號(hào)，計(jì)算出上報(bào)信息，進(jìn)行信息上報(bào)，供基站端根據(jù)多個(gè)用戶的信道情況進(jìn)行調(diào)度。波束管理技術(shù)5G系統(tǒng)不僅支持跟4G系統(tǒng)一樣的低頻工作頻率，還增加了高頻毫米波的工作頻率。而路徑損耗會(huì)隨著頻率的增大而呈指數(shù)級(jí)增大，因此當(dāng)5G系統(tǒng)工作在高頻時(shí)，路徑損耗相比工作在低頻時(shí)會(huì)增大很多。而大規(guī)模天線陣列中的天線可以通過調(diào)節(jié)天線的相位，形成波束賦形使信號(hào)更集中地發(fā)射和接收，且增益隨著天線數(shù)增大而相應(yīng)增大。而天線尺寸會(huì)隨著工作載頻的增大而減小，因此在高頻時(shí)，基站和用戶可以通過配備更多的天線，獲得波束賦形增益來彌補(bǔ)高頻下的路徑損耗。不同的波束指向不同的方向，因此每個(gè)波束的覆蓋范圍都是有限的，為了能全覆蓋基站里的所有用戶，基站需要發(fā)射多個(gè)波束保證覆蓋。同樣用戶端可能也有多個(gè)接收波束或發(fā)射波束來進(jìn)一步提高波束賦形增益。傳輸時(shí)只有收發(fā)兩端的波束進(jìn)行匹配才能獲得最大的波束賦形增益，因此5G相比4G新引入了波束管理來確定基站和用戶的收發(fā)波束，并指示每次上下行傳輸所用的波束，從來提高18傳輸性能。5G的波束管理如圖2.4所示，有波束上報(bào)，波束掃描和波束復(fù)原三部分。波束上報(bào)是通過用戶測(cè)量基站通過不同波束發(fā)出的參考信號(hào)，再根據(jù)測(cè)量結(jié)果由用戶上報(bào)一個(gè)或者多個(gè)最強(qiáng)的波束給基站?；净谏蠄?bào)結(jié)果，來配置或者指定用戶之后傳輸?shù)牟ㄊ鴱膩硖岣邆鬏斝?。波束掃描是通過發(fā)送端發(fā)送相同波束而在接收端用不同的波束接收來確定最優(yōu)的接收波束，它可以提高波束匹配度從而進(jìn)一步提高傳輸性能。而波束恢復(fù)是通過用戶檢測(cè)預(yù)配置的檢測(cè)波束集的情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)檢測(cè)波束集中所有的波束質(zhì)量都低于某個(gè)門限值，用戶發(fā)起波束恢復(fù)的請(qǐng)求，并從一個(gè)預(yù)配置的候選波束集中選擇一個(gè)滿足條件的新的波束并上報(bào)給基站。然后基站會(huì)對(duì)用戶的波束恢復(fù)請(qǐng)求進(jìn)行確認(rèn)，接下來則會(huì)用這個(gè)新的波束來服務(wù)這個(gè)用戶。檢測(cè)波束集 候選波束集基基站站用用戶戶發(fā)現(xiàn)波束失敗并上報(bào)波束復(fù)原確認(rèn)波束復(fù)原用新波束進(jìn)行確定新波束請(qǐng)求和新波束請(qǐng)求連接波束上報(bào)波束掃描波束復(fù)原圖2.4波束管理示意圖功率控制技術(shù)功率控制包括上行功率控制和下行功率控制，5G中下行功率控制由基站控制各信道/信號(hào)傳輸資源單元的功率。上行控制功率控制指基站在一定范圍內(nèi)改變終端的發(fā)送功率，使得小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)的終端發(fā)送到基站的信號(hào)功率保持在相19等水平。功率控制主要用于補(bǔ)償信道的路徑損耗和陰影衰落等造成的信號(hào)衰減，既要保證終端發(fā)射的信號(hào)能被基站接收，從而維持相應(yīng)的通信質(zhì)量，又不會(huì)大到對(duì)相鄰小區(qū)其它用戶產(chǎn)生較高的干擾，從而達(dá)到抑制小區(qū)間干擾。另外功率控還能起到保證小區(qū)覆蓋，提升系統(tǒng)容量以及延長終端電池壽命的重要作用。與4G相比，5G可以為每個(gè)發(fā)送波束獨(dú)立配置相應(yīng)的路損參考信號(hào)且5G中用于測(cè)量路損的參考信號(hào)是可配的，而4G只能配一個(gè)路損參考信號(hào)而且參考信號(hào)是始終存在的。.廣播多播業(yè)務(wù)5G新無線網(wǎng)絡(luò)（NR）Release17版本將支持MBS(MulticastandBroadcastService)多播廣播業(yè)務(wù)。相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作正在開展并計(jì)劃于2022年年中完成。除了傳統(tǒng)的TV、公共安全和集群業(yè)務(wù)外，NRMBS還將廣泛用于包括IoT物聯(lián)網(wǎng)，V2X車聯(lián)網(wǎng)等垂直行業(yè)。NRMBS將同時(shí)支持廣播和多播業(yè)務(wù)；NRMBS多播模式支持高可靠低時(shí)延，來滿足相應(yīng)垂直行業(yè)的QoS需求。與常規(guī)單播業(yè)務(wù)的應(yīng)用層數(shù)據(jù)包只針對(duì)單個(gè)用戶發(fā)送不同，NRMBS業(yè)務(wù)的應(yīng)用層數(shù)據(jù)包會(huì)同時(shí)發(fā)送給多個(gè)訂閱了該NRMBS業(yè)務(wù)的用戶。實(shí)際系統(tǒng)中取決于具體實(shí)現(xiàn)，NRMBS業(yè)務(wù)的訂閱可以通過NAS層或者應(yīng)用層完成。20NRMBSdatadatacopy1copy25GCSharedDeliverygNBgNBPTPorPTMPTPorPTMUEUEUEUEUE2.5NRMBS數(shù)據(jù)包在5GC和RAN側(cè)的傳輸NRMBS多播模式存在兩種5GC和gNB間MBS數(shù)據(jù)傳輸方法：5GCindividualMBStrafficdelivery獨(dú)立傳輸模式：在獨(dú)立傳輸模式下，一個(gè)NRMBS業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包將被5GC復(fù)制成多份，分別利用每個(gè)用戶獨(dú)立的PDUsession發(fā)送給gNB，并由gNB發(fā)送給用戶。5GCsharedMBSTrafficdelivery共享傳輸模式：在共享傳輸模式下，一個(gè)NRMBS業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包將先被5GC通過一個(gè)共享隧道發(fā)送給一個(gè)相關(guān)的RAN節(jié)點(diǎn)，再由RAN節(jié)點(diǎn)分發(fā)給在其覆蓋范圍內(nèi)的單個(gè)或多個(gè)用戶。