[導讀]2022年6月初，通信標準組織3GPP第96次全會在匈牙利布達佩斯如期召開。在本次會議上，備受矚目的3GPP R17標準被正式宣布凍結。這標志著，5G的第一階段演進已經全部完成，5G技術發(fā)展，將邁入嶄新的第二階段。
2022年6月初，通信標準組織3GPP第96次全會在匈牙利布達佩斯如期召開。
在本次會議上，備受矚目的3GPP R17標準被正式宣布凍結。這標志著，5G的第一階段演進已經全部完成，5G技術發(fā)展，將邁入嶄新的第二階段。
回首往事，大約7年前，也就是2015年9月，國際電聯ITU正式確認了5G的三大應用場景（eMBB、mMTC和uRLLC）。不久后，2016年3月，3GPP就正式啟動了5G的標準化工作，旨在開發(fā)一個統一的、更強大的無線空口——5G NR（New Radio，新空口）。
如今，時光飛逝，我們共同見證了3GPP R15、R16、R17版本的凍結，以及5G的全面商用和落地普及。
被寄予厚望的5G，經歷了從誕生到成熟的發(fā)展歷程，正在不斷改變著我們的工作和生活，也顛覆了整個社會的運作模式。
那么問題來了，在5G不斷演進的過程中，到底涌現了哪些革命性的技術創(chuàng)新？在這些技術創(chuàng)新的背后，又潛藏著怎樣的邏輯思路？從R15到R17，各階段的作用，究竟是什么？
今天這篇文章，小棗君將帶領大家找到答案。
█ R15：奠定基礎，揭開面紗
首先，我們先看看R15的創(chuàng)新思路。
R15是5G標準制定的開端。正所謂：“好的開始，是成功的一半”。為了邁出堅實的第一步，通信行業(yè)專家們進行了充分的研究和準備工作。
當時，R15最重要的使命，是針對eMBB（增強移動寬帶）場景進行標準制定。而這個場景，需要的正是通信網絡最重要的一個指標——速率。
ITU針對eMBB的指標要求，是下行峰值速率必須達到10Gbps以上，用戶體驗速率必須達到1Gbps以上。3GPP為了實現這一需求，采用了兩個思路：一個是尋找更多的可用頻譜資源，另一個是深入挖掘每MHz頻率資源的潛力。
在擴充頻譜資源方面，3GPP在Sub-6GHz頻段的基礎上，提出了移動毫米波技術。也就是說，將5G的工作頻譜向更高頻段延伸，覆蓋到毫米波的頻段。
移動毫米波帶來的速率和容量提升非常明顯，奠定了5G高速連接的基礎。
在毫米波技術的基礎上，3GPP又引入了Massive MIMO（大規(guī)模天線陣列）。
這個技術是5G最具標志性的創(chuàng)新之一，可以說是“神來之筆”。它通過大量增加基站中的天線數量，從而對不同的用戶形成獨立的窄波束覆蓋，從而數十倍地提升了系統吞吐量，也改進了基站的覆蓋效果（尤其彌補了毫米波覆蓋能力的不足）。
Massive MIMO在深入挖掘頻譜資源潛力方面，技術挑戰(zhàn)就更大了。這里面涉及到了大量的底層技術創(chuàng)新，包括多址技術、調制技術、編碼技術、物理層結構等，都需要重新進行設計。
5G NR設計中最重要的決定之一，就是選擇無線波形和多址接入技術。
在當時的方案評估過程中，高通通過廣泛研究發(fā)現，正交頻分復用（OFDM）體系，具體來說包括循環(huán)前綴正交頻分復用（CP-OFDM）和離散傅里葉變換擴頻正交頻分復用（DFT-S OFDM），是面向5G eMBB和更多其他場景的最佳選擇（后來證明確實如此）。
在4G LTE已有的OFDM應用基礎上，高通高級工程總監(jiān)季庭方通過設計了統一的子載波間隔指數擴展公式，實現了可擴展的OFDM參數配置。這一技術發(fā)明，被稱為“可擴展參數集”，是R15的重大亮點。
利用可擴展OFDM參數配置，可以實現子載波間隔能隨信道寬度以2的n次方擴展。這樣一來，在更大帶寬的系統中，FFT點數大小也隨之擴展，卻不會增加處理的復雜性。
R15另一個令人耳目一新的設計是基于時隙的靈活框架。該靈活框架的關鍵技術發(fā)明就是5G NR自包含時隙結構。在新的自包含時隙結構中，每個5G NR傳輸都是模塊化處理，具備獨立解碼的能力，避免了跨時隙的靜態(tài)時序關系。
