一文看懂 | 5G R17標準背后的18種新技術

6月9日晚，在匈牙利布達佩斯召開的3GPP TSG第96次會議上，5G R17標準宣布凍結。這標志著，5G技術和標準已經(jīng)進入成熟和穩(wěn)定期，被稱為“5.5G”的R18標準制定工作開始啟動。

什么是5G R17標準？

R17的全稱是5G Release 17，要說清楚R17標準，還得從5G的演進過程講起。根據(jù)3GPP的規(guī)劃，5G技術演進被分為兩個階段，R15/R16/R17這三個版本稱為5G演進的第一階段，之后的R18/R19/R20這三個版本稱為5G演進的第二輪創(chuàng)新，也就是5G Advanced。

在5G演進的第一階段中，R15是5G的基礎標準，于2018年（NSA）和2019年（SA）凍結，重點滿足增強移動寬帶（eMBB）和基礎的低時延、高可靠（URLLC）應用需求。

R16是5G的完整標準，于2020年凍結，主要聚焦于eMBB的增強，低時延、高可靠能力的完善，關注垂直行業(yè)應用及整體系統(tǒng)的提升，如面向智能汽車交通領域的5G V2X、面向IIoT領域的時間敏感聯(lián)網(wǎng)等5G NR能力，以及定位、MIMO增強、功耗改進等系統(tǒng)性的提升與增強。

?
圖 | 5G標準演進情況
圖源：3GPP

而R17是5G的增強標準，于2022年凍結，面向5G XR、新型物聯(lián)網(wǎng)等新業(yè)務需求，重點引入了許多全新的特性和技術，比如Redcap終端、上行覆蓋增強、動態(tài)頻譜共享、多播廣播業(yè)務、多卡技術、衛(wèi)星5G網(wǎng)絡、衛(wèi)星 NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)、下行1024QAM、定位增強、MIMO技術進一步增強（FeMIMO）、節(jié)能增強、URLLC增強、CA/DC增強、輔鏈路通信增強、無線切片增強等。

R17標準背后的18種新技術和即將帶來的影響？

中國是全球首個以5G獨立組網(wǎng)的方式建設5G網(wǎng)絡的國家，根據(jù)工信部發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，截至2022年4月底，我國5G基站總數(shù)已經(jīng)達到161.5萬個，全球市占率60%以上，5G網(wǎng)絡用戶數(shù)量更是達到了4.1億，全球市占率70%以上。而這些成果都是建立在R15和R16標準之上的，現(xiàn)在R17標準凍結，定會帶來新一輪的引導和變化。

?
圖 | 中國5G網(wǎng)絡建設和用戶數(shù)全球市占比情況
圖源：工信部

關于R17標準凍結帶來的影響，中國信科集團副總經(jīng)理、專家委主任陳山枝從5G發(fā)展的角度出發(fā)，表示：“R17的發(fā)布在技術上形成了對5G前半程的完整支撐，產(chǎn)業(yè)發(fā)展進入峰值區(qū)間，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈也由技術突破走向規(guī)模產(chǎn)業(yè)化階段?！?/p>

而紫光展銳的專家們則從技術的角度分析了前面提到的新特性或新技術背后的驅(qū)動力和即將帶來的一些影響，并將其分為三類（新終端、新業(yè)務、新應用場景；通用能力持續(xù)增強；面向垂直行業(yè)應用的能力持續(xù)增強），具體情況整理如下：

【新終端、新業(yè)務、新應用場景】

• ?Redcap終端

Redcap是英文Reduced Capability的縮寫，中文直譯“降低能力”，即輕量級的5G終端，主要針對的是帶寬、功耗、成本等需求都介于eMBB和LPWA之間的應用，比如工業(yè)傳感器、安防攝像頭、智能電網(wǎng)相關設備、高端可穿戴設備、高端物流跟蹤設備等。為了縮減NR終端的成本，Redcap支持FR1 20MHz、FR2 100MHz的帶寬，接收天線數(shù)目減少低至1或2根，調(diào)制階數(shù)也由原來的FR1 256QAM必選降為FR1 64QAM。R16/R17終端節(jié)能技術進一步降低終端功耗，為了克服低天線數(shù)目帶來的覆蓋問題，Redcap終端也支持R17覆蓋增強技術。通過引進separated initial BWP, 可有效實現(xiàn)Redcap終端和non-Redcap終端的友好共存。

• 多播廣播業(yè)務(MBS)

多播廣播業(yè)務主要針對公共安全、IoT應用、軟件投遞、TV Video、IPTV、直播帶貨等場景，比如，當遇到突發(fā)事件，可以讓特定位置的大量用戶同時接收到預警或通知。R17通過架構的建立、支持不同級別的服務、靈活的網(wǎng)絡部署和操作、組播/廣播空口技術等方式，支持組播/廣播和現(xiàn)有單播系統(tǒng)靈活地復用共存。

• 非地面通信 (NR NTN)

