今天， 5G就像一幅抽象畫，每個人都有不同的理解。本文希望通過簡述5G首版標準R15，為你展現(xiàn)一個最真實的5G。

5G定義了增強型移動寬帶（eMBB）、超可靠低延遲通信（URLLC）、大規(guī)模機器類型通信（mMTC）三大場景。

針對這三大場景，在2018年6月已完成的3GPP R15標準不僅定義了5G NR（新無線）以滿足5G用例和需求，還定義了新的5G核心網(wǎng)（5GC），以及擴展增強了LTE / LTE-Advanced功能。

一張圖看懂系列之5G R15標準…

5G NR

R15 5G NR主要針對eMBB和URLLC兩大場景定義了新規(guī)范。

eMBB

針對eMBB場景，NR主要定義了三大類技術：高頻/超寬帶傳輸、Massive MIMO、靈活的幀結(jié)構(gòu)和物理信道結(jié)構(gòu)。

高頻/超寬帶傳輸

高頻： NR指定了兩大頻段范圍FR1和FR2，F(xiàn)R1（450MHz-6GHz），F(xiàn)R2（24.25GHz-52.6GHz）。

超寬帶：FR1的信道/單載波帶寬高達100MHz，F(xiàn)R2的單載波帶寬高達400MHz。

此外，物理層還支持載波聚合（CA）和雙連接技術，可聚合多達16個載波，以實現(xiàn)更高速傳輸。

LTE頻段不高于3GHz，單載波帶寬僅為20MHz，因此，高頻和超寬帶是5G與4G的主要區(qū)別。

既然NR引入了更高更寬的頻段，由于高頻信號對多徑衰落和相位噪聲更敏感，如果像LTE一樣，所有頻率的OFDM子載波間隔都相同，顯然已無法適應，因此，NR還支持15，30，60和120kHz多個OFDM子載波間隔來進行數(shù)據(jù)傳輸。

Massive MIMO

Massive MIMO標準化工作定義了諸如參考信號設計、波束管理等技術，以期在基站上支持多達256個天線單元，在終端側(cè)支持多達32個天線單元，以在高頻段中實現(xiàn)大規(guī)模MIMO傳輸。

為了實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，下行最高支持單用戶8層和多用戶12層MIMO傳輸，上行最高支持單用戶4層MIMO傳輸。

對于高頻段，波束賦形是一項關鍵技術，它可以增強覆蓋范圍。在4G時代，由于使用頻段較低，可采用數(shù)字波束賦形技術實現(xiàn)，其波束賦形在數(shù)字域中生成，但這種方式無法應對5G高頻段Massive MIMO， 5G NR采用了數(shù)字和模擬混合實現(xiàn)波束賦形。

靈活的幀結(jié)構(gòu)/物理信道結(jié)構(gòu)

如前所述，NR支持多個子載波間隔，在頻域上子載波間隔可更寬，在時域上OFDM符號可更短，比如，LTE的子載波間隔為15KHz，現(xiàn)在5G NR的子載波間隔可達120KHz，相對LTE，OFDM符號長度縮短了八分之一，從而可實現(xiàn)更低時延傳輸。

5G NR還可靈活改變控制和數(shù)據(jù)信道的分配單元中的OFDM符號數(shù)量，并可根據(jù)上下行業(yè)務比率靈活改變幀結(jié)構(gòu)中的上下行時隙比。

URLLC

URLLC旨在支持或協(xié)助完成一些近實時和高可靠性需求的關鍵任務型業(yè)務，比如自動駕駛、工業(yè)機器人和遠程醫(yī)療等。

如前所述，通過使用更寬的子載波間隔并減少OFDM符號數(shù)量可實現(xiàn)更低時延的通信，另一方面，為了實現(xiàn)高可靠性，R15還為URLLC定義了新的CQI（信道質(zhì)量指示符）和MCS（調(diào)制和編碼方案）。

