《電子技術(shù)應(yīng)用》
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何為3GPP 5G第16版標(biāo)準(zhǔn)?

2021-05-02
來源:貿(mào)澤電子
關(guān)鍵詞: 3GPP 5GNR 毫米波網(wǎng)絡(luò)

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圖源:Andrey Suslov/Shutterstock.com

  5G正在美國(guó)各地全面部署,而且有些人已經(jīng)擁有了可以連接到AT&T網(wǎng)絡(luò),、T-Mobile或Verizon的5G手機(jī),。T-Mobile是第一家在美國(guó)全國(guó)部署5G網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)商,但僅限sub-6GHz頻段,,速度不如毫米波最終將能達(dá)到的最佳水平,。AT&T的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍最大,但主要也是由sub-6GHz頻段組成,。許多此類網(wǎng)絡(luò)目前都僅支持sub-6GHz頻段,,速度并不比4G快。Verizon擁有分布最廣的毫米波網(wǎng)絡(luò),,但仍無法以最佳性能水平運(yùn)行,。

  回首4G、3G以及更早的技術(shù),,它們的部署速度也很慢,,所以我們對(duì)5G也需要一些耐心。

  下面,,就讓我們來看看最新的3GPP 5G第16版標(biāo)準(zhǔn)中反映了哪些5G技術(shù)新動(dòng)向,。

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  何為3GPP 5G標(biāo)準(zhǔn)?

  3GPP的標(biāo)準(zhǔn)使用了一種并行版本系統(tǒng),,該系統(tǒng)為開發(fā)人員提供了一個(gè)穩(wěn)定的平臺(tái),,以便將各種功能實(shí)現(xiàn)到特定的程度,并且便于添加后續(xù)版本中的新功能,。本質(zhì)上,,5G新技術(shù)正日趨完善。當(dāng)諸如車聯(lián)網(wǎng)(V2X)或多用戶-多輸入多輸出(MU-MIMO)等技術(shù)在其成熟發(fā)展過程中到達(dá)另一個(gè)增長(zhǎng)點(diǎn)時(shí),,3GPP建議正在采用某個(gè)版本的開發(fā)人員繼續(xù)進(jìn)行目前的穩(wěn)定實(shí)施,,并將其納入他們的系統(tǒng)中。

  以行業(yè)擴(kuò)張為中心的第16版標(biāo)準(zhǔn)稱為5G的第二階段,。接下來,,就5G技術(shù)現(xiàn)在所處的位置而言,讓我們看看這一切對(duì)實(shí)現(xiàn)全面運(yùn)行的5G系統(tǒng)所具有的意義(圖1),。

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  圖1:5G第16,、17和18版標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間線(圖源:3GPP)3GPP 5G第16版標(biāo)準(zhǔn)將使各種企業(yè)和行業(yè)組織(從制造商到醫(yī)療保健行業(yè))能夠?qū)崿F(xiàn)各種功能,讓他們能夠以新的自動(dòng)化,、效率和服務(wù)水平向前發(fā)展,。

  5G第16版標(biāo)準(zhǔn)的六個(gè)重要方面

  01、5G NR增強(qiáng)功能

  借助MU-MIMO,,基站可以通過相同的時(shí)頻資源發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)流,,每個(gè)用戶設(shè)備(UE)對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)流,。MU-MIMO能使蜂窩小區(qū)總吞吐量/總?cè)萘吭黾印,;緦⒕哂卸鄠€(gè)天線端口,,與將同時(shí)接收數(shù)據(jù)的用戶設(shè)備一樣多。每臺(tái)用戶設(shè)備都需要一個(gè)天線端口,。

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  圖2:MU-MIMO通過相同的時(shí)頻資源發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)流,,每個(gè)用戶設(shè)備對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)流(圖源:高通)

  本質(zhì)上,MU-MIMO將部署更多天線,,以從接收分集和MIMO中獲得較大的增益,。

  多傳輸接收點(diǎn)(多TRP)