非地面通信是為解決偏遠山區(qū)、海上、交通運輸?shù)葓鼍暗耐ㄐ艈栴}，將衛(wèi)星網(wǎng)絡等非地面網(wǎng)絡與5G融合，實現(xiàn)立體式的網(wǎng)絡覆蓋。針對衛(wèi)星波束地面高速移動、衛(wèi)星高度帶來的傳播時延、衛(wèi)星跟地面站連接切換等問題，R17定義了相關技術標準，主要包括上下行時頻偏補償調(diào)整、傳輸時序關系增強、HARQ增強、基于位置的移動性管理增強等。

• ?IoT非地面通信(IoT NTN)

IoT非地面通信主要針對海運、荒野交通、能源采集、農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護等無法部署基站，或者建網(wǎng)和維護都很不方便的場景，R17首次將NB-IoT/eMTC技術應用到衛(wèi)星通信，實現(xiàn)天地物聯(lián)通信，是對現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)的一個很好的補充，為真正的全球覆蓋物聯(lián)網(wǎng)提供了支撐。IoT NTN還包括上下行時頻偏補償調(diào)整、傳輸時序關系增強、基于位置的移動性管理增強等。

• 多SIM卡優(yōu)化

面向雙卡單通的終端設備，NR首次從標準層面進行規(guī)范以提升終端性能，重點解決雙卡同時發(fā)生尋呼造成的尋呼沖突，以及一卡尋呼和另一卡數(shù)據(jù)傳輸的沖突等問題。

【通用能力持續(xù)增強】

• MIMO進一步增強(NR_feMIMO)

MIMO進一步增強主要專注于為部分關鍵技術領域帶來增強特性，包括增強的多TRP（發(fā)射和接收點）部署和增強的多波束操作；提升SRS（探測參考信號）靈活性、容量和覆蓋；結合FDD系統(tǒng)DL/UL信道空域時延域互易性特征，設計高性能低復雜度的高分辨率Type-II碼本；同時引進增強的SFN技術以優(yōu)化提升高鐵場景的性能。

• 定位

R17中的定位主要是針對一般商用場景，R17定位精度目標從室內(nèi)3米、室外10米提升到了亞米級，定位的時延要求小于100ms。在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)場景，R17定位精度誤差要求小于20cm，定位的時延要求小于10ms。

R17通過優(yōu)化差分定位降低終端和基站收發(fā)時延的影響，支持多路徑信號測量上報，輔助信息發(fā)送等提高到達角和離開角的測量精度，從而提高定位精度。R17通過定義按需發(fā)送的定位導頻信號，降低定位測量的請求回應時間、終端測量時間及測量Gap激活時間等降低時延。通過支持RRC非激活狀態(tài)終端的定位測量、信令和流程等降低功耗，并支持GNSS定位的完好性判決增強，以及A-GNSS定位增強，實現(xiàn)更優(yōu)的GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）輔助定位性能。

• 上行覆蓋增強

相較基站，終端發(fā)送天線數(shù)目較少，發(fā)送功率較低，并且5G比4G采用了更高的頻段，因而帶來了更大的鏈路損耗。R17為上行傳輸各個物理信道引入了覆蓋增強特性，包括增加Msg3 PUSCH/動態(tài)調(diào)度的PUSCH/PUCCH的重復傳輸次數(shù)以提升可靠性，多時隙傳輸一個TB，以及多時隙的聯(lián)合信道估計等。

• 天線切換增強

在5G R16階段，上行天線切換只支持從兩個載波都是單發(fā)切換到一個載波雙發(fā)的情況，即1T+1T到2T+0T的切換， R17在此基礎上做了進一步增強，實現(xiàn)兩載波間可以從載波1的兩發(fā)切換為載波2的兩發(fā)，即2T+0T到0T+2T的切換，從而實現(xiàn)了在兩個發(fā)送通道情況下兩載波任意切換的能力，滿足大上行傳輸需求。

• 小包傳輸

面向微信、健康檢測數(shù)據(jù)上傳、應用推送等小包數(shù)據(jù)業(yè)務，R17支持在非活躍態(tài)進行上行小包數(shù)據(jù)傳輸，以降低功耗，減少信令開銷，提升網(wǎng)絡效率且減少時延。采用CG-SDT（基于預配置資源的小包傳輸）和RA-SDT（基于隨機接入的小包數(shù)據(jù)傳輸）兩種傳輸方式。

• 終端節(jié)能

在R16基礎之上，R17持續(xù)增強了終端節(jié)能技術，包括：對于連接態(tài)終端支持PDCCH skipping和搜索空間組切換技術，進一步優(yōu)化降低終端監(jiān)聽PDCCH的時機，并支持RLM/BFD測量放松，從而獲得終端節(jié)能；對于空閑態(tài)終端，支持尋呼早指示PEI、臨時TRS輔助同步等技術，以優(yōu)化降低終端檢測尋呼信息的功耗。

• 動態(tài)頻譜共享增強(NR DSS)