5GC共享傳輸模式下，當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)RAN節(jié)點(diǎn)時(shí)，RAN節(jié)點(diǎn)可以決定使用以下任意方法將數(shù)據(jù)包在空口發(fā)送給單個(gè)或多個(gè)用戶：Point-to-Point(PTP)單點(diǎn)對(duì)單點(diǎn)：在PTP模式下，一個(gè)NRMBS數(shù)據(jù)包將被RAN節(jié)點(diǎn)復(fù)制成多份，在空口上以單播的方式用用戶特有的下行數(shù)據(jù)信道（PDSCH）分別發(fā)送給每個(gè)用戶。Point-to-Multipoint(PTM)單點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)：在PTM模式下，一個(gè)NRMBS數(shù)據(jù)包在空口上用公共的PDSCH同時(shí)發(fā)送給一組用戶。21NRMBS的業(yè)務(wù)中，不同的業(yè)務(wù)對(duì)可靠性，延遲，傳輸速率等QoS的要求也不盡相同。V2X車聯(lián)網(wǎng)和公共安全業(yè)務(wù)對(duì)QoS往往有極高要求，而IPTV和物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)對(duì)QoS的要求往往沒有那么嚴(yán)苛。針對(duì)不同NRMBS業(yè)務(wù)對(duì)QoS的不同要求，以及充分利用RRCCONNECTED，RRCINACTIVE，和RRCIDLE狀態(tài)下的數(shù)據(jù)傳輸能力，NRMBS業(yè)務(wù)既可以在RRCCONNECTED態(tài)下傳輸來保證一定的QoS，也可以在RRCINACTIVE/IDLE態(tài)下傳輸來兼顧節(jié)能和MBS業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)接收。RRCCONNECTED態(tài)下，RAN可以決定使用PTP模式或PTM模式發(fā)送NRMBS數(shù)據(jù)包。為了支持一些NRMBS業(yè)務(wù)對(duì)傳輸穩(wěn)定性和業(yè)務(wù)連續(xù)性的高要求，3GPP對(duì)5G空口也做了針對(duì)性的加強(qiáng)：PTM多播下的HARQ重傳：在使用PTM模式多播NRMBS數(shù)據(jù)時(shí)，RAN可以配置和使用基于HARQ反饋的重傳機(jī)制。動(dòng)態(tài)PTP/PTM模式切換：gNB根據(jù)用戶數(shù)量，用戶信號(hào)質(zhì)量等情況，動(dòng)態(tài)完成PTP和PTM模式間切換。MBS無損切換：源小區(qū)和目標(biāo)小區(qū)對(duì)于同一個(gè)NRMBS業(yè)務(wù)會(huì)進(jìn)行PDCPSN同步，以保證同一PDCPSN在兩個(gè)小區(qū)對(duì)應(yīng)的是同樣的MBS數(shù)據(jù)包。對(duì)于可能出現(xiàn)的PDCP丟包，用戶會(huì)向RAN發(fā)送PDCP狀態(tài)報(bào)告來觸發(fā)相應(yīng)的PDCP包重傳。RRCINACTIVE以及RRCIDLE態(tài)下，RAN只能使用PTM模式利用提前配置的物理資源發(fā)送NRMBS數(shù)據(jù)包，而實(shí)際的調(diào)度是通過DCI信令來完成的。.終端節(jié)能技術(shù)5G不僅要提供更大的系統(tǒng)容量和更高的數(shù)據(jù)速率，而且要確保更高的能量22效率。提高5G終端的能量效率，可直接延長電池壽命，提升終端體驗(yàn)，對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的順利部署至關(guān)重要。5G支持各種各樣的終端，每種類型的終端因?yàn)闃I(yè)務(wù)特性不同，其能耗特點(diǎn)也不同，這給設(shè)計(jì)減少終端能耗帶來了新的挑戰(zhàn)。某些終端，比如對(duì)于可穿戴設(shè)備，大部分時(shí)間可能都處于RRCidle狀態(tài)，idle態(tài)占據(jù)了大部分能量消耗。如何減少idle態(tài)的能量消耗對(duì)這類的終端至關(guān)重要。而對(duì)于智能終端，根據(jù)LTE的經(jīng)驗(yàn)，更重要的是如何減少RRCconnected態(tài)下的能量消耗?？纱┐髟O(shè)備連接態(tài)/空閑態(tài)時(shí)間分布 可穿戴設(shè)備連接態(tài)/空閑態(tài)能耗分布4%連接態(tài)累計(jì)時(shí)連接態(tài)累計(jì)能間40%耗空閑態(tài)累計(jì)時(shí)空閑態(tài)累計(jì)能間60%耗96%2.6可穿戴設(shè)備空閑態(tài)和連接態(tài)時(shí)間占用和能量消耗由此，3GPP研究了終端在RRCidle態(tài)和RRCconnected態(tài)的終端節(jié)能技術(shù)，包括，- 終端在RRCidle態(tài)下的節(jié)能- 終端在RRCconnected態(tài)下的節(jié)能空閑態(tài)的節(jié)能：處在RRCidle/inactive態(tài)的終端需要周期性的檢測(cè)尋呼信道，而在檢測(cè)尋呼信道之前，終端需要提前醒來，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制(automaticgaincontrol,AGC)和時(shí)頻同步。為此，NR的終端根據(jù)所處信道的情況，需要測(cè)量一個(gè)或多個(gè)同步信號(hào)塊(synchronizationsignalblock，SSB)。對(duì)于信道條件不好的終端，一般需23要測(cè)量2個(gè)或3個(gè)SSB，才能獲得AGC和時(shí)頻同步，這需要終端提前幾十毫秒從深睡眠中醒來進(jìn)行相關(guān)的測(cè)量，這樣導(dǎo)致了很大的能量消耗。為了在NR系統(tǒng)降低paging過程的能量消耗，主要考慮兩種技術(shù)，Paging預(yù)先指示(Pagingearlyindication,PEI)CRI-RS/TRS輔助AGC和時(shí)頻同步PEI的基本思想是在每個(gè)PO之前，網(wǎng)絡(luò)發(fā)給終端一個(gè)指示，用于告知終端此PO是否包含UE的paging消息。如果不包含UE的paging消息，UE將忽略此PO的檢測(cè)，并進(jìn)入“深睡眠”狀態(tài)以達(dá)到省電的目的。