增強LTE / LTE-Advanced

4G LTE / LTE-Advanced針對eMBB、mMTC和URLLC三大場景都進行了功能擴展和增強，其中，其中5G mMTC場景主要基于LTE / LTE-Advanced技術擴展，以適應大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)通信。

eMBB

針對eMBB場景，LTE / LTE-Advanced功能增強主要包括：

1024QAM支持

為了進一步提高峰值數(shù)據(jù)速率，R15定義了1024QAM，以及減少了DM-RS（解調(diào)參考信號）開銷。

增強型CoMP（協(xié)同多點傳輸）

增強型CoMP支持非相干聯(lián)合傳輸，兩個基站可在不知道彼此的信道狀態(tài)信息（CSI）的情況下發(fā)送不同的數(shù)據(jù)序列。

8天線技術

終端配置8個接收天線，可擴展小區(qū)下行覆蓋范圍，同時，配合8層MIMO可大幅提升下行速率。

各種干擾抑制技術

R15還定義了多項增強型LTE / LTE-Advanced功能以降低小區(qū)間的干擾。其中，有一項功能旨在小區(qū)低負荷狀態(tài)下減少CRS（小區(qū)參考信號）傳輸，以降低干擾、節(jié)省基站功耗。此外，還定義了一些基站和終端的干擾抑制技術。

增強載波聚合（CA）功能

早期的載波聚合，由于需測量候選載波質(zhì)量以及啟動RF信道，存在終端處理延遲，為了解決這些問題，R15定義了一種機制，在終端處于空閑態(tài)下提前測量候選載波的無線信號質(zhì)量，并在SCell之前提前初始化RF信道。

上行數(shù)據(jù)壓縮

在TDD模式下，上下行比率通常強調(diào)下行鏈路，因此可用于上行傳輸?shù)臒o線資源是有限的，為了提升上行鏈路頻譜利用率，R15定義了上行數(shù)據(jù)壓縮機制，主要對IP層及以上的分組報頭進行壓縮。

視頻QoE測量功能/內(nèi)容緩存

隨著移動視頻興起，在移動通信環(huán)境中提升視頻體驗（QoE）成為運營商重點關注的問題。為了測量現(xiàn)實網(wǎng)絡的QoE，R15定義了一種可以直接從終端收集QoE測量值的機制，稱為最小化路測（MDT）。

同時，R15還研究了將視頻內(nèi)容緩存至靠近基站的服務器的機制，以減少下載視頻時的時延。通過該機制，終端直接從基站或附近的內(nèi)容服務器下載數(shù)據(jù)，而不必再經(jīng)過回傳至核心網(wǎng)，從而減少時延。

mMTC

針對mMTC場景，LTE / LTE-Advanced功能增強主要包括：

無人機終端檢測/干擾抑制

無人機正廣泛應用于各行各業(yè)，但存在飛行范圍有限、難于監(jiān)管等問題，未來接入移動通信網(wǎng)絡的聯(lián)網(wǎng)無人機是必然趨勢。為了應對未來需求，3GPP已研究通過LTE / LTE-Advanced網(wǎng)絡為無人機終端提供廣域通信支持。

由于無人機聯(lián)網(wǎng)后，會引入從無人機到基站的上行鏈路干擾問題，R15為無人機終端定義了開環(huán)功率控制參數(shù)。此外，還研究了通過移動通信網(wǎng)絡來檢測無人機是否獲得飛行許可證。

增強型LTE-M和NB-IoT

R15進一步增強了蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術LTE-M和NB-IoT的功能，主要是增加了TDD支持和低功耗能力。

（a）空閑模式省電技術（喚醒信號）

為降低空閑模式下的功耗，R15定義了新的喚醒信號。通常處于空閑模式下的物聯(lián)網(wǎng)終端會周期性地解碼下行控制信道以獲得尋呼信息，由于在信道解碼之前終端并不知道是否有尋呼消息，這個過程必須定期執(zhí)行，這會增加功耗，因此，R15定義了一種檢測喚醒信號的簡單過程，讓物聯(lián)網(wǎng)終端可直接確定是否有尋呼消息，不必再周期性解碼，從而進一步降低功耗。

