5G 标准化进程|带你读《5G空口特性与关键技术》之二-阿里云开发者社区

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5G 标准化进程|带你读《5G空口特性与关键技术》之二

简介: 从 2016 年起,3GPP 启动了 R14 研究项,目标是在 2020 年实现 5G 的商业化部署。为此,3GPP 采取了按阶段定义规范的方式。第一阶段目标是R15,旨在完成规范 5G 的有限功能。第二阶段是 R16,旨在完成规范 IMT-2020 所定义的所有功能,将于 2019 年年底到 2020 年完成。

第 1 章 移动通信及 5G 标准化进程概述

1.1 从 1G 到 5G——移动通信系统演进

1.2 5G 标准化进程

国际上,3GPP 是制定 5G 技术标准的主要组织,3GPP 标准的制定以企业为主,通过区域性研究平台合作进行,各国研究机构、运营商、设备制造商、标准组织都积极参与技术研究、开发实践和标准制定。参加者既包括了如华为、中兴、爱立信、诺基亚、高通、英特尔、三星、Interdigital 等系统设备和芯片制造商,也包括了中国移动、中国电信、中国联通、美国 AT&T、日本 Docomo、德国电信、法国电信、沃达丰等全球主要的运营商。
除了 3GPP 以外,全球的无线频谱资源则通过国际电信联盟—无线电通信部门(ITU-R)来统一规范管理。另外,国际组织如 IEEE、区域性的 5G 合作
项目和组织如欧洲的 Metis 项目、我国的 IMT-2020(5G 推进组)、韩国的 5GForum 以及日本的 ARIB2020 等都对 5G 的概念和标准的形成发展起了很大的推进作用。
从 2016 年起,3GPP 启动了 R14 研究项,目标是在 2020 年实现 5G 的商业化部署。为此,3GPP 采取了按阶段定义规范的方式。第一阶段目标是R15,旨在完成规范 5G 的有限功能。第二阶段是 R16,旨在完成规范 IMT-2020 所定义的所有功能,将于 2019 年年底到 2020 年完成。3GPP 的 5G 标准化详细路线可以参考图 1-9。
基于 R15 和 R16 的实际商业部署大体上会比标准完成延迟一年左右的时间。
3GPP 已经于 2017 年 12 月完成了 R15 标准的非独立组网(NSA,Non-StandAlone)部分的规范,于 2018 年 6 月完成了独立组网(SA,Standa Alone)部分的规范。R15 形成了 5G 标准的第一个正式版本。
自 2017 年 12 月 RAN#78 会议上发布第一版 R15 标准之后,每次 RAN 全会都会结合 RAN 分会和全会的会议讨论结果,对原有标准中的一些文字或者消息格式等进行一些更新和修改,并形成新的版本。截至 2018 年年底,R15规范陆续更新并形成了 2018/3、2018/6、2018/9 和 2018/12 版本。本书写作过程中,以 2018/6 的 R15 规范为准,读者可重点参阅相应版本的规范,如 3GPP TS38.213 V15.2.0(2018-06)等,并结合最新的规范进行学习。需要说明的是,实际上本书也参阅了最新的 2018/12 的部分规范,但总体上还是以 2018/6 版本为主。
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1.3 5G 频谱分配

1.3.1 5G 不同业务的频谱需求

无线频谱本身是一种非常重要的资源,5G 通信的总体需求和丰富的业务场景产生了多样化的频谱需求。比如需要增加大量新的频率资源、需要支持更多不同的带宽配置以及需要支持更大的带宽。5G 频谱的波段也将涵盖很大的频率范围,甚至延伸到了毫米波(mmWave)的波段。
5G 三大应用场景各有其相适应的不同频段。其中,增强移动宽带业务(eMBB)的要求是大容量、高速率,因此需要更多的频谱资源以及支持更宽的频带。6GHz 以下的低频段资源对增强覆盖至关重要,是 eMBB 场景的主要频段资源所在。6GHz 以上的高频段可提供连续的大带宽频谱,在热点地区可以用来大幅提升系统的容量。因此我们预想,高低频协作将是满足 eMBB 场景需求的基本手段。
海量机器类通信(mMTC)场景下的业务通常是低速率的小分组数据包的方式传输,传输速率上要求不高,但覆盖必须得到充分的保障(如某些智慧城市的传感器有可能会部署在非常隐蔽的地方)。因此需要优先配置低频率资源(尤其是 1GHz 以下)的频段,以确保深度覆盖。
超高可靠低时延通信(URLLC)场景的业务对于时延和可靠性有极高的要求,可能的频段也主要以中低频段为主。

1.3.2 频谱分配现状

在国际上,ITU-R 在 WRC-15 研究周期中,对满足未来 2020 年以前的频谱需求和候选频谱进行了广泛深入的研究。WRC-15 以后,各国和地区都纷纷开始了 5G 频谱的部署和规划工作。中国、美国、日本、韩国和欧盟都出台了相应的频率规划计划。目前,可用于 5G 初期部署的频段的总体情况如下。
(1)低频段:小于 3GHz,特点是具备良好的无线传播特性,可用于 5G 网络的广覆盖。
(2)高频段:大于 6GHz,带宽充裕,但受限于较小覆盖范围,较多可用于 5G 网络某些特定场景如室内外热点、无线家庭宽带和无线自回传等。
(3)中频段:3~6GHz,兼顾带宽和覆盖的优点,是 5G 最主要的频段,也是全球最可能首先商用的频段。其中的核心频段包括了 3.3~3.6GHz、4.4~4.5GHz、4.8~4.99GHz 等频段资源。
图 1-10 所示为世界主要国家和地区(机构)对 2020 年前 5G 试验和商用的频谱规划。除图中所示的频谱之外,我国目前将 2.6GHz 频段的 160MHz 频谱给中国移动用作 5G 试验和商用,美国也有意将 600MHz 和 2.5GHz 部分频段分别给 TMobile 和 Sprint 用于 5G 试验和商用。
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在 IMT 2020(5G 推进组)的框架下,我国早就开始组织开展了 5G 频谱需求预测、候选频段兼容性分析等一系列研究工作,并最终确立了 5G 频谱将由高频段+中低频段联合构成的策略。其中,中低频段(6GHz 以下)重点解决5G 无处不在的用户体验;高频段(6GHz 以上)主要用于满足 5G 增强移动宽带等业务需求。
2019 年,国内 5G 试验阶段频谱分配示意如图 1-11 所示。中国移动获得2.6GHz 频段的 160MHz 频谱以及 4.9GHz 频段的 100MHz 频谱;而中国联通和中国电信则分别获得 3.5GHz 频段的100MHz 频谱,作为 5G 试验和未来可能的商业部署之用。其中,中国移动 2.6GHz 频谱,虽然比较有利于盖,并且可以利用 2.6GHz 现有的 LTE 站点。但是,中国移动也会面临如何带动 2.6GHz的 5G 生态链的发展以及和 4G LTE 联合组网等难题。
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2.1 5G 波形设计

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