一文看懂 | 5G R17標準背后的18種新技術(shù)

6月9日晚，在匈牙利布達佩斯召開的3GPP TSG第96次會議上，5G R17標準宣布凍結(jié)。這標志著，5G技術(shù)和標準已經(jīng)進入成熟和穩(wěn)定期，被稱為“5.5G”的R18標準制定工作開始啟動。

什么是5G R17標準？

R17的全稱是5G Release 17，要說清楚R17標準，還得從5G的演進過程講起。根據(jù)3GPP的規(guī)劃，5G技術(shù)演進被分為兩個階段，R15/R16/R17這三個版本稱為5G演進的第一階段，之后的R18/R19/R20這三個版本稱為5G演進的第二輪創(chuàng)新，也就是5G Advanced。

在5G演進的第一階段中，R15是5G的基礎標準，于2018年（NSA）和2019年（SA）凍結(jié)，重點滿足增強移動寬帶（eMBB）和基礎的低時延、高可靠（URLLC）應用需求。

R16是5G的完整標準，于2020年凍結(jié)，主要聚焦于eMBB的增強，低時延、高可靠能力的完善，關(guān)注垂直行業(yè)應用及整體系統(tǒng)的提升，如面向智能汽車交通領域的5G V2X、面向IIoT領域的時間敏感聯(lián)網(wǎng)等5G NR能力，以及定位、MIMO增強、功耗改進等系統(tǒng)性的提升與增強。

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圖 | 5G標準演進情況
圖源：3GPP

而R17是5G的增強標準，于2022年凍結(jié)，面向5G XR、新型物聯(lián)網(wǎng)等新業(yè)務需求，重點引入了許多全新的特性和技術(shù)，比如Redcap終端、上行覆蓋增強、動態(tài)頻譜共享、多播廣播業(yè)務、多卡技術(shù)、衛(wèi)星5G網(wǎng)絡、衛(wèi)星 NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)、下行1024QAM、定位增強、MIMO技術(shù)進一步增強（FeMIMO）、節(jié)能增強、URLLC增強、CA/DC增強、輔鏈路通信增強、無線切片增強等。

R17標準背后的18種新技術(shù)和即將帶來的影響？

中國是全球首個以5G獨立組網(wǎng)的方式建設5G網(wǎng)絡的國家，根據(jù)工信部發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，截至2022年4月底，我國5G基站總數(shù)已經(jīng)達到161.5萬個，全球市占率60%以上，5G網(wǎng)絡用戶數(shù)量更是達到了4.1億，全球市占率70%以上。而這些成果都是建立在R15和R16標準之上的，現(xiàn)在R17標準凍結(jié)，定會帶來新一輪的引導和變化。

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圖 | 中國5G網(wǎng)絡建設和用戶數(shù)全球市占比情況
圖源：工信部

關(guān)于R17標準凍結(jié)帶來的影響，中國信科集團副總經(jīng)理、專家委主任陳山枝從5G發(fā)展的角度出發(fā)，表示：“R17的發(fā)布在技術(shù)上形成了對5G前半程的完整支撐，產(chǎn)業(yè)發(fā)展進入峰值區(qū)間，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈也由技術(shù)突破走向規(guī)模產(chǎn)業(yè)化階段?！?/p>

而紫光展銳的專家們則從技術(shù)的角度分析了前面提到的新特性或新技術(shù)背后的驅(qū)動力和即將帶來的一些影響，并將其分為三類（新終端、新業(yè)務、新應用場景；通用能力持續(xù)增強；面向垂直行業(yè)應用的能力持續(xù)增強），具體情況整理如下：

【新終端、新業(yè)務、新應用場景】

• ?Redcap終端

Redcap是英文Reduced Capability的縮寫，中文直譯“降低能力”，即輕量級的5G終端，主要針對的是帶寬、功耗、成本等需求都介于eMBB和LPWA之間的應用，比如工業(yè)傳感器、安防攝像頭、智能電網(wǎng)相關(guān)設備、高端可穿戴設備、高端物流跟蹤設備等。為了縮減NR終端的成本，Redcap支持FR1 20MHz、FR2 100MHz的帶寬，接收天線數(shù)目減少低至1或2根，調(diào)制階數(shù)也由原來的FR1 256QAM必選降為FR1 64QAM。R16/R17終端節(jié)能技術(shù)進一步降低終端功耗，為了克服低天線數(shù)目帶來的覆蓋問題，Redcap終端也支持R17覆蓋增強技術(shù)。通過引進separated initial BWP, 可有效實現(xiàn)Redcap終端和non-Redcap終端的友好共存。

• 多播廣播業(yè)務(MBS)

多播廣播業(yè)務主要針對公共安全、IoT應用、軟件投遞、TV Video、IPTV、直播帶貨等場景，比如，當遇到突發(fā)事件，可以讓特定位置的大量用戶同時接收到預警或通知。R17通過架構(gòu)的建立、支持不同級別的服務、靈活的網(wǎng)絡部署和操作、組播/廣播空口技術(shù)等方式，支持組播/廣播和現(xiàn)有單播系統(tǒng)靈活地復用共存。

