7月3日，3GPP宣布完成5G標準第二版規(guī)范R16。

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那R16究竟講了些什么?

考慮向垂直行業(yè)擴展是R16的重頭戲，本文將R16主要功能分為“向垂直行業(yè)擴展”和“功能增強”兩大類進行介紹。

 

向垂直行業(yè)擴展

5G+TSN

為了擴大潛在的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)用例，比如工廠自動化、電網(wǎng)配電自動化等，R16支持5G與TSN(Time Sensitive Networking，時間敏感網(wǎng)絡)集成。

什么是TSN?

傳統(tǒng)以太網(wǎng)技術只能實現(xiàn)“盡力而為”的通信，無法滿足工業(yè)制造應用的高可靠、低時延需求，因此，面向工業(yè)自動化需將傳統(tǒng)“盡力而為”的以太網(wǎng)升級為可提供“確定性”服務。

同時，現(xiàn)有的工業(yè)協(xié)議眾多，彼此孤立，各種協(xié)議使用不同的“語言”，一方面給實時通信帶來了難度，另一方面難以實現(xiàn)統(tǒng)一集成，增加了維護和運營成本。

在這樣的背景下，TSN應運而生，它由IEEE定義標準，可基于標準以太網(wǎng)技術提供確定性服務，并提供標準化統(tǒng)一的、經(jīng)濟的解決方案。

5G+TSN，即5G系統(tǒng)與TSN網(wǎng)絡集成，基于5G uRLLC的低時延高可靠能力，滿足TSN架構的四大嚴苛的功能需求：時間同步、低時延傳輸、高可靠性和資源管理。5G與TSN融合后，可通過5G NR無線替代工廠內(nèi)的有線網(wǎng)絡，讓工業(yè)生產(chǎn)更加柔性化。

uRLLC增強

為了支持工業(yè)領域的低時延、高可靠通信需求，在3GPP R15版本中，主要通過更大的子載波間隔(numerology)、Mini-slots、快速HARQ-ACK、Pre-scheduling等技術來降低空口時延，并通過PDCP復制傳輸、增強數(shù)據(jù)與控制信道的傳輸系統(tǒng)參數(shù)等技術來提升傳輸可靠性。

R16版本將通過PDCCH監(jiān)視功能、支持多個HARQ-ACK、無序PUSCH調(diào)度、UE優(yōu)先級和多路復用等多個功能來進一步增強uRLLC。

比如在可靠性增強方面，R15支持兩條支路的PDCP層分集傳輸，即數(shù)據(jù)包在PDCP層復制，再通過在兩條無線鏈路上傳輸相同的數(shù)據(jù)的方式，來抵御無線環(huán)境惡化帶來的影響，保障通信鏈路的可靠性。為了進一步增強可靠性，R16對 PDCP復制機制進行了增強，最高可支持4路復制數(shù)據(jù)傳輸，同時增強了對激活/去激活PDCP復制的控制。

非公共網(wǎng)絡(NPN)

NPN，Non-Public Network，就是基于3GPP 5G系統(tǒng)架構的專用網(wǎng)絡，它將5G擴展到傳統(tǒng)的公共移動網(wǎng)絡之外，對于使能垂直行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型至關重要。

NPN包括兩種部署方式：獨立部署和非獨立部署，即SNPN(獨立的非公共網(wǎng)絡)和PNI-NPN(公共網(wǎng)絡集成NPN)。

在非獨立部署模式下，垂直行業(yè)可基于5G網(wǎng)絡切片技術與運營商共享RAN、共享核心網(wǎng)控制面，或共享整個端到端5G公網(wǎng)(即端到端網(wǎng)絡切片)等來建設5G專網(wǎng)。

在獨立部署模式下，垂直行業(yè)獨立部署從基站到核心網(wǎng)到云平臺的整個5G網(wǎng)絡，可以與運營商的5G公網(wǎng)隔離。這意味著，工廠或園區(qū)內(nèi)的設備信息、控制面信令流量、用戶面數(shù)據(jù)流量等都不會出園區(qū)，可滿足工業(yè)領域嚴苛的數(shù)據(jù)安全、低時延和高可靠需求。當然，對于園區(qū)內(nèi)的語音、上網(wǎng)等非生產(chǎn)型業(yè)務，也可以通過防火墻與運營商公網(wǎng)互連。

