一文看懂 | 5G R17標(biāo)準(zhǔn)背后的18種新技術(shù)

6月9日晚，在匈牙利布達(dá)佩斯召開的3GPP TSG第96次會議上，5G R17標(biāo)準(zhǔn)宣布凍結(jié)。這標(biāo)志著，5G技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)進(jìn)入成熟和穩(wěn)定期，被稱為“5.5G”的R18標(biāo)準(zhǔn)制定工作開始啟動。

什么是5G R17標(biāo)準(zhǔn)？

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

在5G演進(jìn)的第一階段中，R15是5G的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，于2018年（NSA）和2019年（SA）凍結(jié)，重點(diǎn)滿足增強(qiáng)移動寬帶（eMBB）和基礎(chǔ)的低時(shí)延、高可靠（URLLC）應(yīng)用需求。

R16是5G的完整標(biāo)準(zhǔn)，于2020年凍結(jié)，主要聚焦于eMBB的增強(qiáng)，低時(shí)延、高可靠能力的完善，關(guān)注垂直行業(yè)應(yīng)用及整體系統(tǒng)的提升，如面向智能汽車交通領(lǐng)域的5G V2X、面向IIoT領(lǐng)域的時(shí)間敏感聯(lián)網(wǎng)等5G NR能力，以及定位、MIMO增強(qiáng)、功耗改進(jìn)等系統(tǒng)性的提升與增強(qiáng)。

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圖 | 5G標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)情況
圖源：3GPP

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

R17標(biāo)準(zhǔn)背后的18種新技術(shù)和即將帶來的影響？

中國是全球首個(gè)以5G獨(dú)立組網(wǎng)的方式建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)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(dá)到161.5萬個(gè)，全球市占率60%以上，5G網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量更是達(dá)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(biāo)準(zhǔn)之上的，現(xiàn)在R17標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)，定會帶來新一輪的引導(dǎo)和變化。

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

關(guān)于R17標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)帶來的影響，中國信科集團(tuán)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(shù)上形成了對5G前半程的完整支撐，產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入峰值區(qū)間，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈也由技術(shù)突破走向規(guī)模產(chǎn)業(yè)化階段。”

而紫光展銳的專家們則從技術(shù)的角度分析了前面提到的新特性或新技術(shù)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(wù)、新應(yīng)用場景；通用能力持續(xù)增強(qiáng)；面向垂直行業(yè)應(yīng)用的能力持續(xù)增強(qiáng)），具體情況整理如下：

【新終端、新業(yè)務(wù)、新應(yīng)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(yīng)用，比如工業(yè)傳感器、安防攝像頭、智能電網(wǎng)相關(guān)設(shè)備、高端可穿戴設(shè)備、高端物流跟蹤設(shè)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(shù)進(jìn)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(qiáng)技術(shù)。通過引進(jìn)separated initial BWP, 可有效實(shí)現(xiàn)Redcap終端和non-Redcap終端的友好共存。

• 多播廣播業(yè)務(wù)(MBS)

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

• 非地面通信 (NR NTN)

非地面通信是為解決偏遠(yuǎn)山區(qū)、海上、交通運(yùn)輸?shù)葓鼍暗耐ㄐ艈栴}，將衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)等非地面網(wǎng)絡(luò)與5G融合，實(shí)現(xiàn)立體式的網(wǎng)絡(luò)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(shí)延、衛(wèi)星跟地面站連接切換等問題，R17定義了相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要包括上下行時(shí)頻偏補(bǔ)償調(diào)整、傳輸時(shí)序關(guān)系增強(qiáng)、HARQ增強(qiáng)、基于位置的移動性管理增強(qiáng)等。

• ?IoT非地面通信(IoT NTN)

IoT非地面通信主要針對海運(yùn)、荒野交通、能源采集、農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護(hù)等無法部署基站，或者建網(wǎng)和維護(hù)都很不方便的場景，R17首次將NB-IoT/eMTC技術(shù)應(yīng)用到衛(wèi)星通信，實(shí)現(xiàn)天地物聯(lián)通信，是對現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)很好的補(bǔ)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(shí)頻偏補(bǔ)償調(diào)整、傳輸時(shí)序關(guān)系增強(qiáng)、基于位置的移動性管理增強(qiáng)等。

• 多SIM卡優(yōu)化

面向雙卡單通的終端設(shè)備，NR首次從標(biāo)準(zhǔn)層面進(jìn)行規(guī)范以提升終端性能，重點(diǎn)解決雙卡同時(shí)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(qiáng)】

• MIMO進(jìn)一步增強(qiáng)(NR_feMIMO)

MIMO進(jìn)一步增強(qiáng)主要專注于為部分關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域帶來增強(qiáng)特性，包括增強(qiáng)的多TRP（發(fā)射和接收點(diǎn)）部署和增強(qiáng)的多波束操作；提升SRS（探測參考信號）靈活性、容量和覆蓋；結(jié)合FDD系統(tǒng)DL/UL信道空域時(shí)延域互易性特征，設(shè)計(jì)高性能低復(fù)雜度的高分辨率Type-II碼本；同時(shí)引進(jìn)增強(qiáng)的SFN技術(shù)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(biāo)從室內(nèi)3米、室外10米提升到了亞米級，定位的時(shí)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(shí)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(shí)延的影響，支持多路徑信號測量上報(bào)，輔助信息發(fā)送等提高到達(dá)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(dǎo)頻信號，降低定位測量的請求回應(yīng)時(shí)間、終端測量時(shí)間及測量Gap激活時(shí)間等降低時(shí)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(qiáng)，以及A-GNSS定位增強(qiáng)，實(shí)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(qiáng)

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(gè)物理信道引入了覆蓋增強(qiáng)特性，包括增加Msg3 PUSCH/動態(tài)調(diào)度的PUSCH/PUCCH的重復(fù)傳輸次數(shù)以提升可靠性，多時(shí)隙傳輸一個(gè)TB，以及多時(shí)隙的聯(lián)合信道估計(jì)等。

• 天線切換增強(qiáng)

在5G R16階段，上行天線切換只支持從兩個(gè)載波都是單發(fā)切換到一個(gè)載波雙發(fā)的情況，即1T+1T到2T+0T的切換， R17在此基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步增強(qiáng)，實(shí)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(shí)現(xiàn)了在兩個(gè)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(yīng)用推送等小包數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，R17支持在非活躍態(tài)進(jìn)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(luò)效率且減少時(shí)延。采用CG-SDT（基于預(yù)配置資源的小包傳輸）和RA-SDT（基于隨機(jī)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(chǔ)之上，R17持續(xù)增強(qiáng)了終端節(jié)能技術(shù)，包括：對于連接態(tài)終端支持PDCCH skipping和搜索空間組切換技術(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化降低終端監(jiān)聽PDCCH的時(shí)機(jī)，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(shí)TRS輔助同步等技術(shù)，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(qiáng)(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(chǔ)上，進(jìn)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(qiáng)

終端可以基于網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(jìn)一步提升下行速率和效率。

【面向垂直行業(yè)應(yīng)用的能力持續(xù)增強(qiáng)】

• URLLC/IIoT

為了進(jìn)一步提升支持垂直行業(yè)應(yīng)用的能力，R17持續(xù)在時(shí)延可靠性層面進(jìn)行增強(qiáng)，如增強(qiáng)HARQ-ACK反饋、支持高精度子帶CQI反饋、終端內(nèi)復(fù)用和優(yōu)先級排序，并在非授權(quán)頻段支持增強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)物理控制應(yīng)用和視聽服務(wù)產(chǎn)業(yè)（Audio-Visual Service Production），拓展URLLC特性應(yīng)用到非授權(quán)頻譜。

• 時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）

在很多應(yīng)用場景中，諸如IIoT，對時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的需求是很強(qiáng)的，所以R17在空口層面，通過支持空口傳播時(shí)延補(bǔ)償方案，包括基于往返時(shí)間(RTT)的定時(shí)補(bǔ)償和基于定時(shí)提前（TA）的定時(shí)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)空口高精度授時(shí)，可獲得大約250ns的單向空口同步誤差；并支持QoS相關(guān)的新參數(shù)，比如生存事件和突發(fā)擴(kuò)頻，以增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)。

• 輔鏈路通信增強(qiáng)

在R16的基礎(chǔ)上，R17從節(jié)能和高可靠低時(shí)延兩個(gè)層面進(jìn)一步增強(qiáng)，包括支持終端間協(xié)同、部分感知、隨機(jī)資源選擇、DRX等技術(shù)，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(shù)的基礎(chǔ)上，R17通過支持在基站和終端之間部署中繼，分別實(shí)現(xiàn)對基站和終端之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)覆蓋擴(kuò)展和信號衰減補(bǔ)償。

• 無線切片增強(qiáng)

無線切片無疑是5G網(wǎng)絡(luò)的一大特色，因此R17增強(qiáng)了對網(wǎng)絡(luò)切片的RAN側(cè)支持，進(jìn)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(luò)切片更好地支持應(yīng)用提供商的業(yè)務(wù)。為增強(qiáng)終端快速接入目標(biāo)切片的能力，網(wǎng)絡(luò)通過SIB或者RRC專用信令，可提供小區(qū)重選相關(guān)的切片信息。通過對隨機(jī)接入資源進(jìn)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(wù)連續(xù)性問題，支持NG RAN節(jié)點(diǎn)的資源管理增強(qiáng)，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(luò)切片接納控制功能（NSACF）增強(qiáng)等，降低切片業(yè)務(wù)中斷對服務(wù)連續(xù)性的影響。

寫在最后

我們知道，R17是在R15、R16的基礎(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)在不同的時(shí)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(biāo)準(zhǔn)，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(dāng)然，R17不是5G標(biāo)準(zhǔn)的終點(diǎn)，5G標(biāo)準(zhǔn)還在持續(xù)發(fā)展演進(jìn)，目前3GPP已完成了5G R18的標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)，這將是 5G-Advanced的首個(gè)標(biāo)準(zhǔn)版本。

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

而紫光展銳方面透露：“智能電網(wǎng)應(yīng)用場景將作為Rel-18 RedCap（Reduced Capability）的目標(biāo)擴(kuò)展場景之一，已經(jīng)寫入了Rel-18 RedCap 立項(xiàng)草案，此項(xiàng)舉動將為5G+智能電網(wǎng)的應(yīng)用落地夯實(shí)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)。”

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