• 非地面通信 (NR NTN)

非地面通信是為解決偏遠山區(qū)、海上、交通運輸?shù)葓鼍暗耐ㄐ艈栴}，將衛(wèi)星網(wǎng)絡等非地面網(wǎng)絡與5G融合，實現(xiàn)立體式的網(wǎng)絡覆蓋。針對衛(wèi)星波束地面高速移動、衛(wèi)星高度帶來的傳播時延、衛(wèi)星跟地面站連接切換等問題，R17定義了相關(guān)技術(shù)標準，主要包括上下行時頻偏補償調(diào)整、傳輸時序關(guān)系增強、HARQ增強、基于位置的移動性管理增強等。

• ?IoT非地面通信(IoT NTN)

IoT非地面通信主要針對海運、荒野交通、能源采集、農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護等無法部署基站，或者建網(wǎng)和維護都很不方便的場景，R17首次將NB-IoT/eMTC技術(shù)應用到衛(wèi)星通信，實現(xiàn)天地物聯(lián)通信，是對現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)的一個很好的補充，為真正的全球覆蓋物聯(lián)網(wǎng)提供了支撐。IoT NTN還包括上下行時頻偏補償調(diào)整、傳輸時序關(guān)系增強、基于位置的移動性管理增強等。

• 多SIM卡優(yōu)化

面向雙卡單通的終端設備，NR首次從標準層面進行規(guī)范以提升終端性能，重點解決雙卡同時發(fā)生尋呼造成的尋呼沖突，以及一卡尋呼和另一卡數(shù)據(jù)傳輸的沖突等問題。

【通用能力持續(xù)增強】

• MIMO進一步增強(NR_feMIMO)

MIMO進一步增強主要專注于為部分關(guān)鍵技術(shù)領域帶來增強特性，包括增強的多TRP（發(fā)射和接收點）部署和增強的多波束操作；提升SRS（探測參考信號）靈活性、容量和覆蓋；結(jié)合FDD系統(tǒng)DL/UL信道空域時延域互易性特征，設計高性能低復雜度的高分辨率Type-II碼本；同時引進增強的SFN技術(shù)以優(yōu)化提升高鐵場景的性能。

• 定位

R17中的定位主要是針對一般商用場景，R17定位精度目標從室內(nèi)3米、室外10米提升到了亞米級，定位的時延要求小于100ms。在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)場景，R17定位精度誤差要求小于20cm，定位的時延要求小于10ms。

R17通過優(yōu)化差分定位降低終端和基站收發(fā)時延的影響，支持多路徑信號測量上報，輔助信息發(fā)送等提高到達角和離開角的測量精度，從而提高定位精度。R17通過定義按需發(fā)送的定位導頻信號，降低定位測量的請求回應時間、終端測量時間及測量Gap激活時間等降低時延。通過支持RRC非激活狀態(tài)終端的定位測量、信令和流程等降低功耗，并支持GNSS定位的完好性判決增強，以及A-GNSS定位增強，實現(xiàn)更優(yōu)的GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）輔助定位性能。

• 上行覆蓋增強

相較基站，終端發(fā)送天線數(shù)目較少，發(fā)送功率較低，并且5G比4G采用了更高的頻段，因而帶來了更大的鏈路損耗。R17為上行傳輸各個物理信道引入了覆蓋增強特性，包括增加Msg3 PUSCH/動態(tài)調(diào)度的PUSCH/PUCCH的重復傳輸次數(shù)以提升可靠性，多時隙傳輸一個TB，以及多時隙的聯(lián)合信道估計等。

• 天線切換增強

在5G R16階段，上行天線切換只支持從兩個載波都是單發(fā)切換到一個載波雙發(fā)的情況，即1T+1T到2T+0T的切換， R17在此基礎上做了進一步增強，實現(xiàn)兩載波間可以從載波1的兩發(fā)切換為載波2的兩發(fā)，即2T+0T到0T+2T的切換，從而實現(xiàn)了在兩個發(fā)送通道情況下兩載波任意切換的能力，滿足大上行傳輸需求。

• 小包傳輸

面向微信、健康檢測數(shù)據(jù)上傳、應用推送等小包數(shù)據(jù)業(yè)務，R17支持在非活躍態(tài)進行上行小包數(shù)據(jù)傳輸，以降低功耗，減少信令開銷，提升網(wǎng)絡效率且減少時延。采用CG-SDT（基于預配置資源的小包傳輸）和RA-SDT（基于隨機接入的小包數(shù)據(jù)傳輸）兩種傳輸方式。

• 終端節(jié)能

在R16基礎之上，R17持續(xù)增強了終端節(jié)能技術(shù)，包括：對于連接態(tài)終端支持PDCCH skipping和搜索空間組切換技術(shù)，進一步優(yōu)化降低終端監(jiān)聽PDCCH的時機，并支持RLM/BFD測量放松，從而獲得終端節(jié)能；對于空閑態(tài)終端，支持尋呼早指示PEI、臨時TRS輔助同步等技術(shù)，以優(yōu)化降低終端檢測尋呼信息的功耗。

• 動態(tài)頻譜共享增強(NR DSS)