那在獨立部署模式下，垂直行業(yè)的頻譜資源從哪里來呢?可以向運營商租用，也可以從監(jiān)管機構申請，比如德國和日本就專門為垂直行業(yè)分配了專網(wǎng)頻段，工業(yè)巨頭們向政府申請并支付相應的費用就可以使用了。

NR-U

運營商的5G公網(wǎng)工作于授權頻譜，它是提供廣覆蓋、高質(zhì)量5G無線服務的基石，但5G公網(wǎng)也需要非授權頻譜來補充容量，就像今天的LTE與Wi-Fi共存互補一樣。

于是5G NR-U來了。

5G NR-U,全稱5G NR in Unlicensed Spectrum，即工作于非授權頻譜的5G NR。它將5G NR工作于5GHz和6GHz的非授權頻段。

5G NR-U包括兩種模式：LAA NR-U(授權頻譜輔助接入NR-U)和Stand-alone NR-U(獨立NR-U)。

LAA NR-U依托于運營商的授權頻譜，將運營商的NR授權頻譜作為錨點來“聚合”非授權頻段，以利用未授權頻譜資源增強運營商網(wǎng)絡容量和性能，尤其適用于一些人群集中的室內(nèi)場所，比如體育館和購物中心等。

Stand-alone NR-U不需要授權頻譜做錨點，可完全獨立地在非授權頻譜上部署單個5G接入點或5G專網(wǎng)。這和今天企業(yè)自建Wi-Fi網(wǎng)絡的模式一樣，只不過使用的是5G NR技術。

5G LAN

5G局域網(wǎng)支持在一組接入終端間構建二層轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡，并通過5G SMF與UPF的交互實現(xiàn)終端組內(nèi)數(shù)據(jù)交換和用戶面路徑選擇。5G LAN提供了組管理服務，使第三方(AF)可以創(chuàng)建、更新和刪除組，以及處理網(wǎng)絡中的5G虛擬網(wǎng)絡(VN)配置數(shù)據(jù)和組成員UE的配置。

5G V2X

眾所周知，蜂窩車聯(lián)網(wǎng)(C-V2X)旨在把車連到網(wǎng)，以及把車與車、車與人、車與道路基礎設施連成網(wǎng)，以實現(xiàn)車與外界的信息交換，包括了V2N(車輛與網(wǎng)絡/云)、V2V(車輛與車輛)、V2I(車輛與道路基礎設施)和V2P(車輛與行人)之間的連接性。

 

V2X消息可以通過Uu接口在基站和UE之間傳輸，也可通過Sidelink接口(也稱為PC5)在UE之間的直接傳輸，即設備與設備之間直接通信。

為了將蜂窩網(wǎng)絡擴展到汽車行業(yè)，3GPP在R14引入了LTE V2X，隨后在R15對LTE V2X進行了功能增強，包括可在Sidelink接口上進行載波聚合、支持64QAM調(diào)制方式，進一步降低時延等。

進入5G時代，3GPP R16版本正式開始對基于5G NR的V2X技術進行研究，以通過5G NR更低的時延、更高的可靠性、更高的容量來提供更高級的V2X服務。

 

R16版本的NR V2X與LTE V2X互補和互通，定義支持25個V2X高級用例，其中主要包括四大領域：

• 車輛組隊行駛，其中領頭的車輛向隊列中的其他車輛共享信息，從而允許車隊保持較小的車距行駛。
• 通過擴展的傳感器的協(xié)作通信，車輛、行人、基礎設施單元和V2X應用服務器之間可交換傳感器數(shù)據(jù)和實時視頻，從而增強UE對周圍環(huán)境的感知。
• 通過交換傳感器數(shù)據(jù)和駕駛意圖來實現(xiàn)自動駕駛或半自動駕駛。
• 支持遠程駕駛，可幫助處于危險環(huán)境中的車輛進行遠程駕駛。