下圖2.7給出了PEI指示沒有paging消息的一個(gè)具體實(shí)例。SSB PEIindicatingnopagingDeepsleepI-DRXcyclet2.7PEI指示終端不需要接收paging消息另外一種技術(shù)是引入CSI-RS/TRS輔助實(shí)現(xiàn)AGC和時(shí)頻同步，如下圖2.8所示。通過此技術(shù)，即使對(duì)于信道狀態(tài)不好的終端，也只需要在PO的前一個(gè)SSB從深睡眠中醒來，通過測(cè)量SSB和CSI-RS/TRS實(shí)現(xiàn)AGC和時(shí)頻同步，這樣增加了終端的實(shí)際深睡眠時(shí)間，減少了功耗。SSB CSIRS/TRSLightsleepDeepsleepI-DRXcyclet2.8CSIRS/TRS輔助SSB做AGC和時(shí)頻同步連接態(tài)的節(jié)能：對(duì)于RRCconnected態(tài)的UE, 主要是如何減少下行物理控制信道(PDCCH)的24監(jiān)聽。作為最基本的能耗減少措施之一，NR支持連接狀態(tài)下的下行非連續(xù)接收(discontinuousreception,DRX)，以減少PDCCH的監(jiān)聽行為。為了進(jìn)一步減少PDCCH的監(jiān)聽，NR支持在DRX的過程中采用基于DCI的喚醒信號(hào)(wake-upsignal,WUS)機(jī)制?；贒CI的WUS在DRX的激活期之前進(jìn)行發(fā)送。終端在收到WUS之后，根據(jù)其中的指示，決定當(dāng)前的DRX激活期是否有效。如果有效，則進(jìn)入激活期進(jìn)行PDCCH的監(jiān)聽；否則，終端在當(dāng)前的DRX周期繼續(xù)保持睡眠狀態(tài)。下圖2.9給出了WUS機(jī)制的示意圖。OndurationActivetimeWUSindicatingWUSindicatingPDCCHismonitorednotwake-upPDCCHisnotmonitoredwake-upWithgrantWithoutgranttDataarrives2.9喚醒信號(hào)機(jī)制為了更進(jìn)一步減少在激活期的PDCCH檢測(cè)。3GPP正在討論和研究兩種候選技術(shù)，其一為PDCCH搜索空間切換，另一個(gè)為PDCCH監(jiān)聽跳過。PDCCH搜索空間切換的基本原理為動(dòng)態(tài)調(diào)整PDCCH搜索空間的配置，使DRX激活期的PDCCH的監(jiān)聽盡量符合數(shù)據(jù)的傳輸模式。比如，當(dāng)預(yù)計(jì)數(shù)據(jù)到達(dá)比較頻繁時(shí)，可以配置一個(gè)短周期的PDCCH搜索空間，否則就配置一個(gè)長周期。下圖2.10給出了一個(gè)示例。搜索空間0和搜索空間1分別配置了長監(jiān)聽周期和短監(jiān)聽周期。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸完畢并且沒有新數(shù)據(jù)達(dá)到時(shí)，通過一個(gè)DCI指示終端從搜索空間1切換到搜索空間0，以降低PDCCH的監(jiān)聽頻率。25搜索空間0搜索空間1PDCCH監(jiān)聽模式搜索空間切換2.10PDCCH搜索空間切換PDCCH監(jiān)聽跳過指的是在DRX激活期，網(wǎng)絡(luò)會(huì)發(fā)指示終端是否需要跳過PDCCH的檢測(cè)。網(wǎng)絡(luò)可以指示UE在剩余的激活期完全不檢測(cè)PDCCH，或者網(wǎng)絡(luò)通知終端一個(gè)時(shí)間段，在此時(shí)間段內(nèi)不需要進(jìn)行PDCCH的檢測(cè)，在這個(gè)時(shí)間段后UE需要重新進(jìn)行PDCCH的檢測(cè)。下圖2.11給出了一個(gè)示例。ActivetimeWUSindicatingWUSindicatingnotwake-upPDCCHskippingPDCCHskippingwake-upPDCCHskippingt2.11PDCCH監(jiān)聽跳過.覆蓋增強(qiáng)技術(shù)對(duì)運(yùn)營商而言，由于信號(hào)的覆蓋范圍直接影響服務(wù)質(zhì)量以及資本支出和運(yùn)營成本，所以在商業(yè)化移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，覆蓋范圍是運(yùn)營商考慮的關(guān)鍵因素之一。相比于LTE，NR的工作頻率要高的多。比如在很多國家已經(jīng)開始商用化FR13.5GHz載頻，而典型的LTE的載頻要小于3GHz。NRFR2支持更高的載頻如28GHz39GHz。由于部署在更高的載頻，NR的無線信道不可避免地會(huì)具有更高的路徑損耗，這給NR的覆蓋性能帶來了一定挑戰(zhàn)。5GNR設(shè)計(jì)的初衷是讓用戶無論處于何時(shí)何地，都能感受到無處不在的覆蓋?；诖?，3GPP正在討論和研究如何增加5GNR的覆蓋性能。263GPP評(píng)估了在各場景下物理信道的覆蓋性能。對(duì)于不同場景，比如載頻，TDD/FDD,網(wǎng)絡(luò)部署場景等，所需要進(jìn)行覆蓋增強(qiáng)的物理信道也不同。根據(jù)各場景評(píng)估結(jié)果，并權(quán)衡3GPP的時(shí)間跨度和工作負(fù)載，3GPP決定在Rel.17進(jìn)行如下信道的覆蓋增強(qiáng)，- 物理上行共享信道(physicaluplinksharedchannel,PUSCH)- 物理上行控制信道(physicaluplinkcontrolchannel,PUCCH)Msg3各信道覆蓋增強(qiáng)的候選技術(shù)如下圖2.12所示，增加PUSCH重復(fù)次數(shù)，支持最高32次重復(fù)發(fā)送PUSCH覆蓋增強(qiáng)單TB映射在多時(shí)隙中發(fā)送聯(lián)合信道估計(jì)，跳頻中的DMRSbundlingPUCCHDMRS-lessPUCCH覆蓋增強(qiáng)動(dòng)態(tài)PUCCH重復(fù)次數(shù)指示聯(lián)合信道估計(jì)Msg3Msg3重復(fù)發(fā)送覆蓋增強(qiáng)圖2.12覆蓋增強(qiáng)技術(shù)其中，增加發(fā)送次數(shù)是最典型的增加覆蓋的技術(shù)，其內(nèi)在原理是通過信號(hào)能量的疊加達(dá)到增加覆蓋的目的。單傳輸塊(transportblock,TB)映射在多時(shí)隙發(fā)送，其基本原理如下圖2.13所示。