動態(tài)頻譜共享指的是LTE和NR可以動態(tài)的共享頻譜，R17在R16基礎上，進一步探索NR副載波調(diào)度NR主載波的跨載波調(diào)度方式，以緩解和LTE共享頻段的NR主載波的控制信道擁塞。

• 載波聚合(CA) /雙連接(DC)增強

終端可以基于網(wǎng)絡配置的條件，自主執(zhí)行主輔小區(qū)切換和添加來提高切換成功率。網(wǎng)絡則依據(jù)終端的需求，通過動態(tài)地激活或去激活輔小區(qū)組或輔小區(qū)，降低不必要的功率消耗。

• 下行1024QAM調(diào)制

通過支持更高階調(diào)制1024QAM，進一步提升下行速率和效率。

【面向垂直行業(yè)應用的能力持續(xù)增強】

• URLLC/IIoT

為了進一步提升支持垂直行業(yè)應用的能力，R17持續(xù)在時延可靠性層面進行增強，如增強HARQ-ACK反饋、支持高精度子帶CQI反饋、終端內(nèi)復用和優(yōu)先級排序，并在非授權(quán)頻段支持增強的網(wǎng)絡物理控制應用和視聽服務產(chǎn)業(yè)（Audio-Visual Service Production），拓展URLLC特性應用到非授權(quán)頻譜。

• 時間敏感網(wǎng)絡（TSN）

在很多應用場景中，諸如IIoT，對時間敏感網(wǎng)絡的需求是很強的，所以R17在空口層面，通過支持空口傳播時延補償方案，包括基于往返時間(RTT)的定時補償和基于定時提前（TA）的定時補償，實現(xiàn)空口高精度授時，可獲得大約250ns的單向空口同步誤差；并支持QoS相關(guān)的新參數(shù)，比如生存事件和突發(fā)擴頻，以增強網(wǎng)絡。

• 輔鏈路通信增強

在R16的基礎上，R17從節(jié)能和高可靠低時延兩個層面進一步增強，包括支持終端間協(xié)同、部分感知、隨機資源選擇、DRX等技術(shù)，以更好地全面支持車聯(lián)網(wǎng)、公共安全以及商業(yè)用例。另外，在R16引入的直連鏈路技術(shù)的基礎上，R17通過支持在基站和終端之間部署中繼，分別實現(xiàn)對基站和終端之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，從而實現(xiàn)覆蓋擴展和信號衰減補償。

• 無線切片增強

無線切片無疑是5G網(wǎng)絡的一大特色，因此R17增強了對網(wǎng)絡切片的RAN側(cè)支持，進一步從RAN側(cè)賦予切片優(yōu)先級、區(qū)分性等特性，使網(wǎng)絡切片更好地支持應用提供商的業(yè)務。為增強終端快速接入目標切片的能力，網(wǎng)絡通過SIB或者RRC專用信令，可提供小區(qū)重選相關(guān)的切片信息。通過對隨機接入資源進行分割，對于敏感的切片，提供可保證的RACH資源，提高終端對切片信息的感知能力。為解決切換過程中切片服務連續(xù)性問題，支持NG RAN節(jié)點的資源管理增強，如切片資源重分割、利用其它不用的共享資源、多載波資源共享，支持網(wǎng)絡切片接納控制功能（NSACF）增強等，降低切片業(yè)務中斷對服務連續(xù)性的影響。

寫在最后

我們知道，R17是在R15、R16的基礎上建立起來的，所以一定是對前者的繼承，加上基于需求的創(chuàng)新，這些標準在不同的時期扮演著同樣重要的角色。而產(chǎn)業(yè)界要做的事則是循著這些標準，努力將產(chǎn)品落地，可想而知，接下來會有一大波5G新產(chǎn)品要面世。

當然，R17不是5G標準的終點，5G標準還在持續(xù)發(fā)展演進，目前3GPP已完成了5G R18的標準立項，這將是 5G-Advanced的首個標準版本。

關(guān)于5G-Advanced，陳山枝表示：“R18的重點技術(shù)方向有兩大類，一類是延續(xù)增強型技術(shù)，如定位、大規(guī)模天線技術(shù)、網(wǎng)絡自組織/自優(yōu)化、衛(wèi)星+5G網(wǎng)絡、廣播多播、終端節(jié)能、覆蓋/上行增強、終端直通中繼增強、XR等；另一類是引入新技術(shù)，如移動性增強、全雙工、人工智能、網(wǎng)絡節(jié)能、載波聚合增強?！?/p>

而紫光展銳方面透露：“智能電網(wǎng)應用場景將作為Rel-18 RedCap（Reduced Capability）的目標擴展場景之一，已經(jīng)寫入了Rel-18 RedCap 立項草案，此項舉動將為5G+智能電網(wǎng)的應用落地夯實標準基礎。”

此外，雖然5G-Advanced的相關(guān)工作才啟動不久，但我國已經(jīng)啟動了6G技術(shù)的研發(fā)工作，并成立了國家6G技術(shù)研發(fā)推進工作組和總體專家組，以此開啟在移動通信領域的一場新賽跑，讓世界見證更多的中國力量。