（b）減少小數(shù)據(jù)包時延

很多物聯(lián)網(wǎng)應用傳送的是極小的數(shù)據(jù)包，比如智能抄表，針對這些應用，R15定義了在隨機接入過程中直接添加小數(shù)據(jù)包傳送，從而減少通信時延。

（c）TDD支持

在R13和R14版本中，LTE-M和NB-IoT只支持FDD模式，R15增加了支持TDD模式。

增強型V2X（車聯(lián)網(wǎng)）

R15對R14發(fā)布的V2X通信功能進行了擴展。為了提高V2X通信的數(shù)據(jù)速率和帶寬，CA被引入到模式4，讓終端能從資源池中自主選擇傳輸資源。同時，還增加了對64QAM調(diào)制方式的支持，并新增了新的終端性能規(guī)范以滿足低延遲要求。

URLLC for LTE

4G網(wǎng)絡也要能支持VR、自動駕駛等低時延業(yè)務，為此，R15定義了在LTE / LTE-Advanced上實現(xiàn)低延遲高可靠通信的功能。

主要包括：

提升下行控制信道和上下行數(shù)據(jù)信道傳輸質(zhì)量

在傳統(tǒng)LTE / LTE-Advanced的下行控制信道中，PCFICH（物理控制格式指示信道）用來指明PDCCH在子幀內(nèi)所占用的符號個數(shù)，需檢測PCFICH信道識別PDCCH OFDM符號數(shù)量，然而，在這種情況下，整個下行鏈路控制信道的質(zhì)量受到PCFICH錯誤檢測的約束，為此，R15指定了一種改善下行控制信道質(zhì)量的辦法，通過更高層信令直接通知PDCCH OFDM符號數(shù)量，從而避免受PCFICH檢測錯誤的影響。

降低LTE時延

為了降低時延，新的short TTI被定義。傳統(tǒng)LTE的1ms TTI包含2個時隙，14個OFDM符號，每個時隙由7個OFDM符號組成，基于Short TTI，可實現(xiàn)2~3個OFDM符號調(diào)度，從而可將空口單向時延從10ms降低到1ms。

同時，還降低了從接收到數(shù)據(jù)到發(fā)送HARQ反饋之間的處理時延，以及從接收到下行控制信道到上行數(shù)據(jù)發(fā)送之間的處理時延，從之前的最小值4毫秒降至3毫秒。

5GC

眾所周知，從無線或終端側(cè)的角度看，5G組網(wǎng)包含了獨立組網(wǎng)（SA）和非獨立組網(wǎng)（NSA）。

簡單解釋：

NSA，就是終端通過多種無線接入技術（比如LTE和NR）連接到移動通信網(wǎng)絡，若終端通過LTE和NR連接到移動通信網(wǎng)絡，這就叫“雙連接”；SA，就是終端只通過一種無線接入技術連接到移動通信網(wǎng)絡。

從核心網(wǎng)側(cè)的角度，針對獨立組網(wǎng)和非獨立組網(wǎng)，5GC（5G核心網(wǎng)）也將提供兩種解決方案：EPC擴展方案和5GC方案。

EPC擴展方案

EPC擴展方案支持EPC雙連接，其主要特征是，利舊4G基站（eNB）與EPC之間的S1接口和終端與EPC之間的非接入層接口（NAS），以盡量減少對4G核心網(wǎng)設備的改造，使能快速地引入5G NR。

一方面，5G早期語音業(yè)務和蜂窩物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務需要依靠已實現(xiàn)連續(xù)覆蓋的4G LTE網(wǎng)絡來承載；另一方面，由于5G NR頻段更高，早期僅限于局部部署基站，難以快速形成連續(xù)覆蓋，因此，一些運營商為了盡早引入5G來提升網(wǎng)絡容量，會采用EPC雙連接的部署方式，通過現(xiàn)有4G核心網(wǎng)的EPC設備來繼續(xù)提供4G數(shù)據(jù)、VoLTE和蜂窩物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務，并引入5G NR來滿足高清視頻一類的大流量業(yè)務需求。