其性能增益來源于由于減少了TBsegmentation，每個(gè)發(fā)送的TB的實(shí)際長度變長了，所以帶來了額外的channelcodinggain。另外這個(gè)技術(shù)還可以減少PDCCH的調(diào)度，所以減少了相應(yīng)的控制信道開銷。跨時(shí)隙聯(lián)合信道估計(jì)，其基本原理如下圖2.13所示。通過多時(shí)隙的聯(lián)合信27道估計(jì)，可以提高信道估計(jì)的精度，從而提高數(shù)據(jù)信道解碼的性能。Slot#0 Slot#1 Slot#2 Slot#3t信道估計(jì)2.13多時(shí)隙信道估計(jì)對(duì)于PUCCH，現(xiàn)有NR標(biāo)準(zhǔn)定義了5種format。除了PUCCHformat0為基于序列的非相干解調(diào)，其他四種PUCCHformat都是基于DMRS的相干解調(diào)。在信道狀態(tài)比較差的情況下，由于DMRS信道估計(jì)的精度變低，基于DMRS的相干解調(diào)性能會(huì)變差。為此，3GPP正在討論并研究在PUCCHformat1-4中引入基于序列的非相干解調(diào)，即DMRS-lessPUCCHformat，以提高在低SNR情況下的PUCCH性能。.動(dòng)態(tài)頻譜共享技術(shù)3GPP在Rel-15就引入了DSS(Dynamicspectrumsharing，動(dòng)態(tài)頻譜共享)技術(shù)，其出發(fā)點(diǎn)是為了在同一個(gè)載波上同時(shí)部署4GLTE系統(tǒng)和5GNR系統(tǒng)，且避免兩個(gè)系統(tǒng)之間的相互干擾。為了避免干擾LTE系統(tǒng)，在同一個(gè)載波上的NR系統(tǒng)不能使用LTE系統(tǒng)的小區(qū)參考符號(hào)（CRS）已經(jīng)占用的資源單元（RE）以及LTE系統(tǒng)的整個(gè)下行控制信道區(qū)域（通常為每個(gè)子幀的前三個(gè)符號(hào)）。由此可見，同頻載波上的NR系統(tǒng)并沒有多少可用的資源，導(dǎo)致NR的下行控制信道容量不足。在另一方面，由于低頻載波具有范圍更廣的傳輸特性，低頻載波非常適合作為首要小區(qū)（PrimaryCell）。所以當(dāng)一個(gè)低頻載波同時(shí)部署LTE系統(tǒng)和NR系統(tǒng)28時(shí)，并且作為NR系統(tǒng)的首要小區(qū)時(shí)，NR下行控制信道不足將會(huì)成為系統(tǒng)調(diào)度的瓶頸，尤其是當(dāng)有較多用戶駐留在該首要小區(qū)時(shí)，導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降，降低用戶體驗(yàn)。2.14一個(gè)下行控制信道調(diào)度兩個(gè)載波所以5GRel-17DSS要解決的問題就是增強(qiáng)下行控制信道。一種辦法是引入新的調(diào)度機(jī)制，允許次要小區(qū)（secondarycell）可以跨載波調(diào)度首要小區(qū)，也就是發(fā)在次要小區(qū)載波上的下行控制信道可以調(diào)度首要小區(qū)上的下行數(shù)據(jù)信道；另一種辦法，是用一個(gè)下行控制信道調(diào)度兩個(gè)載波上的下行數(shù)據(jù)信道（見圖2.14），其中一個(gè)下行數(shù)據(jù)信道位于首要小區(qū)。因?yàn)镹R的次要小區(qū)通常具有較大帶寬，可以有較大的下行控制信道容量，所以通過跨載波調(diào)度以及一個(gè)下行控制信道調(diào)度兩個(gè)載波等方法，就可以充分利用系統(tǒng)資源，解決控制信道瓶頸，有效地提升用戶體驗(yàn)。但是，利用一個(gè)下行控制信道調(diào)度兩個(gè)載波會(huì)導(dǎo)致該下行控制信道承載較大的信令載荷，從而消耗更多控制信道資源，所以目前3GPP還在進(jìn)一步評(píng)估該技術(shù)的性能。.非授權(quán)頻譜通信6GHz的非授權(quán)頻譜上，有多達(dá)500MHz甚至1.2GHz的大帶寬可供使用，且傳播特性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于28GHz的毫米波頻段。更重要的是，非授權(quán)頻譜是完全免29費(fèi)的，可大大降低企業(yè)或者個(gè)人的通信運(yùn)營成本。因此，非授權(quán)頻譜上的5G接入，對(duì)解決5G系統(tǒng)的頻譜資源瓶頸問題，降低5G運(yùn)營成本，更大發(fā)揮5G系統(tǒng)在智能制造領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)具有重要意義。非授權(quán)頻譜上的5G接入，具有部署靈活的優(yōu)點(diǎn):一方面可以提供高速熱點(diǎn)覆蓋，同時(shí)依賴于授權(quán)頻譜上的4GLTE或者5G系統(tǒng)提供移動(dòng)性管理和廣域覆蓋；另一方面，也可以不依賴于授權(quán)頻譜，完全實(shí)現(xiàn)獨(dú)立部署。而且，獨(dú)立部署的5G非授權(quán)頻譜通信系統(tǒng)可為大型工廠或其它封閉環(huán)境提供頻譜免費(fèi)、高速快捷的寬帶無線通信接入方案。這也是非授權(quán)頻譜通信研究工作的重點(diǎn)。在非授權(quán)頻譜上，最基本的操作是劃分可用資源。因?yàn)榉鞘跈?quán)頻譜通常都是單獨(dú)一塊頻譜，適宜采用TDD方式。信號(hào)的發(fā)射最好持續(xù)占用信道，中間盡量減少空閑時(shí)間（gap）。6GHz的非授權(quán)頻譜，ETSI規(guī)定發(fā)射在非授權(quán)頻譜上的信號(hào)需滿足以下兩點(diǎn):1）發(fā)射信號(hào)的帶寬必須占到信道標(biāo)稱帶寬的80%~100%；2）發(fā)射信號(hào)的功率譜密度不能超過10dBm/MHz。為此，NR-U技術(shù)將信道上可用的資源塊(RB，resourceblock)分成多個(gè)RB集合，每個(gè)RB集合可稱作一個(gè)interlace，每個(gè)interlace內(nèi)的任意兩個(gè)頻域相鄰的RB之間具有相等的頻域間隔。對(duì)任意一個(gè)interlace來說，其在頻域上的跨度都超過了80%，且一個(gè)interlace內(nèi)部兩個(gè)相鄰的RB之間間隔了10個(gè)RB的帶寬，即兩個(gè)相鄰的RB之間間隔了1.08MHz，從而確保了每MHz帶寬內(nèi)只有一個(gè)RB，終端可在每個(gè)RB上都用10dBm的最大允許功率發(fā)射。