5G開啟萬物互聯(lián)新時代,，新業(yè)務(wù)新需求對5G系統(tǒng)提出新挑戰(zhàn),。業(yè)界一般認(rèn)為移動通信10年一代，2G提供語音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，3G時代在提供語音的同時,，開始提供基礎(chǔ)的移動多媒體業(yè)務(wù),， 4G時代移動通信提供移動寬帶業(yè)務(wù),，到了5G時代,，移動通信將在大幅提升以人為中心的移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)使用體驗的同時，全面支持以物為中心的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù),，實現(xiàn)人與人,、人與物和物與物的智能互聯(lián)。5G滿足增強移動寬帶,、海量機器類通信和超高可靠低時延通信三大類應(yīng)用場景,，在5G系統(tǒng)設(shè)計時需要充分考慮不同場景和業(yè)務(wù)的差異化需求。5G將滿足20Gbps的光纖般接入速率,，ms級時延的業(yè)務(wù)體驗,，千億設(shè)備的連接能力，超高流量密度和連接數(shù)密度,，及百倍網(wǎng)絡(luò)能效提升等極致指標(biāo)，一個系統(tǒng)如何同時滿足多樣業(yè)務(wù)需求,，5G系統(tǒng)設(shè)計面臨新的挑戰(zhàn),。

5G標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃

3GPP于2018年6月發(fā)布第一個獨立組網(wǎng)5G標(biāo)準(zhǔn),。3GPP制定R15和R16標(biāo)準(zhǔn)滿足ITU IMT－2020全部需求,，其中R15為5G基礎(chǔ)版本，重點支持增強移動寬帶業(yè)務(wù)和基礎(chǔ)的低時延高可靠業(yè)務(wù),，R16為5G增強版本,，將支持更多物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)?？紤]到5G將與LTE較長時間共存,，并且運營商擁有的頻譜不同、部署節(jié)奏不同,、5G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)定位不同,，3GPP標(biāo)準(zhǔn)分階段支持多種5G組網(wǎng)架構(gòu)。具體地,，R15包含3個子階段,，這些子版本將為運營商提供更多組網(wǎng)選擇，其中2018年6月份發(fā)布獨立組網(wǎng)的5G標(biāo)準(zhǔn)此外,，3GPP將于2019年底發(fā)布R16標(biāo)準(zhǔn),，R16標(biāo)準(zhǔn)在R15的基礎(chǔ)上,，進(jìn)一步增強網(wǎng)絡(luò)支持移動寬帶的能力和效率，同時擴展支持更多物聯(lián)網(wǎng)場景,。

5G新空口技術(shù)

5G新空口（NR）支持大帶寬,、低時延、靈活配置,，滿足多樣業(yè)務(wù)需求,，同時易于擴展支持新業(yè)務(wù),。在帶寬方面,，針對6GHz以下的頻譜，5G新空口支持最大100MHz的基礎(chǔ)帶寬,；針對20GHz－50GHz頻譜,，5G新空口支持最大400MHz的基礎(chǔ)帶寬,；此外,，5G新空口采用部分帶寬設(shè)計，支持多種終端帶寬,，適應(yīng)多種業(yè)務(wù)需求。 在低時延方面,，5G新空口支持較寬子載波間隔,，支持符號級的調(diào)度資源粒度，支持自包含時隙和快速重傳機制,?；谶@些技術(shù)方案，5G支持4ms的空中接口時延,，并在特定場景和配置下,，支持0．5ms的空中接口時延。5G新空口靈活設(shè)計體現(xiàn)在基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)計,、幀結(jié)構(gòu),、參考信號設(shè)計、控制信道設(shè)計等等方面,。

NR支持靈活參數(shù)集,，以滿足多樣帶寬需求。NR以15kHz子載波間隔為基礎(chǔ),，可根據(jù)15＊2u靈活擴展,，其中u＝0，1,，2,，3，4，也就是說NR支持15,、30,、60、120,、240khz等5種子載波間隔,，其中子載波15、30,、60kHz適用于低于6GHz的頻譜,，子載波60、120,、240kHz適用于高于6GHz的頻譜,。新空口定義子幀長度固定為1ms，每個時隙固定包含14個符號,，因而對于不同子載波間隔,，每個時隙長度不同，分別為1,、0．5,、0．25、0．125和0．0625ms,。

NR支持靈活幀結(jié)構(gòu),，定義大量時隙格式，滿足各種時延需求,。LTE定義了7種幀結(jié)構(gòu)、11種特殊子幀格式,，其中幀結(jié)構(gòu)以5ms和10ms 為周期,；NR更多是定義時隙格式，共定義了56種時隙格式,，并支持基于符號靈活定義幀結(jié)構(gòu),。LTE幀結(jié)構(gòu)以準(zhǔn)靜態(tài)配置為主，高層配置了某種幀結(jié)構(gòu)后,，網(wǎng)絡(luò)在一段時間內(nèi)采用該幀結(jié)構(gòu),。在特定場景下，也可以支持物理層的快速幀結(jié)構(gòu)調(diào)整,；NR從一開始設(shè)計就支持準(zhǔn)靜態(tài)配置和快速配置,，支持更多周期配置，如0．5,， 0．625,， 1,， 1．25， 2,， 2．5,， 5， 10ms,，此外,，時隙中的符號可以配置為上行、下行或靈活符號,，其中靈活符號可以通過物理層信令配置為下行或上行符號,，以靈活支持突發(fā)業(yè)務(wù)。