不過，既然引入了5G NR，考慮以后的5G套餐、漫游等問題，4G EPC當然不能保持原狀不動，它還需要引入一些新功能以靈活地提供5G NR服務。

這些新功能指5G NR服務識別（控制）功能，主要包括：

?5G區(qū)域通知功能

當終端連接網(wǎng)絡時，比如attach，核心網(wǎng)會確認該用戶是否辦理5G套餐，如果已辦理，再基于基站小區(qū)配置信息，確定該終端是否在5G NR覆蓋區(qū)域，是否能為終端提供5G NR連接。

?5G NR連接決策功能

如上所述，若終端用戶辦理了5G套餐，覆蓋基站也支持5G NR，接下來就是為5G終端建立5G NR連接了。

?5G網(wǎng)關（GW）選擇功能

核心網(wǎng)將提供轉(zhuǎn)為5G容量而優(yōu)化的GW設備，并優(yōu)先考慮將支持5G NR的終端連接到該GW設備。

?5G數(shù)據(jù)報告功能

在LTE與NR雙連接模式下，基站會根據(jù)無線環(huán)境等因素向4G基站和5G基站靈活分配數(shù)據(jù)流量，還需計數(shù)5G基站到底傳送了多少數(shù)據(jù)流量，并報告給核心網(wǎng)。

5GC方案

5GC，即5G核心網(wǎng)，有了5G核心網(wǎng)，就不再沿用4G核心網(wǎng)了。值得一提的是，5G核心網(wǎng)變化很大，可以說是一種顛覆性設計。

5G核心網(wǎng)基于服務化、軟件化架構(gòu)，并通過網(wǎng)絡切片、控制/用戶面分離等技術，使能網(wǎng)絡定制化、開放化和服務化，以面向萬物互聯(lián)和各行各業(yè)。

SBA（Service Based Architecture），即基于服務的架構(gòu)，它基于云原生（Cloud Native）構(gòu)架設計。云原生主要由微服務、DevOps和以容器為代表的敏捷基礎架構(gòu)等幾部分組成，目標是實現(xiàn)交付的彈性、可重復性和可靠性。

5G核心網(wǎng)基于服務的接口和API，使能運營商面向各個行業(yè)敏捷創(chuàng)建“網(wǎng)絡切片”，使得未來運營商的角色從“管道”轉(zhuǎn)變?yōu)椤捌脚_提供商”。

5GC不僅支持連接5G基站，還支持連接4G基站，不過，連接5GC的4G基站不再叫eNB，而是叫ng-eNB，它與5G基站共同使用新的N2接口。

此外，還將提供語音回落技術，當終端進行VoLTE語音呼叫時，終端將連接到4G EPC。

全文完。

R15是5G的第一階段標準，面向5G第二階段，3GPP 已于2018年10月啟動制定R16標準，在NR方面，R16將推進毫米波的多波束/ MIMO技術，擴展URLLC和IoT的應用領域；在5GC方面，R16將進一步研究5GC功能演進，以面向未來5G多樣化業(yè)務應用。

總之， 5G首版標準R15既兼顧了4G平滑演進，也考慮了5G未來新需求；既增強了4G功能，也新增了5G能力，充分展現(xiàn)出以穩(wěn)健、務實的步伐邁向5G時代。

這也許與有些人想象中的科幻版5G并不相符，但這就是最真實、最權威的5G。沒有必要把5G捧上天，5G作為下一代移動通信技術，它是未來ICT基礎設施，要改變世界，還需要與多技術融合、多方生態(tài)合作來協(xié)力完成。也更不應唱衰5G，與以往任何一個G一樣，它終將一步一步走向成熟與普及。