302.15基于interlace的上行波形設(shè)計(jì)由于非授權(quán)頻譜免費(fèi)和公開，理論上任何一個(gè)設(shè)備只要滿足當(dāng)?shù)氐陌l(fā)射法規(guī)需求就可以使用非授權(quán)頻譜。那么，公平共享非授權(quán)頻譜就是要解決的一個(gè)主要問題。具體地，NR-U采用了跟WiFi系統(tǒng)類似的LBT技術(shù)，滿足了頻譜占用的公平性。.從52.6GHz到71GHz的新頻段如上所述，NRRel-15定義了兩種頻率范圍：FR1：從410MHz到7.125GHzFR2：從24.25GHz到52.6GHz為了進(jìn)一步擴(kuò)大可使用的頻率范圍，以增強(qiáng)5G系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率，3GPP目前剛剛完成從52.6GHz到71GHz之間頻譜的可行性研究。為了加快標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)度，同時(shí)盡可能最大化和已有FR2頻率范圍操作上的共性，3GPP決定將FR2擴(kuò)展到71GHz，即新的FR2頻率范圍將從24.25GHz擴(kuò)展到71GHz。由于更高頻點(diǎn)和帶寬的引入，新的、更大的子載波間隔需要在標(biāo)準(zhǔn)中定義出來。目前，3GPP已經(jīng)同意引入新的480kHz和960kHz子載波間隔。另外，因?yàn)?0GHz為非授權(quán)頻譜，所以在NR-U技術(shù)中為非授權(quán)頻譜所定義的規(guī)范也將適用于60GHz頻譜。同時(shí)，面向高頻段通信，不可避免的要使用基于31波束的傳輸方式（見圖2.16），由此對(duì)LBT過程來說，也需要考慮方向性的LBT過程。同時(shí)，在ETSI標(biāo)準(zhǔn)EN302567中，面向60GHz頻譜，ETSI放松了信道使用要求，一個(gè)設(shè)備可以直接使用信道而不需要做LBT。這一點(diǎn)是和NR-U完全不同的要求。2.16基于波束的LBT過程5GRel-17，針對(duì)新的52.6GHz到71GHz頻譜，3GPP要做的標(biāo)準(zhǔn)化工作包括以下幾個(gè)方面：針對(duì)新引入的480kHz和960kHz子載波間隔，定義可支持的最大帶寬，同時(shí)滿足每個(gè)載波最多支持275個(gè)RB的限制。針對(duì)新引入的480kHz和960kHz子載波間隔，研究BWP切換時(shí)延、波束切換時(shí)延、自適應(yīng)重傳時(shí)序、終端處理時(shí)延，以及數(shù)據(jù)信道準(zhǔn)備時(shí)延和計(jì)算時(shí)延。研究新的子載波間隔對(duì)初始接入信道的影響。針對(duì)新引入的480kHz和960kHz的子載波間隔，研究新的波束管理過程。32面向60GHz非授權(quán)頻譜，增強(qiáng)上行控制信道格式0、1、4，在滿足功率譜密度限制的條件下，以增加更多的資源塊。支持用一個(gè)DCI調(diào)度多個(gè)數(shù)據(jù)信道，研究相應(yīng)的自適應(yīng)重傳過程。增強(qiáng)下行控制信道的監(jiān)測(cè)。增強(qiáng)上行隨機(jī)接入信道的序列長度。面向新的子載波間隔，研究參考符號(hào)增強(qiáng)方案。研究新的信道接入方案。0.移動(dòng)性管理5G無線通信系統(tǒng)中，從空口的角度，終端包括有三個(gè)態(tài)，即空閑態(tài)（RRCidle），非激活態(tài)（RRCinactive）和連接態(tài)（RRCconnected）。終端在每個(gè)態(tài)的情況下，都有各自不同的移動(dòng)性管理機(jī)制。另外，當(dāng)終端在5G網(wǎng)絡(luò)和其他網(wǎng)絡(luò)比4G,3G網(wǎng)絡(luò)之間移動(dòng)，還會(huì)出現(xiàn)接入網(wǎng)之間的移動(dòng)性管理。5G網(wǎng)絡(luò)間的移動(dòng)性空閑態(tài)移動(dòng)性空閑態(tài)UE通過小區(qū)選擇流程選擇合適的小區(qū)進(jìn)行駐留，進(jìn)一步地，可以通過小區(qū)重選流程重選到質(zhì)量最優(yōu)的小區(qū)進(jìn)行駐留。5G系統(tǒng)的小區(qū)選擇、小區(qū)重選機(jī)制基本沿用了LTE系統(tǒng)的小區(qū)選擇、小區(qū)重選機(jī)制；特殊地，在具有多波束技術(shù)的5G系統(tǒng)中，在位于同步光柵的CD-SSBs上進(jìn)行小區(qū)選擇、小區(qū)重選，UE優(yōu)先重選到小區(qū)信號(hào)質(zhì)量好且優(yōu)良波束數(shù)目最多的小區(qū)。小區(qū)選擇、小區(qū)重選完成后，UE可通過RRC建立過程進(jìn)入連接態(tài)。非激活態(tài)移動(dòng)性33非激活態(tài)終端的核心網(wǎng)側(cè)的連接依然處于連接態(tài)，而空口沒有RRC連接。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)把連接態(tài)終端配置成非激活態(tài)時(shí)，會(huì)同時(shí)配置一個(gè)RNA（RANnotificationarea）。這個(gè)RNA是由多個(gè)小區(qū)組成。非激活態(tài)終端在這個(gè)配置的區(qū)域移動(dòng)時(shí)，不需要和網(wǎng)絡(luò)建立連接。但，非激活態(tài)終端即使沒有離開網(wǎng)絡(luò)配置的區(qū)域，也需要周期性的進(jìn)入連接態(tài)和網(wǎng)絡(luò)建立連接。非激活態(tài)終端需要檢測(cè)和接收來自基站的尋呼消息，一旦有下行數(shù)據(jù)達(dá)到基站，基站就會(huì)發(fā)送尋呼消息尋找該非激活態(tài)終端。當(dāng)終端收到尋呼消息后，終端將進(jìn)入連接態(tài)。連接態(tài)移動(dòng)性傳統(tǒng)切換隨著連接態(tài)UE的移動(dòng)，為保證業(yè)務(wù)連續(xù)性，網(wǎng)絡(luò)會(huì)觸發(fā)切換流程。5G系統(tǒng)的切換機(jī)制基本沿用了LTE系統(tǒng)的切換機(jī)制；特殊地，在具有多波束技術(shù)的5G系統(tǒng)中，目標(biāo)基站在切換準(zhǔn)備階段會(huì)為目標(biāo)小區(qū)中信號(hào)質(zhì)量較好的波束預(yù)留專用和/或公共隨機(jī)接入資源，UE會(huì)優(yōu)先通過波束信號(hào)質(zhì)量高于預(yù)定義閾值的波束與目標(biāo)小區(qū)進(jìn)行隨機(jī)接入。