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圖源：Andrey Suslov/Shutterstock.com
5G正在美國(guó)各地全面部署，而且有些人已經(jīng)擁有了可以連接到AT&T網(wǎng)絡(luò)、T-Mobile或Verizon的5G手機(jī)。T-Mobile是第一家在美國(guó)全國(guó)部署5G網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)商，但僅限sub-6GHz頻段，速度不如毫米波最終將能達(dá)到的最佳水平。AT&T的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍最大，但主要也是由sub-6GHz頻段組成。許多此類網(wǎng)絡(luò)目前都僅支持sub-6GHz頻段，速度并不比4G快。Verizon擁有分布最廣的毫米波網(wǎng)絡(luò)，但仍無(wú)法以最佳性能水平運(yùn)行。
回首4G、3G以及更早的技術(shù)，它們的部署速度也很慢，所以我們對(duì)5G也需要一些耐心。
下面，就讓我們來看看最新的3GPP 5G第16版標(biāo)準(zhǔn)中反映了哪些5G技術(shù)新動(dòng)向。
何為3GPP 5G標(biāo)準(zhǔn)？
3GPP的標(biāo)準(zhǔn)使用了一種并行版本系統(tǒng)，該系統(tǒng)為開發(fā)人員提供了一個(gè)穩(wěn)定的平臺(tái)，以便將各種功能實(shí)現(xiàn)到特定的程度，并且便于添加后續(xù)版本中的新功能。本質(zhì)上，5G新技術(shù)正日趨完善。當(dāng)諸如車聯(lián)網(wǎng)（V2X）或多用戶-多輸入多輸出（MU-MIMO）等技術(shù)在其成熟發(fā)展過程中到達(dá)另一個(gè)增長(zhǎng)點(diǎn)時(shí)，3GPP建議正在采用某個(gè)版本的開發(fā)人員繼續(xù)進(jìn)行目前的穩(wěn)定實(shí)施，并將其納入他們的系統(tǒng)中。
以行業(yè)擴(kuò)張為中心的第16版標(biāo)準(zhǔn)稱為5G的第二階段。接下來，就5G技術(shù)現(xiàn)在所處的位置而言，讓我們看看這一切對(duì)實(shí)現(xiàn)全面運(yùn)行的5G系統(tǒng)所具有的意義（圖1）。
圖1：5G第16、17和18版標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間線（圖源：3GPP）3GPP 5G第16版標(biāo)準(zhǔn)將使各種企業(yè)和行業(yè)組織（從制造商到醫(yī)療保健行業(yè)）能夠?qū)崿F(xiàn)各種功能，讓他們能夠以新的自動(dòng)化、效率和服務(wù)水平向前發(fā)展。
5G第16版標(biāo)準(zhǔn)的六個(gè)重要方面
01、5G NR增強(qiáng)功能
借助MU-MIMO，基站可以通過相同的時(shí)頻資源發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)流，每個(gè)用戶設(shè)備（UE）對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)流。MU-MIMO能使蜂窩小區(qū)總吞吐量/總?cè)萘吭黾?。基站將具有多個(gè)天線端口，與將同時(shí)接收數(shù)據(jù)的用戶設(shè)備一樣多。每臺(tái)用戶設(shè)備都需要一個(gè)天線端口。
圖2：MU-MIMO通過相同的時(shí)頻資源發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)流，每個(gè)用戶設(shè)備對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)流（圖源：高通）
本質(zhì)上，MU-MIMO將部署更多天線，以從接收分集和MIMO中獲得較大的增益。
多傳輸接收點(diǎn)（多TRP）
這些傳輸接收點(diǎn)是指宏蜂窩小區(qū)、小蜂窩小區(qū)、微微蜂窩小區(qū)、毫微微蜂窩小區(qū)、遠(yuǎn)程無(wú)線電頭端（RRH）、中繼節(jié)點(diǎn)等等。多TRP將通過結(jié)合上述各種靈活的傳輸接收點(diǎn)來提高可靠性、覆蓋范圍和容量性能。例如，當(dāng)小區(qū)邊緣的無(wú)線設(shè)備可以由多TRP服務(wù)以改善其信號(hào)傳輸/接收，從而提高吞吐量時(shí)，將使5G移動(dòng)數(shù)據(jù)流量呈指數(shù)增長(zhǎng)。
更高的鏈接可靠性
第16版標(biāo)準(zhǔn)支持增強(qiáng)型5G超可靠低延遲通信（eURLLC）基礎(chǔ)，以提供更好的鏈路可靠性（高達(dá)99.9999％）（圖3）。
圖3：5G第16版標(biāo)準(zhǔn)支持增強(qiáng)型超可靠低延遲通信（eURLLC），它建立在第15版標(biāo)準(zhǔn)中URLLC的基礎(chǔ)之上（圖源：高通）
02、接入回傳一體化（IAB）
IAB網(wǎng)絡(luò)是一種經(jīng)濟(jì)高效的部署方案，可在無(wú)需花費(fèi)大量成本按比例部署越來越多有線傳輸?shù)那闆r下增加網(wǎng)絡(luò)密度。通過第16版標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的密集部署，提升覆蓋范圍和容量，同時(shí)降低回傳成本（圖4）。
圖4：第16版標(biāo)準(zhǔn)還涉及IAB的標(biāo)準(zhǔn)，
將5G無(wú)線電的一部分用于回傳（來源：高通）
有了IAB，并非每個(gè)小蜂窩小區(qū)都必須使用光纖；傳統(tǒng)的光纖回傳非常昂貴。同樣，在許多情況下，不一定總是可以在每個(gè)蜂窩小區(qū)基站使用光纖?，F(xiàn)在，在第16版標(biāo)準(zhǔn)中，回傳可以使用無(wú)線電連接。與傳統(tǒng)接入相比，毫米波回傳將具有更大的覆蓋范圍。毫米波的接入和回傳具有共享公共資源的靈活性。
03、非授權(quán)頻段中的5G
