5G标准发展历程
为积极推动5G的标准化进程,国际电信联盟于2015年明确了全球5G工作时间表,随后3GPP在其框架下也紧锣密鼓地开展了相关的标准化工作。在2015年9月于美国凤凰城召开的5G专题讨论会中,3GPP就5G场景、需求、潜在技术点进行了讨论,并制订了5G标准化的工作计划;随即,3GPP于2016年2月在R14(Rlease 14)阶段启动了5G愿景、需求和技术方案的研究工作,并于同年12月发布了5G研究报告。2017年12月,3GPP第78次全会会议上,RAN(无线接入网)工作组发布了5G新空口的NSA标准,SA(业务和系统架构)工作组发布了面向SA的5G新核心网架构与流程标准。2018年6月举行的3GPP第80次全会,RAN工作组正式宣布冻结并发布5GSA标准,CT(核心网和终端)工作组正式发布5GSA下面向R15(Release 15)新核心网的详细设计标准(见图2–3)。这些标志着5G第一个完整标准体系的完成,它能够实现5G独立部署,提供端到端5G全新能力,将全面满足通信与垂直行业对5G的需求和期望,为运营商和产业合作伙伴带来新的商业模式。
3GPP R15版本特性
3GPP在R15标准中主要完成了5G三大业务场景中的eMBB场景和uRLLC场景的标准制定,能够满足5G部署初期的商用需求。
R15标准版本的无线基站侧重点围绕“新架构、新频段、新天线、新设计”等技术方向,着力实现5G创新突破,以用户及服务为中心构建端到端的5G智慧网络系统。其中新架构同时支持接入网的分布式部署和集中化部署。新频段要求5G可以支持中高频段,包括6GHz以上的毫米波频段。新天线允许支持大规模天线以大幅提升系统效率,大规模天线通过三维的波束赋形,可形成能量更集中、覆盖更立体、方向更精准的波束。面向新设计,为满足垂直行业的各种差异性需求,并应对部署场景的多样性与复杂性,5G在接口设计方面提供了更多可选的帧结构设计,可根据5G基础通信业务、物联网和车联网等多样化应用场景,灵活配置帧结构。
R15标准版本的核心网侧发生了巨大变化,成为5G变革的最核心标志,其变革理念主要包括信息技术化、互联网化、极简化、服务化等。
其中信息技术化要求5G采用软件化的核心网,可以基于统一的信息技术基础设施进行编排和调度。互联网化打破传统的4G固定网元、固定连接的刚性网络,使5G网络成为基于面向服务化架构,能够动态调整的柔性网络,网元间的协议体系也采用了互联网的HTTP 2.0(超文本传输协议2.0)。极简化通过引入极简的转发面提供转发性能,通过集中灵活的控制面提升效率。服务化是指通过服务化架构,利用网络切片和边缘计算等技术灵活地满足多样化的网络需求与场景。
3GPP R16版本特性
5G发展的重点目标之一是赋能垂直行业的转型升级,但基于R15国际标准的5G网络,要全面满足高速率、低时延、高可靠性等业务需求仍存在一定的挑战。例如,网联无人机的高清图像和视频回传不仅对用户的上行速率提出了很高需求,而且要求网络能够做到对高空用户的无缝覆盖,但R15的5G网络还无法很好地满足这些要求。此外,对于工业互联网中一些需要同时满足低时延、高可靠和高速率的业务场景,基于R15的5G网络也可能难以满足。
为使5G网络持续提升技术竞争力,为用户带来更优质的业务体验,拓展更广阔的垂直行业应用,3GPP在R16阶段确立了70余个标准化研究项目,重点围绕uRLLC场景、mMTC场景,从网络更智能、性能更极致、频谱更丰富、应用更广阔等几个方面进行5G标准增强,以上项目预计于2019年12月完成。
网络更智能
面向5G网络自动化与智能化的需求,重点研究5G网络自动化等。
5G网络自动化通过在5G系统架构中引入新的网元NWDAF(网络数据分析功能),通过对接入网、核心网、网管等信息进行收集、分析和反馈,为网络优化、网络切片质量保障、灵活组网等提供全新能力支持。
性能更极致
为深度挖掘5G网络潜力,3GPP确立了进一步提升网络频谱效率和用户体验速率的大规模天线增强技术、5G蜂窝定位技术、优化5G用户体验的终端节能技术以及支持超大连接的非正交多址技术等标准增强方向。
频谱更丰富
为了拓展5G系统的可用频谱范围,3GPP一方面向非授权频段扩展,开展5G空口在7GHz以下非授权频谱独立部署以及与已有授权频谱的LTE/NR(长期演进/新空口)联合使用等方法研究;另一方面向更高频段扩展,开展52.6~100GHz频段的部署场景、可用技术等相关研究。
应用更广阔
为使5G网络适配更广阔的垂直行业应用需求,3GPP确立了面向智能电网、自动驾驶、智能制造等行业应用的uRLLC增强和工业互联网增强技术,面向智能交通行业应用的5G车联网V2X(车与万物互联)技术、空天地一体化通信等作为标准增强方向。其中uRLLC增强主要面向智能电网、工厂自动化等新场景,通过对不同类型的业务传输采用动态资源复用、智能化重复传输、网络冗余等机制,在满足更低空口时延需求(如0.5~1毫秒)的同时,将端到端可靠性提高到99.9999%。
- Gbps约为109 比特每秒。——编者注
- 4K指像素分辨率为4 096×2 160,8K指像素分辨率为7 680×4 320。——编者注
- 64QAM是无线通信系统中的一种信息调制方式,即64级正交调幅。
- Tbps约为1012 比特每秒。——编者注
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