2018年6月，3GPP R15標準正式凍結?，F在看來，R15成功打響了5G的第一槍。它帶來的諸多創(chuàng)新，給人們揭開了5G的神秘面紗，也為5G后續(xù)的迭代演進奠定了堅實的基礎。
█ R16：場景擴展，賦能行業(yè)
R15主要針對eMBB（增強移動寬帶）場景進行了標準制定。R16在R15的基礎上，進一步完善了uRLLC和mMTC場景的標準規(guī)范，從而貢獻了第一個5G完整標準，也是第一個5G演進標準。
從本質上來說，實現對垂直行業(yè)的支持和賦能，是R16最重要的使命。
R16需要進行標準化的uRLLC（超可靠低延遲通信）場景，主要針對的就是工業(yè)互聯網、車聯網等垂直行業(yè)領域。ITU針對uRLLC場景提出的指標目標，包括更嚴格的可靠性要求（高達99.9999%的可靠性），以及毫秒級的時延。
R16需要通過進一步增強5G網絡的基礎能力，引入更多的網絡新特性，以此更好地支持toB的關鍵業(yè)務型用例，滿足智能制造、智能質檢、無人駕駛等垂直行業(yè)需求。
在網絡基礎能力增強方面，R16對頻譜效率、網絡的利用率和魯棒性等方面都做了專門的優(yōu)化和增強，包括大規(guī)模天線增強、載波聚合增強、切換技術增強等，極大地提升了5G的可用性和完善性。
在新特性引入方面，R16的表現更是可圈可點。
以頻譜擴展為例，R16增加了對5G NR免許可頻譜（NR-U）的支持，包括兩種模式：許可輔助接入（LAA），以及不需要任何許可頻譜的獨立部署。這不僅帶來了更大的容量，也實現了更靈活的部署。
對于前面提到的可靠性和時延要求，高通主導的多點協作通信（CoMP），是實現這一目標的關鍵賦能技術之一。在這個技術創(chuàng)新中，通過采用多個發(fā)射和接收點（多TRP），創(chuàng)建有冗余通信路徑的空間分集，實現高可靠性和低時延，構建可用的時間敏感網絡（TSN）。
車聯網（V2X）是5G的一個重要垂直應用領域。在這個領域中，高通等公司主推的直連通信（D2D）是一個重要的技術創(chuàng)新，能夠實現V2X支持車輛編隊、半自動駕駛、外延傳感器、遠程駕駛等更豐富的車聯網應用場景。
車聯網（V2X）R16在組網技術方面則引入了遠端干擾管理、無線中繼以及網絡組織和自優(yōu)化技術，使得網絡實際用戶體驗獲得提升。
具有代表性的例子，是新型干擾測量與抑制技術（比如RIM/CLI），以及集成接入與回傳（IAB）。
集成接入與回傳（IAB）支持毫米波基站進行無線接入和回傳，在部署密集網絡時可有效減少新增光纖部署需求。
特別值得一提的是，為了更好地推動政企垂直行業(yè)的5G落地，R16在專網部署模式上也進行了創(chuàng)新，推出了對非公共網絡（NPN）的支持，為5G專網通信的發(fā)展指明了方向。
R16引入的新特性很多，除了上述技術之外，還包括終端節(jié)能，終端移動性增強、高精度定位等。
2020年7月，R16標準正式凍結。
如果說R15只是實現了一個“可用”的5G，那么，R16的作用，就是讓“可用”的5G變成“好用”的5G。它在成本、效率和功能上進行了深入增強和改進，為5G的全面落地鋪平了道路。
█ R17：能力升級，應用探索
終于到了R17！
如果用一個詞來形容R17的定位，那就是“承前啟后”。
作為全球5G NR標準的第三個主要版本，R17進一步從網絡覆蓋、移動性、功耗和可靠性等方面擴展了5G技術基礎，將5G拓寬至全新用例、部署方式和網絡拓撲結構。
R17演進的關鍵詞，可以分為“增強”和“擴展”。
- 網絡基礎能力增強
R17是在5G規(guī)模商用之后制定的標準。所以，它可以根據5G前期實際部署的經驗，以及發(fā)現的不足，進行“查漏補缺”。
R17為5G系統的容量、覆蓋、時延、能效和移動性等多項基礎能力帶來了更多增強特性，包括Massive MIMO增強、覆蓋增強、終端節(jié)電、頻譜擴展、IAB增強、uRLLC增強等。
我們還是從頻譜開始說起。
R17對5G毫米波進行了頻譜擴展，定義了一個被稱為FR2-2的全新獨特頻率范圍，將毫米波的頻譜上限，推高到了71 GHz。