動態(tài)頻譜共享指的是LTE和NR可以動態(tài)的共享頻譜，R17在R16基礎上，進一步探索NR副載波調(diào)度NR主載波的跨載波調(diào)度方式，以緩解和LTE共享頻段的NR主載波的控制信道擁塞。

• 載波聚合(CA) /雙連接(DC)增強

終端可以基于網(wǎng)絡配置的條件，自主執(zhí)行主輔小區(qū)切換和添加來提高切換成功率。網(wǎng)絡則依據(jù)終端的需求，通過動態(tài)地激活或去激活輔小區(qū)組或輔小區(qū)，降低不必要的功率消耗。

• 下行1024QAM調(diào)制

通過支持更高階調(diào)制1024QAM，進一步提升下行速率和效率。

【面向垂直行業(yè)應用的能力持續(xù)增強】

• URLLC/IIoT

為了進一步提升支持垂直行業(yè)應用的能力，R17持續(xù)在時延可靠性層面進行增強，如增強HARQ-ACK反饋、支持高精度子帶CQI反饋、終端內(nèi)復用和優(yōu)先級排序，并在非授權頻段支持增強的網(wǎng)絡物理控制應用和視聽服務產(chǎn)業(yè)（Audio-Visual Service Production），拓展URLLC特性應用到非授權頻譜。

• 時間敏感網(wǎng)絡（TSN）

在很多應用場景中，諸如IIoT，對時間敏感網(wǎng)絡的需求是很強的，所以R17在空口層面，通過支持空口傳播時延補償方案，包括基于往返時間(RTT)的定時補償和基于定時提前（TA）的定時補償，實現(xiàn)空口高精度授時，可獲得大約250ns的單向空口同步誤差；并支持QoS相關的新參數(shù)，比如生存事件和突發(fā)擴頻，以增強網(wǎng)絡。

• 輔鏈路通信增強

在R16的基礎上，R17從節(jié)能和高可靠低時延兩個層面進一步增強，包括支持終端間協(xié)同、部分感知、隨機資源選擇、DRX等技術，以更好地全面支持車聯(lián)網(wǎng)、公共安全以及商業(yè)用例。另外，在R16引入的直連鏈路技術的基礎上，R17通過支持在基站和終端之間部署中繼，分別實現(xiàn)對基站和終端之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，從而實現(xiàn)覆蓋擴展和信號衰減補償。

• 無線切片增強

無線切片無疑是5G網(wǎng)絡的一大特色，因此R17增強了對網(wǎng)絡切片的RAN側(cè)支持，進一步從RAN側(cè)賦予切片優(yōu)先級、區(qū)分性等特性，使網(wǎng)絡切片更好地支持應用提供商的業(yè)務。為增強終端快速接入目標切片的能力，網(wǎng)絡通過SIB或者RRC專用信令，可提供小區(qū)重選相關的切片信息。通過對隨機接入資源進行分割，對于敏感的切片，提供可保證的RACH資源，提高終端對切片信息的感知能力。為解決切換過程中切片服務連續(xù)性問題，支持NG RAN節(jié)點的資源管理增強，如切片資源重分割、利用其它不用的共享資源、多載波資源共享，支持網(wǎng)絡切片接納控制功能（NSACF）增強等，降低切片業(yè)務中斷對服務連續(xù)性的影響。

寫在最后

我們知道，R17是在R15、R16的基礎上建立起來的，所以一定是對前者的繼承，加上基于需求的創(chuàng)新，這些標準在不同的時期扮演著同樣重要的角色。而產(chǎn)業(yè)界要做的事則是循著這些標準，努力將產(chǎn)品落地，可想而知，接下來會有一大波5G新產(chǎn)品要面世。

當然，R17不是5G標準的終點，5G標準還在持續(xù)發(fā)展演進，目前3GPP已完成了5G R18的標準立項，這將是 5G-Advanced的首個標準版本。

關于5G-Advanced，陳山枝表示：“R18的重點技術方向有兩大類，一類是延續(xù)增強型技術，如定位、大規(guī)模天線技術、網(wǎng)絡自組織/自優(yōu)化、衛(wèi)星+5G網(wǎng)絡、廣播多播、終端節(jié)能、覆蓋/上行增強、終端直通中繼增強、XR等；另一類是引入新技術，如移動性增強、全雙工、人工智能、網(wǎng)絡節(jié)能、載波聚合增強?！?/p>

而紫光展銳方面透露：“智能電網(wǎng)應用場景將作為Rel-18 RedCap（Reduced Capability）的目標擴展場景之一，已經(jīng)寫入了Rel-18 RedCap 立項草案，此項舉動將為5G+智能電網(wǎng)的應用落地夯實標準基礎?！?/p>

此外，雖然5G-Advanced的相關工作才啟動不久，但我國已經(jīng)啟動了6G技術的研發(fā)工作，并成立了國家6G技術研發(fā)推進工作組和總體專家組，以此開啟在移動通信領域的一場新賽跑，讓世界見證更多的中國力量。