第16版標(biāo)準(zhǔn)首次在5G蜂窩服務(wù)中包含非授權(quán)頻段。
這樣將在全球范圍內(nèi)釋放更多頻段，開辟新的市場(chǎng)和垂直領(lǐng)域，并實(shí)現(xiàn)新的部署方案（圖5）。
圖5：第16版標(biāo)準(zhǔn)首次在非授權(quán)頻段中引入NR。
NR-U是指非授權(quán)的新無(wú)線電。（圖源：Qualcomm）
目前正在進(jìn)行的一項(xiàng)工作是指定單一全局框架的NR增強(qiáng)，這將使人們能夠訪問將支持在5GHz和6GHz中進(jìn)行NR操作的非授權(quán)頻段。NR-U應(yīng)與已經(jīng)部署的IEEE 802.11/Wi-Fi系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)合理共存。
04、時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）中的5G
5G網(wǎng)絡(luò)上的TSN需要工業(yè)自動(dòng)化和其他物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。TSN可以集成到對(duì)時(shí)間同步要求極高的應(yīng)用中。TSN的主要領(lǐng)域包括諸如移動(dòng)機(jī)器人的排隊(duì)協(xié)作、智能工廠車間的貨物協(xié)作運(yùn)輸以及其他工業(yè)移動(dòng)用例之類的應(yīng)用。在實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用例時(shí)，不能使用有線技術(shù)，必須用無(wú)線連接代替有線技術(shù)，而這些無(wú)線連接必須滿足工業(yè)環(huán)境的高要求（圖6）。
圖6：5G第16版技術(shù)帶來對(duì)TSN的支持。TSN網(wǎng)絡(luò)由中央網(wǎng)絡(luò)控制器（CNC）控制。
TSN和CNC是在IEEE 802.1AS指定的一組標(biāo)準(zhǔn)中定義的（圖源：高通）
5G TSN適配器還使5G無(wú)線系統(tǒng)能夠充當(dāng)具有以太網(wǎng)連接的TSN橋。將在微秒級(jí)上與通用精確時(shí)間協(xié)議（gPTP）進(jìn)行精確的時(shí)間同步。
05、5GNR蜂窩車聯(lián)網(wǎng)側(cè)鏈路
第16版標(biāo)準(zhǔn)中，NR蜂窩車聯(lián)網(wǎng)（C-V2X）的設(shè)備間直接通信模式（或側(cè)鏈路）規(guī)范將支持一些高級(jí)用例，可以在不使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)的情況下增強(qiáng)自動(dòng)駕駛能力。側(cè)鏈路是必不可少的，因?yàn)槟承┸嚶?lián)網(wǎng)服務(wù)只在近距離場(chǎng)景下有意義，并且即使在網(wǎng)絡(luò)覆蓋不穩(wěn)定的情況下也需要保持正常運(yùn)行。當(dāng)今的5G時(shí)代，汽車和運(yùn)輸行業(yè)朝著智能運(yùn)輸系統(tǒng)（ITS）邁進(jìn)，為我們帶來了諸多好處，包括提高安全性、減少交通擁堵、優(yōu)化燃料消耗以及對(duì)環(huán)境產(chǎn)生積極影響等。車聯(lián)網(wǎng)通信是新興ITS應(yīng)用的關(guān)鍵推動(dòng)力，將允許車輛與其他車輛、行人、道路基礎(chǔ)設(shè)施和互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信（圖7）。
圖7：對(duì)于公共安全和數(shù)據(jù)卸載等用例而言，
側(cè)鏈路是必不可少的。（來源：高通）
第16版標(biāo)準(zhǔn)中，NR蜂窩接口和NR側(cè)鏈路接口旨在實(shí)現(xiàn)跟車行駛、高級(jí)輔助駕駛（防撞和協(xié)作變道等功能）、擴(kuò)展的傳感器以及遠(yuǎn)程駕駛用例。使用車聯(lián)網(wǎng)通信，可以收集與總體交通狀況相關(guān)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并在用戶之間進(jìn)行交換。這將能夠?qū)崿F(xiàn)更安全、更協(xié)調(diào)、更智能地使用交通網(wǎng)絡(luò)。
表1：3GPP標(biāo)準(zhǔn)中考慮的V2X用例的要求和潛在技術(shù)
06、5G NR中將5G用于物聯(lián)網(wǎng)/NB-IoT
第16版標(biāo)準(zhǔn)提供了在5G核心網(wǎng)絡(luò)上部署和管理低功率移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）協(xié)議（例如窄頻帶-物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT））的能力。NB-IoT是基于標(biāo)準(zhǔn)的低功耗廣域（LPWA）技術(shù)，支持各種新型物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和服務(wù)。這項(xiàng)技術(shù)極大地改善了用戶設(shè)備的功耗、系統(tǒng)容量和頻譜效率，尤其是在深度覆蓋的情況下。在多種用途中，可實(shí)現(xiàn)超過10年的電池壽命（圖8）。
圖8：私有網(wǎng)絡(luò)或非公共網(wǎng)絡(luò)將從工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)案例中受益（圖源：高通）
結(jié)論
5G帶來了室內(nèi)室外全覆蓋、高速數(shù)據(jù)傳輸速率、無(wú)縫切換以及公共網(wǎng)絡(luò)回退等好處。5G還提供了工業(yè)級(jí)的可靠性、延遲和同步（eURLLC和TSN）。此外，5G還帶來了與全球標(biāo)準(zhǔn)的廣闊生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行互操作的優(yōu)勢(shì)，通過5G路線圖，有望滿足未來的各種需求。