UE源基站目標(biāo)基站2.17傳統(tǒng)切換雙激活協(xié)議棧（DualActiveProtocolStack,DAPS）切換34傳統(tǒng)切換機(jī)制中，由于UE收到切換消息后停止與源基站的數(shù)據(jù)調(diào)度，會(huì)造成幾十毫秒的切換中斷時(shí)延。針對(duì)5G用戶的零切換中斷時(shí)延需求，3GPP引入DAPS切換機(jī)制，即，對(duì)于下行，UE收到DAPS切換消息后仍然保持與源基站的數(shù)據(jù)通信直至目標(biāo)基站通知UE釋放與源基站的連接；對(duì)于上行，UE收到DAPS切換消息后仍然保持與源基站的數(shù)據(jù)通信直至與目標(biāo)基站的隨機(jī)接入成功。條件切換（ConditionalHandover，CHO）針對(duì)5G用戶的切換魯棒性需求，3GPP引入CHO機(jī)制，即，網(wǎng)絡(luò)在源鏈路信號(hào)質(zhì)量較好時(shí)給UE提供CHO配置信息，其中包含至少一個(gè)候選目標(biāo)小區(qū)對(duì)應(yīng)CHO執(zhí)行條件信息、以及切換至該小區(qū)所需的配置信息，UE一旦收到CHO配置信息便開始判斷CHO執(zhí)行條件，可以將CHO執(zhí)行條件滿足的某候選目標(biāo)小區(qū)確定為目標(biāo)小區(qū)，進(jìn)而切換至該小區(qū)。UE源基站候選基站1候選基站2確定目標(biāo)小區(qū)2.18條件切換網(wǎng)絡(luò)間的移動(dòng)性空閑態(tài)終端可以在5G和4G網(wǎng)絡(luò)之間直接進(jìn)行重選，不管這個(gè)4G基站的連35接的核心網(wǎng)是EPC還是5GC。如果該終端在5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋下，且處于非激活態(tài)，當(dāng)該終端重選到4G網(wǎng)絡(luò)時(shí)，終端將自動(dòng)進(jìn)入空閑態(tài)。連接態(tài)終端可以在5G和4G網(wǎng)絡(luò)之間直接進(jìn)行切換，不管這個(gè)4G基站的連接的核心網(wǎng)是EPC還是5GC。不同網(wǎng)絡(luò)制式間的切換是需要相應(yīng)的測(cè)量上報(bào)支持的。5G終端不能直接重選或者切換到3G網(wǎng)絡(luò)。但5G終端處于連接態(tài)，且業(yè)務(wù)是語音業(yè)務(wù)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)可以通過5G和3G核心網(wǎng)之間的交互，把5G終端切換到3G網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行語音通話。當(dāng)然，這種5G終端也是需要支持3G網(wǎng)絡(luò)制式才可以進(jìn)行切換。1.載波聚合與雙鏈接DualConnectivity(DC)雙鏈接場景在4G時(shí)代就被用于提高數(shù)據(jù)在空口的傳輸速率和可靠性，而5G的多無線雙連接（Multi-RadioDualConnectivity，MR-DC)場景更多考慮到非獨(dú)立部署時(shí)5G空口技術(shù)NR和4G空口技術(shù)LTE的結(jié)合。在MR-DC實(shí)際部署中，LTE基站（eNB或ng-eNB）通常負(fù)責(zé)基本的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，而NR基站(gNB或en-gNB)則負(fù)責(zé)提供更高的傳輸速率。根據(jù)核心網(wǎng)(EPC或5GC)，主基站（MasterNode，MN)，和輔基站（SecondaryNode，SN)的實(shí)際部署情況，具體可分為以下子場景：36EPC5GCMNeNBSNen-gNBMNng-eNBSNgNBUEUEA)EN-DCB)NGEN-DC5GC5GCMNgNBSNng-eNBMNgNBSNgNBUEUEC)NE-DCD)NR-DC2.195GMR-DC子場景MR-DC場景下，主輔基站中，至少主基站和核心網(wǎng)保有連接。主基站和輔基站之間通過X2或者Xn接口進(jìn)行交互來協(xié)調(diào)資源配置或是承載(RadioBearer)配置。例如，主基站可以通過X2或者Xn接口發(fā)起并將一個(gè)QoS流（Flow）卸載到輔基站,使用輔基站的承載來支持某個(gè)QoS流;或是為一個(gè)QoS流配置一個(gè)分裂承載（SplitBearer）,為同一個(gè)PDCP實(shí)體配置兩個(gè)RLC實(shí)體和相應(yīng)的邏輯信道，一個(gè)在主基站一個(gè)在輔基站。主基站和輔基站可各自配置一個(gè)小區(qū)組給用戶，分別是主小區(qū)組（MasterCellGroup,MCG）和輔小區(qū)組（SecondaryCellGroup,SCG）。在RRCCONNECTED態(tài)下，當(dāng)用戶和主小區(qū)組的空口連接出現(xiàn)問題時(shí)，用戶可以通過輔小區(qū)組資源向輔基站發(fā)送相關(guān)的失敗信息（MCGFailureInformation）并最終轉(zhuǎn)發(fā)給主基站，觸發(fā)主基站進(jìn)行快速的調(diào)整和恢復(fù)用戶和主小區(qū)組的連接。此外，用戶從RRC連接態(tài)進(jìn)入RRC非激活態(tài)時(shí)，可以保留輔小區(qū)組在RRC連接態(tài)下的相關(guān)配置信息，以減37少用戶再次進(jìn)入RRC連接態(tài)時(shí)的信令交互。利用載波聚合（CarrierAggregation,CA）技術(shù)主基站和輔基站可以在其小區(qū)組的多個(gè)小區(qū)內(nèi)同時(shí)向用戶發(fā)送數(shù)據(jù)，來提高數(shù)據(jù)發(fā)送的速率和可靠性。而在數(shù)據(jù)量小負(fù)載低的情況下，網(wǎng)絡(luò)可以決定讓某些主小區(qū)組或是輔小區(qū)組內(nèi)的輔小區(qū)（SecondaryCell，SCell）進(jìn)入休眠或者非活躍狀態(tài)，以達(dá)到省電的目的。類似的，網(wǎng)絡(luò)也可以決定讓整個(gè)輔小區(qū)組進(jìn)入非活躍狀態(tài)。輔小區(qū)組的主小區(qū)（PrimarycelloftheSCG，PSCell）可以有條件的被添加或者更換。