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从R15到R17，一文看懂5G的技术创新

2022-09-19 18:08:36 来源：IT之家阅读量：9432

2022年6月初，通信标准组织3GPP第96届全会在匈牙利布达佩斯如期召开。

在这次会议上，备受瞩目的3GPP R17标准正式宣布被冻结这标志着5G的第一阶段演进已经完成，5G技术的发展将进入全新的第二阶段

回顾过去，大约7年前，2015年9月，ITU正式确定了5G的三大应用场景不久之后，2016年3月，3GPP正式启动5G的标准化工作，旨在开发统一的，更强大的无线空口——5G NR

现在，时光荏苒，我们见证了3GPP R15，R16，R17版本的冻结，以及5G的全面商用和普及。

被寄予厚望的5G，经历了一个从诞生到成熟的发展过程，正在不断改变着我们的工作和生活，颠覆着整个社会的运行模式。

那么问题来了，在5G不断演进的过程中，出现了哪些革命性的技术创新这些技术创新背后潜伏着怎样的逻辑思维从R15到R17，每个阶段的作用是什么

在今天的文章中，小枣君将带领你找到答案。

R15:奠定基础，揭开面纱

首先，我们来看看R15的创新思路。

R15是5G标准制定的开始俗话说，良好的开端是成功的一半为了迈出坚实的第一步，通信行业的专家做了充分的研究和准备

当时R15最重要的使命是制定eMBB场景的标准在这种场景下，需要的是通信网络最重要的指标——速度

根据ITU eMBB的要求，下行峰值速率必须在10Gbps以上，用户体验速率必须在1Gbps以上为了满足这种需求，3GPP采用了两种思路:一是寻找更多可用的频谱资源，二是挖掘每MHz频率资源的潜力

在扩展频谱资源方面，3GPP提出了基于Sub—6GHz频段的移动毫米波技术也就是说，5G的工作频谱扩展到了更高的频段，覆盖了毫米波的频段

移动毫米波带来的速度和容量提升非常明显，为5G高速连接奠定了基础。

在毫米波技术的基础上，3GPP引入了Massive MIMO。

这项技术是5G最标志性的创新之一，可以说是神来之笔通过大幅增加基站的天线数量，对不同用户形成独立的窄波束覆盖，从而将系统吞吐量提高数十倍，改善基站的覆盖效果

大规模MIMO

在挖掘频谱资源潜力方面，技术挑战更大这涉及到大量的底层技术创新，包括多址技术，调制技术，编码技术，物理层结构等，这些都需要重新设计

5G NR设计中最重要的决策之一就是选择无线波形和多址技术。

在当时的方案评估过程中，高通通过大量研究发现，正交频分复用系统，具体包括循环前缀OFDM 和离散傅立叶变换扩频OFDM ，是5G eMBB和更多其他场景的最佳选择。

在4G LTE现有OFDM应用的基础上，高级工程总监纪设计了统一的子载波间隔指数扩展公式，实现了可扩展的OFDM参数配置这项被称为可扩展参数集的技术发明是R15的一大亮点

通过使用可扩展的OFDM参数配置，子载波间隔可以伴随着信道宽度扩展到2的n次方这样，在带宽更大的系统中，FFT点数也会扩大，但处理复杂度不会增加

R15的另一个令人耳目一新的设计是基于时隙的灵活框架灵活框架的关键技术发明是5G NR独立时隙结构在新的自含式时隙结构中，每个5G NR传输都是模块化的，具有独立解码的能力，从而避免了跨时隙的静态定时关系

2018年6月，3GPP R15标准正式冻结现在看来，R15成功打响了5G的第一枪它带来的诸多创新，揭开了5G的神秘面纱，为5G后续的迭代演进打下了坚实的基础

R16:场景拓展，赋能行业

R15主要为eMBB场景制定标准R16在R15的基础上，进一步完善了uRLLC和mMTC场景的标准规范，从而促成了首个5G完整标准和首个5G演进标准

本质上，R16最重要的使命是支持和赋能垂直行业。

R16需要标准化的uRLLC场景主要针对工业互联网，车联网等垂直行业ITU uRLLC场景的目标包括更严格的可靠性要求和毫秒级延迟

R16需要进一步增强5G网络的基础能力，引入更多新的网络功能，以更好地支持toB的关键业务用例，满足智能制造，智能质检，无人驾驶等垂直行业需求。

在网络基础能力增强方面，R16在频谱效率，网络利用率，鲁棒性等方面做了专门的优化和增强，包括大规模天线增强，载波聚合增强，切换技术增强等，大大提高了5G的可用性和完善性

在引入新功能方面，R16的表现更加可圈可点。

以频谱扩展为例，R16增加了对5G NR免授权频谱的支持，包括授权辅助接入和无任何授权频谱的独立部署两种模式这不仅带来了更大的容量，还实现了更灵活的部署

对于上述可靠性和延迟要求，高通领导的多点协作通信是实现这一目标的关键使能技术之一在这项技术创新中，通过采用多个发送和接收点，创建了具有冗余通信路径的空间分集，实现了高可靠性和低延迟，并构建了可用的时间敏感网络