  這些傳輸接收點(diǎn)是指宏蜂窩小區(qū)、小蜂窩小區(qū),、微微蜂窩小區(qū),、毫微微蜂窩小區(qū)、遠(yuǎn)程無線電頭端(RRH),、中繼節(jié)點(diǎn)等等,。多TRP將通過結(jié)合上述各種靈活的傳輸接收點(diǎn)來提高可靠性、覆蓋范圍和容量性能,。例如,,當(dāng)小區(qū)邊緣的無線設(shè)備可以由多TRP服務(wù)以改善其信號(hào)傳輸/接收,從而提高吞吐量時(shí),,將使5G移動(dòng)數(shù)據(jù)流量呈指數(shù)增長(zhǎng),。

  更高的鏈接可靠性

  第16版標(biāo)準(zhǔn)支持增強(qiáng)型5G超可靠低延遲通信(eURLLC)基礎(chǔ),以提供更好的鏈路可靠性(高達(dá)99.9999%)(圖3),。

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  圖3:5G第16版標(biāo)準(zhǔn)支持增強(qiáng)型超可靠低延遲通信(eURLLC),,它建立在第15版標(biāo)準(zhǔn)中URLLC的基礎(chǔ)之上(圖源:高通)

  02、接入回傳一體化(IAB)

  IAB網(wǎng)絡(luò)是一種經(jīng)濟(jì)高效的部署方案,,可在無需花費(fèi)大量成本按比例部署越來越多有線傳輸?shù)那闆r下增加網(wǎng)絡(luò)密度,。通過第16版標(biāo)準(zhǔn),可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的密集部署,,提升覆蓋范圍和容量,同時(shí)降低回傳成本(圖4),。

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  圖4:第16版標(biāo)準(zhǔn)還涉及IAB的標(biāo)準(zhǔn),,

  將5G無線電的一部分用于回傳(來源:高通)

  有了IAB,并非每個(gè)小蜂窩小區(qū)都必須使用光纖,;傳統(tǒng)的光纖回傳非常昂貴,。同樣,在許多情況下,,不一定總是可以在每個(gè)蜂窩小區(qū)基站使用光纖?,F(xiàn)在,,在第16版標(biāo)準(zhǔn)中,回傳可以使用無線電連接,。與傳統(tǒng)接入相比,,毫米波回傳將具有更大的覆蓋范圍。毫米波的接入和回傳具有共享公共資源的靈活性,。

  03,、非授權(quán)頻段中的5G

  第16版標(biāo)準(zhǔn)首次在5G蜂窩服務(wù)中包含非授權(quán)頻段。

  這樣將在全球范圍內(nèi)釋放更多頻段,,開辟新的市場(chǎng)和垂直領(lǐng)域,,并實(shí)現(xiàn)新的部署方案(圖5)。

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  圖5:第16版標(biāo)準(zhǔn)首次在非授權(quán)頻段中引入NR,。

  NR-U是指非授權(quán)的新無線電,。(圖源:Qualcomm)

  目前正在進(jìn)行的一項(xiàng)工作是指定單一全局框架的NR增強(qiáng),這將使人們能夠訪問將支持在5GHz和6GHz中進(jìn)行NR操作的非授權(quán)頻段,。NR-U應(yīng)與已經(jīng)部署的IEEE 802.11/Wi-Fi系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)合理共存,。

  04、時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)中的5G

  5G網(wǎng)絡(luò)上的TSN需要工業(yè)自動(dòng)化和其他物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,。TSN可以集成到對(duì)時(shí)間同步要求極高的應(yīng)用中,。TSN的主要領(lǐng)域包括諸如移動(dòng)機(jī)器人的排隊(duì)協(xié)作、智能工廠車間的貨物協(xié)作運(yùn)輸以及其他工業(yè)移動(dòng)用例之類的應(yīng)用,。在實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用例時(shí),,不能使用有線技術(shù),必須用無線連接代替有線技術(shù),,而這些無線連接必須滿足工業(yè)環(huán)境的高要求(圖6),。

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  圖6:5G第16版技術(shù)帶來對(duì)TSN的支持。TSN網(wǎng)絡(luò)由中央網(wǎng)絡(luò)控制器(CNC)控制,。