主基站會(huì)將添加或者更換PSCell相關(guān)的條件配置通過RRC信令發(fā)給用戶，包括添加或者更換的執(zhí)行條件，以及添加或者更換后要使用的新的配置。用戶會(huì)選擇滿足執(zhí)行條件的備選PSCell小區(qū)進(jìn)行接入，并在接入成功后使用之前提供的配置。需要注意的是，在有條件的更換PSCell時(shí)，備選PSCell既可以是當(dāng)前輔基站的其他小區(qū)，也可以是其他基站的小區(qū)。2.2.2. 網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技術(shù)相比較4G，5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在三個(gè)方向上進(jìn)行了增強(qiáng)：基于業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，支持了網(wǎng)絡(luò)切片，支持了控制面和用戶面的分離。其中，基于業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)的核心。本章節(jié)將重點(diǎn)介紹5G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)切片設(shè)計(jì)，邊緣計(jì)算，以及其它相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)創(chuàng)新。.5G基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)5G系統(tǒng)架構(gòu)5G業(yè)務(wù)需求多樣化，網(wǎng)絡(luò)部署要求高靈活性，因此5G基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要支38持靈活智能疊加不同應(yīng)用和行業(yè)需求，能夠按需定制并疊加所需的網(wǎng)絡(luò)功能。因3GPP根據(jù)如下基本原則設(shè)計(jì)5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：功能模塊化5G架構(gòu)需要支持eMBB、mMTC和URLLC三大應(yīng)用場景，并且還需要進(jìn)一步滿足各種垂直行業(yè)的差異化需求。功能模塊化可以將復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)功能解耦，根據(jù)應(yīng)用場景搭積木一般按需把各個(gè)功能拼裝在一起。接口服務(wù)化避免以往的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)接口繁多且不同接口采用的協(xié)議也有差異帶來的復(fù)雜度，5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中各個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能的交互通過定義成服務(wù)的接口被所有其他需要的網(wǎng)絡(luò)功能調(diào)用完成。所有的服務(wù)化接口都是基于HTTP協(xié)議實(shí)現(xiàn)。目前服務(wù)化接口僅限制在核心網(wǎng)控制面網(wǎng)元之間，核心網(wǎng)網(wǎng)元和接入網(wǎng)網(wǎng)元之間的交互仍然采用傳統(tǒng)信令接口?？刂婆c轉(zhuǎn)發(fā)分離控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離的支持可以獨(dú)立部署維護(hù)控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面（用戶面），簡化后的轉(zhuǎn)發(fā)面能更好地支持就近原則的分布式部署?？刂妻D(zhuǎn)發(fā)分離從電路交換（CS）網(wǎng)絡(luò)的軟件系統(tǒng)就開始支持，后續(xù)持續(xù)演進(jìn)，4.5G架構(gòu)中引入了CUPS特性，進(jìn)一步將S-GW/O-GW分解為網(wǎng)關(guān)控制面GW-C和網(wǎng)關(guān)用戶面GW-U。5G架構(gòu)繼承了這一基本設(shè)計(jì)原則。接入無關(guān)接入無關(guān)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)最終體現(xiàn)在不同接入技術(shù)的終端、接入網(wǎng)和核心網(wǎng)之間采用統(tǒng)一的接口信令?；谏鲜龌驹瓌t，3GPP制定了5G基礎(chǔ)架構(gòu)，其中非漫游場景下以服務(wù)化39形式表示的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如下圖2.20所示：NSSFNEFNRFPCFUDMAFNnssfNnefNnrfNpcfNudmNafNnssaafNausfNamfNsmfNSSAAFAUSFAMFSMFSCPN2N4UE(R)ANN3UPFN6DNN92.205G系統(tǒng)架構(gòu)[3]5G系統(tǒng)架構(gòu)中，每個(gè)5G核心網(wǎng)網(wǎng)元功能都提供以名字命名的服務(wù)化接口，例如AMF提供Namf接口。5G系統(tǒng)主要網(wǎng)元與功能可參考[3]。與4G相比較，5G核心網(wǎng)網(wǎng)元功能的一個(gè)主要變化是移動(dòng)管理和會(huì)話管理的分離設(shè)計(jì)。5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中AMF負(fù)責(zé)接入和移動(dòng)管理，與4G的MME的相應(yīng)功能對(duì)應(yīng)。SMF負(fù)責(zé)會(huì)話管理，對(duì)應(yīng)4G的MME中會(huì)話管理功能和網(wǎng)管控制面GW-C。這樣的設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)了前面提到的功能模塊化和控制/轉(zhuǎn)發(fā)分離的設(shè)計(jì)原則。5GRAN架構(gòu)按照1.3章的描述，3GPP制定的5G網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)定義了獨(dú)立（standalone，SA）組網(wǎng)和非獨(dú)立（non-standalone，NSA）組網(wǎng)兩大類部署模式。