车联网是5G的重要垂直应用领域在该领域，高通等公司推动的直接通信是一项重要的技术创新，可以实现支持车辆编队，半自动驾驶，扩展传感器，远程驾驶等更丰富的车联网应用场景

车联网

R16在组网技术中引入了远程干扰管理，无线中继，网络组织和自优化技术，提高了网络的实际用户体验。

典型的例子是新的干扰测量和抑制技术以及综合接入和返回。

集成和回程支持毫米波基站进行无线接入和回程，在部署密集网络时，可以有效减少对新光纤部署的需求。

特别值得一提的是，为了更好地推动政企垂直行业的5G落地，R16还在专网部署模式上进行了创新，推出了对非公网的支持，为5G专网通信的发展指明了方向。

R16引入了许多新功能，包括终端节能，终端移动性增强，高精度定位等除了以上技术

2020年7月，R16标准正式冻结。

如果R15只是实现了一个可用的5G，那么R16的作用就是把可用的5G变成好用的5G在成本，效率，功能等方面进行了深度的增强和提升，为5G的全面落地铺平了道路

R17:能力提升与应用探索

终于是R17了！

如果用一个词来形容R17的定位，那就是承前启后。

作为全球5G NR标准的第三个主要版本，R17从网络覆盖，移动性，功耗和可靠性等方面进一步扩展了5G技术基础，将5G拓宽到新的用例，部署方式和网络拓扑。

R17进化的关键词可以分为增强和扩展。

基本网络能力增强

R17是5G规模商用后制定的标准因此可以根据5G前期实际部署的经验和发现的不足查漏补缺

R17对5G系统的容量，覆盖，时延，能效，移动性等诸多基础能力带来了更多的增强特性，包括海量MIMO增强，覆盖增强，终端省电，频谱扩展，IAB增强，uRLLC增强等。

先说光谱。

R17扩展了5G毫米波的频谱，定义了一个新的唯一频率范围，称为FR2—2，并将毫米波的频谱上限推至71 GHz。

这意味着5G毫米波的网络容量将变得更大，将实现更多的用例及部署方式比如智能制造行业支持通信和定位功能的毫米波企业专网

由于5G NR可扩展子载波间隔方案和基于时隙的灵活帧结构，这种频带扩展可以直接将控制和数据信道的子载波间隔扩展到480 kHz和960 kHz。

除了频带扩展，R17还带来了其他毫米波增强功能，包括支持带间上行/下行载波聚合和增强的移动性。

Ia增强来自同时发送/接收和增强的多跳操作，可以进一步提高部署效率，覆盖范围和性能这对毫米波部署特别有用，可以更经济高效地快速扩大覆盖范围

在终端能力增强方面，R17为了改善用户体验，提出了一系列增强功能。

例如，支持多达八个天线和额外的空间流可以实现更高的吞吐量，的高级MIMO增强功能可以提高容量，吞吐量和电池寿命，针对连接和空闲模式的新节能功能可以延长电池寿命，重传和更高的发射功率可以提高终端的网络覆盖，5G定位技术增强，可以提高定位精度和时延，双待机，可支持一家或两家运营商的两种签约业务并发，等一下。

5G网络和终端应用扩展

R17作为5G第一阶段和第二阶段的过渡，不仅要对现有5G进行增强，还要探索5G场景的更多应用可能性这些可能性包括RedCap，非地面网络，扩展直接通信，厘米级定位，扩展广播/组播和无界XR

5R17推出的最具代表性的技术当然是RedCap，即NR—Light，用于中低速物联网应用。

RedCap是5G的简化版，通过降低协议复杂度和采用更好的节能技术，可以满足可穿戴设备，工业传感器和监控摄像头等物联网的需求。

另一个值得注意的R17新特性是非陆地网络。

最近几年来，卫星通信越来越受到人们的重视为了让5G提供无处不在的连接，3GPP也加强了非陆地区域网络覆盖的研究在R17中，有两个平行的NTN工作组来处理移动宽带和低复杂性物联网使用案例

第一个项目采用5G NR框架进行卫星通信，实现从地面到卫星的固定无线接入，直接为智能手机提供低速率数据业务和语音业务第二个项目重点支持低复杂度eMTC和NB—IoT终端卫星接入，并扩大关键用例的网络覆盖，如全球资产跟踪

我想提的R17最后一个新方向是无界XR。

去年爆发的超宇宙向我们展示了一种跨越物理世界和虚拟世界的个性化数字体验作为元宇宙的底层支撑技术，以VR，AR为代表的XR增强现实技术受到了更多的关注

R17中的XR项目，主要研究和定义各种类型的XR流本研究定义了已确定的XR交通类型的要求和评估方法，并支持性能评估以确定未来的推广领域

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曾经有人说，5G从R15到R17的发展过程就像一个盖房子的过程: