5G開啟萬物互聯(lián)新時(shí)代,，新業(yè)務(wù)新需求對5G系統(tǒng)提出新挑戰(zhàn),。業(yè)界一般認(rèn)為移動通信10年一代，2G提供語音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),，3G時(shí)代在提供語音的同時(shí),，開始提供基礎(chǔ)的移動多媒體業(yè)務(wù)， 4G時(shí)代移動通信提供移動寬帶業(yè)務(wù),，到了5G時(shí)代,，移動通信將在大幅提升以人為中心的移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)使用體驗(yàn)的同時(shí)，全面支持以物為中心的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù),，實(shí)現(xiàn)人與人,、人與物和物與物的智能互聯(lián)。5G滿足增強(qiáng)移動寬帶,、海量機(jī)器類通信和超高可靠低時(shí)延通信三大類應(yīng)用場景,，在5G系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮不同場景和業(yè)務(wù)的差異化需求。5G將滿足20Gbps的光纖般接入速率,，ms級時(shí)延的業(yè)務(wù)體驗(yàn),，千億設(shè)備的連接能力，超高流量密度和連接數(shù)密度,，及百倍網(wǎng)絡(luò)能效提升等極致指標(biāo),，一個(gè)系統(tǒng)如何同時(shí)滿足多樣業(yè)務(wù)需求,，5G系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨新的挑戰(zhàn)。

5G標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃

3GPP于2018年6月發(fā)布第一個(gè)獨(dú)立組網(wǎng)5G標(biāo)準(zhǔn),。3GPP制定R15和R16標(biāo)準(zhǔn)滿足ITU IMT－2020全部需求,，其中R15為5G基礎(chǔ)版本，重點(diǎn)支持增強(qiáng)移動寬帶業(yè)務(wù)和基礎(chǔ)的低時(shí)延高可靠業(yè)務(wù),，R16為5G增強(qiáng)版本,，將支持更多物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)?？紤]到5G將與LTE較長時(shí)間共存,，并且運(yùn)營商擁有的頻譜不同、部署節(jié)奏不同,、5G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)定位不同,，3GPP標(biāo)準(zhǔn)分階段支持多種5G組網(wǎng)架構(gòu)。具體地,，R15包含3個(gè)子階段,，這些子版本將為運(yùn)營商提供更多組網(wǎng)選擇，其中2018年6月份發(fā)布獨(dú)立組網(wǎng)的5G標(biāo)準(zhǔn)此外,，3GPP將于2019年底發(fā)布R16標(biāo)準(zhǔn),，R16標(biāo)準(zhǔn)在R15的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)支持移動寬帶的能力和效率,，同時(shí)擴(kuò)展支持更多物聯(lián)網(wǎng)場景,。

5G新空口技術(shù)

5G新空口（NR）支持大帶寬、低時(shí)延,、靈活配置,，滿足多樣業(yè)務(wù)需求，同時(shí)易于擴(kuò)展支持新業(yè)務(wù),。在帶寬方面,，針對6GHz以下的頻譜，5G新空口支持最大100MHz的基礎(chǔ)帶寬,；針對20GHz－50GHz頻譜,，5G新空口支持最大400MHz的基礎(chǔ)帶寬；此外,，5G新空口采用部分帶寬設(shè)計(jì),，支持多種終端帶寬，適應(yīng)多種業(yè)務(wù)需求,。 在低時(shí)延方面，5G新空口支持較寬子載波間隔,，支持符號級的調(diào)度資源粒度,，支持自包含時(shí)隙和快速重傳機(jī)制,。基于這些技術(shù)方案,，5G支持4ms的空中接口時(shí)延,，并在特定場景和配置下，支持0．5ms的空中接口時(shí)延,。5G新空口靈活設(shè)計(jì)體現(xiàn)在基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)計(jì),、幀結(jié)構(gòu)、參考信號設(shè)計(jì),、控制信道設(shè)計(jì)等等方面,。