NR定位

5G時代大量的應用需要精準定位，比如工業(yè)AGV、資產(chǎn)追蹤等，尤其是室內(nèi)精準定位，可衛(wèi)星定位在室內(nèi)無法使用，LTE和WiFi定位技術又不精準，為此，5G在R16版本中增加了定位功能，其利用MIMO多波束特性，定義了基于蜂窩小區(qū)的信號往返時間(RTT)、信號到達時間差(TDOA)、到達角測量法(AoA)、離開角測量法(AoD)等室內(nèi)定位技術。

通過這些定位技術，對于對定位精度要求更為嚴格的一些商業(yè)用例，至少需達到以下要求：

• 對于80%的UE，水平定位精度優(yōu)于3米(室內(nèi))和10米(室外)。
• 對于80%的UE，垂直定位精度優(yōu)于3米(室內(nèi)和室外)。

功能增強

2-STEP RACH

RACH，即隨機接入信道，它是5G終端開機時向5G網(wǎng)絡發(fā)出的第一條消息，因此對其進行優(yōu)化設計非常重要。

在R15版本中，基于競爭的隨機接入過程是一個四步過程(如下圖)。四步隨機接入過程需要在UE和基站之間進行兩個往返周期，這不僅增加了等待時間，還導致了額外的控制信令開銷。

 

在R16版本中，采用了兩步隨機接入的機制，其將前導preamble(Msg1)和Scheduled Transmission (Msg3)合并為MsgA，將Random Access Response(Msg2)和Contention Resolution消息(Msg4)合并為MsgB。

IAB

IAB，Integrated Access and Backhaul for NR，即5G NR集成無線接入和回傳，其可通過擴展NR以支持無線回傳來替代光纖回傳。

 

IAB尤其適用于5G毫米波。由于毫米波傳輸距離短，需要部署密集的微站，意味著需要挖溝架線敷設密集的光纖回傳，而IAB通過無線回傳替代光纖，可以大幅降低部署難度和成本。

在IAB技術下，接入鏈路可以與回傳鏈路使用相同的頻段，稱為帶內(nèi)工作;也可采用不同的頻段，稱為帶外工作。

移動性增強

在傳統(tǒng)4G網(wǎng)絡和5G R15版本中，移動終端從源小區(qū)切換到目標小區(qū)時，移動終端會在短時間內(nèi)無法發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。具體的講，移動終端與目標小區(qū)建立連接之前通常會釋放與源小區(qū)的連接，這會導致網(wǎng)絡與移動終端之間存在約幾十毫秒內(nèi)的中斷。

同時，在NR高頻段波束賦形中，由于需進行波束掃描，可能會導致切換中斷時間比LTE更長，且可能導致更多的無線鏈路故障，從而降低可靠性。

這是個大問題，5G智能制造、車聯(lián)網(wǎng)、電網(wǎng)配網(wǎng)自動化等場景要求時延不過幾毫秒，且對可靠性要求苛刻。

為了減少切換中斷時間和提高可靠性，R16采用了Dual Active Protocol Stack (DAPS)技術對NR的移動性進行了增強，其允許移動終端在切換時始終保持與源小區(qū)連接，直到與目標小區(qū)開始進行收發(fā)數(shù)據(jù)為止。也就是說，在切換過程這段極短的時間里，移動終端同時從源小區(qū)和目標小區(qū)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。

雙連接和載波聚合增強

R16增強了雙連接和載波聚合功能，包括通過更早的測量報告減少載波聚合和雙連接的建立和激活時間，最小化小區(qū)建立和激活所需的信令開銷和等待時間，快速恢復MCG鏈路，支持不同numerologies的載波聚合小區(qū)的跨載波調(diào)度等等。

MIMO增強

R16增強了波束管理和CSI反饋，支持多個傳輸點(multi-TRP)到單個UE的傳輸，以及多個UE天線在上行鏈路的全功率傳輸，這些增強功能可提升速率，提升邊緣覆蓋，減少開銷和提升鏈路可靠性。

 

UE節(jié)能

 

由于5G NR更靈活、帶寬更大、速率更高，NR終端設備比LTE更耗電。為了減少終端功耗，R16引入了一些新的節(jié)能功能，比如Wakeup singal，增強跨時隙調(diào)度，自適應MIMO層數(shù)量，UE省電輔助信息等。