Option2和Option5為SA組網(wǎng)方式；Option3、Option4和Option7為NSA組網(wǎng)方式。5GRAN架構(gòu)-SA對(duì)于SA組網(wǎng)方式，5GRAN節(jié)點(diǎn)稱之為下一代無線接入網(wǎng)絡(luò)（NG-RAN）節(jié)點(diǎn)，NG-RAN節(jié)點(diǎn)包含gNB和ng-eNB兩個(gè)基站類型：面向終端（UE）提供NR用戶面和控制面協(xié)議的gNB；面向終端（UE）提供E-UTRA用戶面和控制面協(xié)議的40ng-eNB。NG-RAN節(jié)點(diǎn)間通過Xn接口連接；NG-RAN和5GC通過NG接口連接，NG-RAN節(jié)點(diǎn)和AMF間通過控制面NG-C接口連接，和UPF間通過用戶面NG-U接口連接。gNB可進(jìn)一步切分為gNB-CU和gNB-DU部分，二者通過F1接口連接。3GPP最終標(biāo)準(zhǔn)化了高層切分方式，即RRC，PDCP和SDAP層位于gNB-CU，RLC，MAC和PHY層位于gNB-DU。進(jìn)一步地，gNB-CU支持控制面和用戶面分離，由gNB-CU-CP和gNB-CU-UP組成，二者通過E1接口連接。AMF/UPF AMF/UPF5GCgNB-CUF1gNB-DUgNB-DUNG-RANgNBgNBng-eNBng-eNB2.21NG-RAN架構(gòu)[4]gNB和UE通過空口（Uu）連接，其空口協(xié)議棧由RRC，SDAP，PDCP，RLC，MAC和PHY層組成。5GRAN架構(gòu)-NSA對(duì)于NSA組網(wǎng)方式，有EN-DC，NE-DC和NGEN-DC三種方式。以EN-DC舉例，其網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)為圖2.22所示：41MME/S-GW MME/S-GWEPCE-UTRANSgNB SgNBMeNB MeNB2.22EN-DC總體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)LTEeNB作為主基站(MeNB，MastereNB)提供連續(xù)覆蓋，并作為控制面錨點(diǎn)EPC有控制面鏈接，NRgNB作為輔基站(SgNB,SecondarygNB)提供熱點(diǎn)覆蓋。MeNBS1接口和EPC鏈接，并通過X2和SgNB連接，SgNB和EPC有用戶面S1-U連接。EN-DC控制面協(xié)議棧架構(gòu)中，UE只有一個(gè)基于MeNB的RRC狀態(tài)，通過MeNB和核心網(wǎng)連接。EN-DC用戶面協(xié)議棧架構(gòu)中，如圖2.23所示有三種承載類型：MCG承載、SCG承載和Split承載。MCG承載只使用MeNB上的資源發(fā)送數(shù)據(jù)，可以使用LTEPDCP或者NRPDCP；SCG承載只使用SgNB上的資源發(fā)送數(shù)據(jù)，使用NRPDCP；Split承載可以同時(shí)使用MeNB和SgNB的資源發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在NRPDCP分流或匯聚。42MCGSCGSplitSplitMCGSCGBearerBearerBearerBearerBearerBearerE-UTRA/NRPDCPNRPDCPNRPDCPNRPDCPNRPDCPNRPDCPX2E-UTRAE-UTRAEUTRAEUTRARLCRLCRLCRLCE-UTRAMACNRNRNRRLCNRRLCRLCRLCNRMACMN SN2.23EN-DC中用戶面協(xié)議棧架構(gòu)（網(wǎng)絡(luò)側(cè)）.接入回傳一體化隨著在5G中引入了更高的頻譜，且由于高頻信號(hào)更容易因繞射、遮擋、大氣吸收等原因造成信號(hào)強(qiáng)度衰減，因此每個(gè)高頻基站的覆蓋范圍受限，也就意味著在5G網(wǎng)絡(luò)中需要更加密集的網(wǎng)絡(luò)部署。為了提高部署的靈活性，同時(shí)為了降低有線光纖和5G基站的部署成本，在5G中引入IAB（IntegratedAccess&Backhaul）節(jié)點(diǎn)，用于基站與UE之間上下行數(shù)據(jù)的無線回傳。IAB架構(gòu)：在IAB網(wǎng)絡(luò)中，無線回傳節(jié)點(diǎn)稱之為IAB節(jié)點(diǎn)，UE可以通過一個(gè)或多個(gè)IAB節(jié)點(diǎn)與IAB-donor進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，其中在IAB網(wǎng)絡(luò)中，由gNB承擔(dān)IAB-donor的功能，如圖2.24所示。IAB-donor是IAB網(wǎng)絡(luò)中的中央控制節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)整個(gè)IAB網(wǎng)絡(luò)的無線資源管理、拓?fù)渎酚晒芾硪约俺休d映射。IAB-donor包括一個(gè)IAB-donor-CU和一個(gè)或多IAB-donor-DU。與gNB-CU和gNB-DU類似，IAB-donor-CU和IAB-donor-DU之間通過有線F1接口相連。對(duì)于CP-UP分離的架構(gòu)，IAB-donor-CU可以進(jìn)一步包括一個(gè)IAB-donor-CU-CP和一個(gè)或多個(gè)IAB-donor-CU-UP。43由于IAB節(jié)點(diǎn)既需要向上級(jí)父節(jié)點(diǎn)發(fā)起接入，又需要為下級(jí)子節(jié)點(diǎn)提供無線回傳服務(wù)。因此IAB節(jié)點(diǎn)可以被分為兩個(gè)功能模塊，即IAB-MT和IAB-DU功能模塊。IAB-MT就如同父節(jié)點(diǎn)的一個(gè)UE，用于與父節(jié)點(diǎn)的DU進(jìn)行層1和層2交互，并與IAB-donor建立RRC連接。IAB-DU的功能與gNB-DU類似，用于為其子IAB節(jié)點(diǎn)或所服務(wù)的UE提供上下行調(diào)度、底層配置等，同時(shí)與IAB-donor建立無線F1連接。DUCUUPCPDUMTDUMTUEIAB-nodeIAB-nodeIAB-donor5GC2.24IAB架構(gòu)示意圖協(xié)議棧和路由：在IAB-DU收到終端的數(shù)據(jù)后，IAB-DU會(huì)根據(jù)基站的配置映射到F1-U