NR支持靈活參數(shù)集，以滿足多樣帶寬需求,。NR以15kHz子載波間隔為基礎(chǔ),，可根據(jù)15＊2u靈活擴(kuò)展，其中u＝0,，1,，2，3,，4,，也就是說NR支持15、30,、60,、120、240khz等5種子載波間隔,，其中子載波15,、30、60kHz適用于低于6GHz的頻譜,，子載波60,、120、240kHz適用于高于6GHz的頻譜,。新空口定義子幀長度固定為1ms,，每個(gè)時(shí)隙固定包含14個(gè)符號，因而對于不同子載波間隔,，每個(gè)時(shí)隙長度不同,，分別為1、0．5,、0．25,、0．125和0．0625ms。

NR支持靈活幀結(jié)構(gòu)，定義大量時(shí)隙格式,，滿足各種時(shí)延需求,。LTE定義了7種幀結(jié)構(gòu)、11種特殊子幀格式,，其中幀結(jié)構(gòu)以5ms和10ms 為周期,；NR更多是定義時(shí)隙格式，共定義了56種時(shí)隙格式,，并支持基于符號靈活定義幀結(jié)構(gòu),。LTE幀結(jié)構(gòu)以準(zhǔn)靜態(tài)配置為主，高層配置了某種幀結(jié)構(gòu)后,，網(wǎng)絡(luò)在一段時(shí)間內(nèi)采用該幀結(jié)構(gòu),。在特定場景下，也可以支持物理層的快速幀結(jié)構(gòu)調(diào)整,；NR從一開始設(shè)計(jì)就支持準(zhǔn)靜態(tài)配置和快速配置,，支持更多周期配置，如0．5,， 0．625,， 1， 1．25,， 2,， 2．5， 5,， 10ms,，此外，時(shí)隙中的符號可以配置為上行,、下行或靈活符號,，其中靈活符號可以通過物理層信令配置為下行或上行符號，以靈活支持突發(fā)業(yè)務(wù),。

NR支持更大數(shù)據(jù)包的有效傳輸和接收,，同時(shí)提升控制信道性能。增強(qiáng)移動寬帶業(yè)務(wù)的大數(shù)據(jù)包對編碼方案的編譯碼的復(fù)雜度和處理時(shí)延提出了挑戰(zhàn),，LPDC在處理大數(shù)據(jù)包和高碼率方面有性能優(yōu)勢,，成為NR的數(shù)據(jù)信道編碼方案，并且為了避免大數(shù)據(jù)包的重傳,，一個(gè)傳輸塊編碼后拆分為多個(gè)碼塊組,，基于碼塊組重傳。對于控制信道,，魯棒性是最重要的技術(shù)指標(biāo),，極化碼Polar在短數(shù)據(jù)包方面有更好的表現(xiàn),，成為NR控制信道編碼方案之一。

NR支持基于波束的系統(tǒng)設(shè)計(jì),，提供更靈活的網(wǎng)絡(luò)部署手段,。LTE中同步,、接入采用廣播傳輸模式,，數(shù)據(jù)信道支持波束賦形傳輸模式。為了實(shí)現(xiàn)同步,、接入和數(shù)據(jù)傳輸3個(gè)階段的匹配,，NR中同步、接入,、控制信道,、數(shù)據(jù)信道均基于波束傳輸，并支持基于波束的測量和移動性管理,，以同步為例,，NR支持多個(gè)同步信號塊，SSB可以指向不同的區(qū)域,，比如樓宇的高層,、中層和地面，為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提供更多可調(diào)手段,。