  TSN和CNC是在IEEE 802.1AS指定的一組標(biāo)準(zhǔn)中定義的(圖源:高通)

  5G TSN適配器還使5G無線系統(tǒng)能夠充當(dāng)具有以太網(wǎng)連接的TSN橋,。將在微秒級(jí)上與通用精確時(shí)間協(xié)議(gPTP)進(jìn)行精確的時(shí)間同步。

  05,、5GNR蜂窩車聯(lián)網(wǎng)側(cè)鏈路

  第16版標(biāo)準(zhǔn)中,,NR蜂窩車聯(lián)網(wǎng)(C-V2X)的設(shè)備間直接通信模式(或側(cè)鏈路)規(guī)范將支持一些高級(jí)用例,可以在不使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)的情況下增強(qiáng)自動(dòng)駕駛能力,。側(cè)鏈路是必不可少的,,因?yàn)槟承┸嚶?lián)網(wǎng)服務(wù)只在近距離場(chǎng)景下有意義,并且即使在網(wǎng)絡(luò)覆蓋不穩(wěn)定的情況下也需要保持正常運(yùn)行,。當(dāng)今的5G時(shí)代,,汽車和運(yùn)輸行業(yè)朝著智能運(yùn)輸系統(tǒng)(ITS)邁進(jìn),為我們帶來了諸多好處,,包括提高安全性,、減少交通擁堵,、優(yōu)化燃料消耗以及對(duì)環(huán)境產(chǎn)生積極影響等。車聯(lián)網(wǎng)通信是新興ITS應(yīng)用的關(guān)鍵推動(dòng)力,,將允許車輛與其他車輛,、行人、道路基礎(chǔ)設(shè)施和互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信(圖7),。

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  圖7:對(duì)于公共安全和數(shù)據(jù)卸載等用例而言,,

  側(cè)鏈路是必不可少的。(來源:高通)

  第16版標(biāo)準(zhǔn)中,,NR蜂窩接口和NR側(cè)鏈路接口旨在實(shí)現(xiàn)跟車行駛,、高級(jí)輔助駕駛(防撞和協(xié)作變道等功能)、擴(kuò)展的傳感器以及遠(yuǎn)程駕駛用例,。使用車聯(lián)網(wǎng)通信,,可以收集與總體交通狀況相關(guān)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),并在用戶之間進(jìn)行交換,。這將能夠?qū)崿F(xiàn)更安全,、更協(xié)調(diào)、更智能地使用交通網(wǎng)絡(luò),。

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  表1:3GPP標(biāo)準(zhǔn)中考慮的V2X用例的要求和潛在技術(shù)

  06,、5G NR中將5G用于物聯(lián)網(wǎng)/NB-IoT

  第16版標(biāo)準(zhǔn)提供了在5G核心網(wǎng)絡(luò)上部署和管理低功率移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)協(xié)議(例如窄頻帶-物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT))的能力。NB-IoT是基于標(biāo)準(zhǔn)的低功耗廣域(LPWA)技術(shù),,支持各種新型物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和服務(wù),。這項(xiàng)技術(shù)極大地改善了用戶設(shè)備的功耗、系統(tǒng)容量和頻譜效率,,尤其是在深度覆蓋的情況下,。在多種用途中,可實(shí)現(xiàn)超過10年的電池壽命(圖8),。

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  圖8:私有網(wǎng)絡(luò)或非公共網(wǎng)絡(luò)將從工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)案例中受益(圖源:高通)

  結(jié)論

  5G帶來了室內(nèi)室外全覆蓋,、高速數(shù)據(jù)傳輸速率、無縫切換以及公共網(wǎng)絡(luò)回退等好處,。5G還提供了工業(yè)級(jí)的可靠性,、延遲和同步(eURLLC和TSN)。此外,,5G還帶來了與全球標(biāo)準(zhǔn)的廣闊生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行互操作的優(yōu)勢(shì),,通過5G路線圖,有望滿足未來的各種需求,。


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