這意味著，5G毫米波的網絡容量將變得更大，更多的用例和部署方式將得以實現。例如智能制造行業(yè)中支持通信和定位功能的毫米波企業(yè)專網。
得益于5G NR可擴展子載波間隔（SCS）方案和基于時隙的靈活幀結構，這種頻段擴展可將控制和數據信道的子載波間隔直接擴展到480 kHz和960 kHz（以前低頻段毫米波為120 kHz）。
除頻段擴展之外，R17還帶來了其它毫米波增強特性，包括支持帶間上行/下行載波聚合和增強移動性。
IAB（集成接入與回傳）增強，來自于同時發(fā)射/接收（即全雙工）和增強的多跳操作等特性，可以進一步提升部署效率、覆蓋和性能。這對于毫米波部署尤其有用，它能夠更經濟且高效地快速擴展覆蓋范圍。
終端能力增強方面，為了改善用戶體驗，R17提出了一系列的增強特性。
例如支持多達八根天線和額外的空間流，可實現更高吞吐量；先進的MIMO增強功能，可提升容量、吞吐量和電池續(xù)航；面向連接態(tài)和空閑態(tài)模式的節(jié)能新特性，可延長電池續(xù)航；重傳和更高傳輸功率，可改善終端的網絡覆蓋范圍；5G定位技術增強，可改善定位精度和時延；雙卡雙待，可支持單個或兩個運營商的兩個訂購服務并發(fā)；等等。
- 5G網絡和終端應用擴展
R17作為5G第一階段和第二階段的過渡，既要對現有5G進行增強，也要探索更多的5G場景應用可能性。這些可能性，包括RedCap、非地面網絡（NTN）、擴展直連通信、厘米級定位、擴展廣播/多播，以及無界XR（擴展現實）。
5G R17引入的最具代表性的技術，當然是面向中低速物聯網應用的RedCap，也就是NR-Light。
RedCap是簡化版的5G，通過降低協議的復雜度，采用更好的節(jié)能技術，可以滿足可穿戴設備、工業(yè)傳感器和監(jiān)控攝像頭等物聯網需求。
另一個值得關注的R17新特性，是非地面網絡（NTN）。
近年來，人們對衛(wèi)星通信的關注度不斷增加。為了讓5G提供無處不在的連接，3GPP也加強了非陸地區(qū)域網絡覆蓋的研究。在R17中，有兩個并行的NTN工作組來應對移動寬帶和低復雜度物聯網（IoT）用例。
第一個項目采用5G NR框架來進行衛(wèi)星通信，實現從地面到衛(wèi)星的固定無線接入(FWA)回傳，并為智能手機直接提供低速率數據服務和語音服務。第二個項目側重支持低復雜度eMTC和NB-IoT終端衛(wèi)星接入，擴大了關鍵用例的網絡覆蓋范圍，如全球資產追蹤。
最后一個我要提到的R17新方向，是無界XR。
去年爆火的元宇宙，給我們展現了跨越實體世界和虛擬世界的個性化數字體驗。作為元宇宙的底層支撐技術，以VR、AR為代表的XR擴展現實技術得到了更多的重視。
R17中的XR項目，專注于研究和界定各種類型的XR流量（AR、VR、云游戲）。此項研究為已經確定的XR流量類型定義需求和評估方法，并支持性能評估以確定未來的提升范疇。
█ 結語
曾經有人說，5G從R15到R17的發(fā)展過程，就像一個蓋房子的過程：
R15版本是5G技術標準的“毛坯房”，搭建了基礎和框架。R16版本呢，是對5G標準的“精裝修”，使其具備了初步的“居住條件”。新出爐的R17版本，是“精裝”之上的“軟裝”，起到了錦上添花的效果，讓居住體驗變得更好。
事實確實如此。5G的第一階段，是一個動態(tài)拓展的過程，移動通信技術開始賦能行業(yè)互聯網和數智化變革。
我們通過前面所說的這些技術創(chuàng)新，不斷挑戰(zhàn)著香農理論的極限，摸索著通信技術未來發(fā)展的方向。
從目前的階段性成果來看，5G通過這些極具顛覆性的科技創(chuàng)新，為整個社會的數字化轉型奠定了連接力基礎。海量的5G垂直行業(yè)落地案例，極大地增強了人們對5G的信心，對數字經濟的信心。
展望未來，我們即將步入5G-Advanced時代。5G Advanced的首個標準版本——R18，已經全面啟動。它將開啟新一輪無線技術創(chuàng)新，為數字經濟的繁榮發(fā)展保駕護航。
究竟怎樣的精彩在等待著我們？讓我們拭目以待吧！
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