图源:Andrey Suslov/Shutterstock.com

 

5G正在美国各地全面部署,而且有些人已经拥有了可以连接到AT&T网络、T-Mobile或Verizon的5G手机。T-Mobile是第一家在美国全国部署5G网络的运营商,但仅限sub-6GHz频段,速度不如毫米波最终将能达到的最佳水平。AT&T的网络覆盖范围最大,但主要也是由sub-6GHz频段组成。许多此类网络目前都仅支持sub-6GHz频段,速度并不比4G快。Verizon拥有分布最广的毫米波网络,但仍无法以最佳性能水平运行。

 

回首4G、3G以及更早的技术,它们的部署速度也很慢,所以我们对5G也需要一些耐心。

 

下面,就让我们来看看最新的3GPP 5G第16版标准中反映了哪些5G技术新动向。

 

 

何为3GPP 5G标准?

3GPP的标准使用了一种并行版本系统,该系统为开发人员提供了一个稳定的平台,以便将各种功能实现到特定的程度,并且便于添加后续版本中的新功能。本质上,5G新技术正日趋完善。当诸如车联网(V2X)或多用户-多输入多输出(MU-MIMO)等技术在其成熟发展过程中到达另一个增长点时,3GPP建议正在采用某个版本的开发人员继续进行目前的稳定实施,并将其纳入他们的系统中。

 

以行业扩张为中心的第16版标准称为5G的第二阶段。接下来,就5G技术现在所处的位置而言,让我们看看这一切对实现全面运行的5G系统所具有的意义(图1)。

 


图1:5G第16、17和18版标准的时间线(图源:3GPP)3GPP 5G第16版标准将使各种企业和行业组织(从制造商到医疗保健行业)能够实现各种功能,让他们能够以新的自动化、效率和服务水平向前发展。

 

5G第16版标准的六个重要方面

01、5G NR增强功能

借助MU-MIMO,基站可以通过相同的时频资源发送多个数据流,每个用户设备(UE)对应一个数据流。MU-MIMO能使蜂窝小区总吞吐量/总容量增加。基站将具有多个天线端口,与将同时接收数据的用户设备一样多。每台用户设备都需要一个天线端口。

 

图2:MU-MIMO通过相同的时频资源发送多个数据流,每个用户设备对应一个数据流(图源:高通)

 

本质上,MU-MIMO将部署更多天线,以从接收分集和MIMO中获得较大的增益。

 

 

多传输接收点(多TRP)

这些传输接收点是指宏蜂窝小区、小蜂窝小区、微微蜂窝小区、毫微微蜂窝小区、远程无线电头端(RRH)、中继节点等等。多TRP将通过结合上述各种灵活的传输接收点来提高可靠性、覆盖范围和容量性能。例如,当小区边缘的无线设备可以由多TRP服务以改善其信号传输/接收,从而提高吞吐量时,将使5G移动数据流量呈指数增长。

 

更高的链接可靠性

第16版标准支持增强型5G超可靠低延迟通信(eURLLC)基础,以提供更好的链路可靠性(高达99.9999%)(图3)。

 

图3:5G第16版标准支持增强型超可靠低延迟通信(eURLLC),它建立在第15版标准中URLLC的基础之上(图源:高通)

 

02、接入回传一体化(IAB)

IAB网络是一种经济高效的部署方案,可在无需花费大量成本按比例部署越来越多有线传输的情况下增加网络密度。通过第16版标准,可实现经济高效的密集部署,提升覆盖范围和容量,同时降低回传成本(图4)。

 

图4:第16版标准还涉及IAB的标准,

将5G无线电的一部分用于回传(来源:高通)

 

有了IAB,并非每个小蜂窝小区都必须使用光纤;传统的光纤回传非常昂贵。同样,在许多情况下,不一定总是可以在每个蜂窝小区基站使用光纤。现在,在第16版标准中,回传可以使用无线电连接。与传统接入相比,毫米波回传将具有更大的覆盖范围。毫米波的接入和回传具有共享公共资源的灵活性。

 

03、非授权频段中的5G

第16版标准首次在5G蜂窝服务中包含非授权频段。

 

这样将在全球范围内释放更多频段,开辟新的市场和垂直领域,并实现新的部署方案(图5)。

 

图5:第16版标准首次在非授权频段中引入NR。

NR-U是指非授权的新无线电。(图源:Qualcomm)

 

目前正在进行的一项工作是指定单一全局框架的NR增强,这将使人们能够访问将支持在5GHz和6GHz中进行NR操作的非授权频段。NR-U应与已经部署的IEEE 802.11/Wi-Fi系统实现合理共存。

 

04、时间敏感网络(TSN)中的5G

5G网络上的TSN需要工业自动化和其他物联网应用。TSN可以集成到对时间同步要求极高的应用中。TSN的主要领域包括诸如移动机器人的排队协作、智能工厂车间的货物协作运输以及其他工业移动用例之类的应用。在实现移动用例时,不能使用有线技术,必须用无线连接代替有线技术,而这些无线连接必须满足工业环境的高要求(图6)。

 

图6:5G第16版技术带来对TSN的支持。TSN网络由中央网络控制器(CNC)控制。

TSN和CNC是在IEEE 802.1AS指定的一组标准中定义的(图源:高通)

 

5G TSN适配器还使5G无线系统能够充当具有以太网连接的TSN桥。将在微秒级上与通用精确时间协议(gPTP)进行精确的时间同步。

 

05、5GNR蜂窝车联网侧链路

第16版标准中,NR蜂窝车联网(C-V2X)的设备间直接通信模式(或侧链路)规范将支持一些高级用例,可以在不使用蜂窝网络的情况下增强自动驾驶能力。侧链路是必不可少的,因为某些车联网服务只在近距离场景下有意义,并且即使在网络覆盖不稳定的情况下也需要保持正常运行。当今的5G时代,汽车和运输行业朝着智能运输系统(ITS)迈进,为我们带来了诸多好处,包括提高安全性、减少交通拥堵、优化燃料消耗以及对环境产生积极影响等。车联网通信是新兴ITS应用的关键推动力,将允许车辆与其他车辆、行人、道路基础设施和互联网进行通信(图7)。

 

图7:对于公共安全和数据卸载等用例而言,

侧链路是必不可少的。(来源:高通)

 

第16版标准中,NR蜂窝接口和NR侧链路接口旨在实现跟车行驶、高级辅助驾驶(防撞和协作变道等功能)、扩展的传感器以及远程驾驶用例。使用车联网通信,可以收集与总体交通状况相关的实时数据,并在用户之间进行交换。这将能够实现更安全、更协调、更智能地使用交通网络。

 

表1:3GPP标准中考虑的V2X用例的要求和潜在技术

 

06、5G NR中将5G用于物联网/NB-IoT

第16版标准提供了在5G核心网络上部署和管理低功率移动物联网(IoT)协议(例如窄频带-物联网(NB-IoT))的能力。NB-IoT是基于标准的低功耗广域(LPWA)技术,支持各种新型物联网设备和服务。这项技术极大地改善了用户设备的功耗、系统容量和频谱效率,尤其是在深度覆盖的情况下。在多种用途中,可实现超过10年的电池寿命(图8)。

 

图8:私有网络或非公共网络将从工业物联网案例中受益(图源:高通)

 

结论

5G带来了室内室外全覆盖、高速数据传输速率、无缝切换以及公共网络回退等好处。5G还提供了工业级的可靠性、延迟和同步(eURLLC和TSN)。此外,5G还带来了与全球标准的广阔生态系统进行互操作的优势,通过5G路线图,有望满足未来的各种需求。