NR支持?jǐn)?shù)字和混合波束賦形,。低頻NR主要采用傳統(tǒng)的數(shù)字波束賦形，針對高頻NR,，既需要補(bǔ)償路損,，又需要考慮合理的天線成本，因而NR引入模擬＋數(shù)字的混合波束賦形,。NR下行支持最大32端口的天線配置,，上行支持最大4端口的天線配置；在具體MIMO傳輸能力方面,，下行單用戶最大支持8流,，最大支持12個(gè)正交多用戶，上行單用戶最大支持4流,。另,，與LTE定義了多種傳輸模式不同，NR目前只定義了一種傳輸模式,，即基于專用導(dǎo)頻的預(yù)編碼傳輸模式,。此外，相比于LTE,，5G新空口定義更多導(dǎo)頻格式（如Front－loaded和支持高速移動的額外DMRS）,，以支持更多天線陣列模式和部署場景。

同時(shí)，3GPP注重新空口與LTE共存的場景,，除了支持雙連接外,，還支持新空口共享LTE上行資源，以提升新空口的上行覆蓋,。

5G核心網(wǎng)設(shè)計(jì)

以控制與轉(zhuǎn)發(fā)功能分離為基礎(chǔ),，突出網(wǎng)絡(luò)的多業(yè)務(wù)差異化服務(wù)能力。架構(gòu)方面,，5G核心網(wǎng)采用全新的基于服務(wù)的系統(tǒng)架構(gòu),、新型架構(gòu)將原先的網(wǎng)絡(luò)功能分解為一組服務(wù)，每個(gè)服務(wù)都可以獨(dú)立發(fā)現(xiàn)和調(diào)用,，重構(gòu)業(yè)務(wù)流程,，結(jié)合基于NFV的網(wǎng)絡(luò)切片快速部署，新業(yè)務(wù)可以在幾周內(nèi)完成開發(fā),，并實(shí)現(xiàn)分鐘級的上線運(yùn)行,。控制平面功能方面,，5G核心網(wǎng)根據(jù)終端類型和位置區(qū)域,，提供不同的切片選擇、移動性和會話管理策略,，為不同業(yè)務(wù)提供差異化的接入服務(wù),。轉(zhuǎn)發(fā)平面功能方面，5G核心網(wǎng)支持分布式的轉(zhuǎn)發(fā)路徑設(shè)置和邊緣計(jì)算,，優(yōu)化不同業(yè)務(wù)的吞吐量和轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延,。5G安全采用可擴(kuò)展認(rèn)證協(xié)議（EAP）框架實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一認(rèn)證，支持用戶在接入網(wǎng)間無縫切換,，同時(shí),，通過增強(qiáng)的安全機(jī)制進(jìn)行用戶隱私保護(hù)（如身份標(biāo)識等），并支持按需的用戶數(shù)據(jù)保護(hù)方法,。

5G技術(shù)發(fā)展

5G技術(shù)將持續(xù)增強(qiáng),。3GPP已啟動5G第二版本（R16）標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)研工作，在增強(qiáng)基礎(chǔ)的移動寬帶業(yè)務(wù)能力和基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能力的同時(shí),，重點(diǎn)提升對垂直行業(yè)應(yīng)用的支持,，特別是對低時(shí)延高可靠類業(yè)務(wù)的支持。在移動寬帶業(yè)務(wù)能力方面,，R16重點(diǎn)研究多天線增強(qiáng),、載波聚合與大帶寬增強(qiáng)、遠(yuǎn)端干擾刪除,、非正交多址和免許可5G技術(shù),。在基礎(chǔ)能力提升方面,，重點(diǎn)研究終端節(jié)能、定位增強(qiáng),、移動性增強(qiáng)、基于RAN的大數(shù)據(jù)收集與應(yīng)用,、服務(wù)化架構(gòu)增強(qiáng)、智能化運(yùn)營,、切片增強(qiáng)等內(nèi)容,。在垂直行業(yè)應(yīng)用方面,，研究5G車聯(lián)網(wǎng)（NR V2X）、低時(shí)延高可靠（URLLC）增強(qiáng),、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)增強(qiáng)（NR IIoT）,、NB－IoT／mMTC增強(qiáng)等內(nèi)容,。

文 ｜ 杜瀅 朱浩