NR支持更大數(shù)據(jù)包的有效傳輸和接收,，同時提升控制信道性能,。增強移動寬帶業(yè)務(wù)的大數(shù)據(jù)包對編碼方案的編譯碼的復(fù)雜度和處理時延提出了挑戰(zhàn)，LPDC在處理大數(shù)據(jù)包和高碼率方面有性能優(yōu)勢,，成為NR的數(shù)據(jù)信道編碼方案,，并且為了避免大數(shù)據(jù)包的重傳，一個傳輸塊編碼后拆分為多個碼塊組,，基于碼塊組重傳,。對于控制信道,，魯棒性是最重要的技術(shù)指標(biāo),，極化碼Polar在短數(shù)據(jù)包方面有更好的表現(xiàn)，成為NR控制信道編碼方案之一,。

NR支持基于波束的系統(tǒng)設(shè)計,，提供更靈活的網(wǎng)絡(luò)部署手段。LTE中同步,、接入采用廣播傳輸模式,，數(shù)據(jù)信道支持波束賦形傳輸模式。為了實現(xiàn)同步,、接入和數(shù)據(jù)傳輸3個階段的匹配,，NR中同步、接入,、控制信道,、數(shù)據(jù)信道均基于波束傳輸，并支持基于波束的測量和移動性管理,，以同步為例,，NR支持多個同步信號塊，SSB可以指向不同的區(qū)域,，比如樓宇的高層,、中層和地面,，為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提供更多可調(diào)手段。

NR支持?jǐn)?shù)字和混合波束賦形,。低頻NR主要采用傳統(tǒng)的數(shù)字波束賦形,，針對高頻NR，既需要補償路損,，又需要考慮合理的天線成本,，因而NR引入模擬＋數(shù)字的混合波束賦形。NR下行支持最大32端口的天線配置,，上行支持最大4端口的天線配置,；在具體MIMO傳輸能力方面，下行單用戶最大支持8流,，最大支持12個正交多用戶,，上行單用戶最大支持4流。另,，與LTE定義了多種傳輸模式不同,，NR目前只定義了一種傳輸模式，即基于專用導(dǎo)頻的預(yù)編碼傳輸模式,。此外,，相比于LTE，5G新空口定義更多導(dǎo)頻格式（如Front－loaded和支持高速移動的額外DMRS）,，以支持更多天線陣列模式和部署場景,。

同時，3GPP注重新空口與LTE共存的場景,，除了支持雙連接外,，還支持新空口共享LTE上行資源，以提升新空口的上行覆蓋,。

5G核心網(wǎng)設(shè)計

以控制與轉(zhuǎn)發(fā)功能分離為基礎(chǔ),，突出網(wǎng)絡(luò)的多業(yè)務(wù)差異化服務(wù)能力。架構(gòu)方面,，5G核心網(wǎng)采用全新的基于服務(wù)的系統(tǒng)架構(gòu),、新型架構(gòu)將原先的網(wǎng)絡(luò)功能分解為一組服務(wù)，每個服務(wù)都可以獨立發(fā)現(xiàn)和調(diào)用,，重構(gòu)業(yè)務(wù)流程,，結(jié)合基于NFV的網(wǎng)絡(luò)切片快速部署，新業(yè)務(wù)可以在幾周內(nèi)完成開發(fā),，并實現(xiàn)分鐘級的上線運行,。控制平面功能方面,，5G核心網(wǎng)根據(jù)終端類型和位置區(qū)域,，提供不同的切片選擇,、移動性和會話管理策略，為不同業(yè)務(wù)提供差異化的接入服務(wù),。轉(zhuǎn)發(fā)平面功能方面,，5G核心網(wǎng)支持分布式的轉(zhuǎn)發(fā)路徑設(shè)置和邊緣計算，優(yōu)化不同業(yè)務(wù)的吞吐量和轉(zhuǎn)發(fā)時延,。5G安全采用可擴展認(rèn)證協(xié)議（EAP）框架實現(xiàn)統(tǒng)一認(rèn)證,，支持用戶在接入網(wǎng)間無縫切換，同時,，通過增強的安全機制進(jìn)行用戶隱私保護（如身份標(biāo)識等）,，并支持按需的用戶數(shù)據(jù)保護方法。

5G技術(shù)發(fā)展

5G技術(shù)將持續(xù)增強,。3GPP已啟動5G第二版本（R16）標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)研工作,，在增強基礎(chǔ)的移動寬帶業(yè)務(wù)能力和基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能力的同時，重點提升對垂直行業(yè)應(yīng)用的支持,，特別是對低時延高可靠類業(yè)務(wù)的支持,。在移動寬帶業(yè)務(wù)能力方面，R16重點研究多天線增強,、載波聚合與大帶寬增強,、遠(yuǎn)端干擾刪除、非正交多址和免許可5G技術(shù),。在基礎(chǔ)能力提升方面,，重點研究終端節(jié)能、定位增強,、移動性增強,、基于RAN的大數(shù)據(jù)收集與應(yīng)用、服務(wù)化架構(gòu)增強,、智能化運營、切片增強等內(nèi)容,。在垂直行業(yè)應(yīng)用方面,，研究5G車聯(lián)網(wǎng)（NR V2X）、低時延高可靠（URLLC）增強,、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)增強（NR IIoT）,、NB－IoT／mMTC增強等內(nèi)容。

文 ｜ 杜瀅 朱浩