3GPP 5G标准首发版:奠定ICT未来20年发展的基础

2017年12月21日,在葡萄牙里斯本举行的3GPP RAN第78次全会上,来自通信全产业链企业的近300位代表,一致通过了5G-NR的首发版标准,亲历和见证了无线蜂窝通信产业发展的历史性时刻。5G-NR标准首发版的确立,标志着5G从研究、定义、标准化走向部署和商用的新阶段,是移动通信产业发展的里程碑。


更为重要的是,中国的通信产业经过了无数的曲折和博弈,终于在5G探索的道路上走向了全球标准的统一。5G-NR标准不仅是ICT商业模式进入下一个20年发展的基石,也勾勒出了通信行业驱动万物感知、万物互联、万物智能并使能垂直行业转型的宏伟蓝图。


3GPP 5G-NR标准节奏

2016年3月,5G-NR标准化工作正式启动;时隔一年,在2017年世界移动通信大会上,全球移动行业领军企业承诺加速5G新空口大规模试验和部署;2017年3月,3GPP通过了非独立 5G 新空口规范制定的加速提案,将规范完成的时间提前了6个月;2017年12月,3GPP已完成非独立组网的首发版;2018年6月,3GPP将完成独立组网的标准协议,支持增强型移动宽带(eMBB)业务及低延时业务;从2018年6月到2019年11月,3GPP将完成包括支持超低延时高可靠性通信(URLLC)及海量机器通信(mMTC)业务的标准规范制定,从而完成5G-NR标准的完整版,迎接2020年全球5G网络规模部署。

 

3GPP 5G-NR的核心技术

根据ITU-R制定的5G愿景,5G-NR新空口规范必须达到基于空口吞吐率、连接数、低延时3个维度量纲上的8个KPI指标,包括峰值速率、用户体验速率、单位面积流量、频谱效率、连接量密度、空口延时以及能效等。因此,5G-NR新空口首发版设计面临的技术挑战包括以下方面:支持低频段的波形参数配置;面向宽带运营和低时延业务的中频段和高频段频谱分配;提供数据传输以高效支持多样用例,包括低延时、高峰值速率和高可靠性;提升频谱效率并达到更高的数据传输速率,为消费者实现性能提升等。


NR断代技术

5G-NR新空口首发版完成了八大断代空口技术的标准规范制定。

新空口

特性是灵活支持可编程的软空口,使能上下行空口解耦,高低频统一空口,独立组网及非独立组网统一空口,授权频谱及非授权频谱统一空口。其中包括可扩展及混合空口波形参量体系Numerology、完全可配置帧结构、子带宽部件及其扩展、自包含子帧结构、基于可配空口波形参量及帧结构的带宽配置等关键技术。


新波形

特性是新波形构造——支持多业务特性、低时延、大连接、高效频谱利用率,以及前向兼容新空口。其中包括基于滤波处理OFDM、基于窗函数OFDM、零保护频带、波形动态灵活配置等关键技术。


新编码

控制信道极化码编码,特性为高性能、高可靠、低延时。其中包括奇偶校验极化码、分布循环校验极化码、极化序列构造及码率匹配等关键技术。

数据信道低密度奇偶校验码编码,特性为极高峰值速率、低复杂度快速译码。其中包括基于2套基图可扩展编码、重传冗余码构造以及码率匹配等关键技术。


超低延时

特性为特殊帧结构及传输机制。其中包括微时隙、免调度传输、突发抢占机制等关键技术。


新传输机制

特性为免调度传输——支持低延时、大连接、快速接入及减少空口信令开销优化终端能效。其中包括资源预分配、混合自动重传HARQ机制、平稳链路自适应调制、终端盲检测以及终端碰撞处理等关键技术。


新接入机制

特性:用户为中心接入,支持用户与站点解耦,物理信道与小区ID解耦,数据信道与控制信道解耦及优化无边界C-RAN。其中包括以下内容:去小区接入机制、控制信道数据信道的小区ID分离、导频序列的小区ID分离,同步信道单频信组网、终端非激活新状态、小区内波束管理以及小区间波束切换等关键技术。


MIMO增强
特性是支持大规模阵列天线空口多数据流。其中包括以下内容:基于波束控制信道、基于3维MIMO反馈方式、TDD信道探测Sounding信号优化、基于波束解调及测量参考信号增强、预编码本设计、终端4收、非预编码本终端以及上行多天线传输等关键技术。


毫米波传输

特性是支持高频频谱及自适应波束付形。其中包括基于波束的随机接入、波束扫描、波束断路检测、波束修复等关键技术。


NR跨代技术

虽然NR与LTE是不后向兼容的空口技术,然而,在eMBB应用场景,NR继承了LTE的许多基础技术,其中4G和5G跨代基础技术包括双工制式、初始接入机制、基本MIMO支持以及调度/HARQ。

 

作为全球5G生态链的一部分,中国5G产业链成为制定5G标准的引领者,从空口技术到网络架构,贡献了大量的原创技术。并且在早期的5G研究、定义5G方面开展了大量的工作和投资,同时,IMT-2020推进组也牵引行业展开大规模的5G-NR空口外场实验和验证。

 

3GPP 5G网络架构的演进

基于服务架构的核心网定义、端到端的5G网络切片技术将催生新的商业模式,助力行业与社会的数字化转型。得益于切片技术、虚拟化以及云计算技术,未来的不同垂直行业服务可以运行在同一套物理基础设施上,生成的相互隔离的5G网络切片中。端到端的网络切片将是实现5G使能全行业数字化愿景的支柱型技术,也是与4G断代的分水岭。


ITU定义了5G三个应用场景,每个场景背后都对应着非常广泛的行业应用。针对每个行业应用建设一张独立的网络显然既不经济也不现实,而最好的方式就是一张物理网络支持多个逻辑切片,每个切片都是一个相对独立的自治子系统。


另一个不容忽视的因素在于,未来的业务和商业模式创新需要大量尝试,但传统的电信网络往往需要论证数年之久才能投资上马。基于端到端网络切片技术,运营商就可以按需生成或撤销逻辑切片,从而实现更快的网络定制、试错,以及实时的调优、改进。


5G网络架构将使能5G应用的十大场景:云VR/AR、车联网、智能制造、智慧能源、无线医疗、无线家庭娱乐、联网无人机、社交网络、个人AI助手、智慧城市。面向如此多的5G创新应用,运营商可以根据战略进行业务选择和孵化,快速构建能力,赢得未来的商业成功。

 

展望2018,全球产业链就是要围绕3GPP 5G-NR标准,夯实产品研发,加速商业部署。


作者:华为5G首席科学家/华为Fellow 童文



童文博士,1984年毕业于东南大学无线电系,1986年于东南大学移动通信国家重点实验室获硕士学位,1993年于加拿大获博士学位。1994年加入北方贝尔研究,在北电从事和领导1G到4G的技术创新和研发,任北电Fellow, 是3G,4G国际标准的主要贡献者之一。2009年加入华为,现任华为Fellow, 5G首席科学家,并任IEEE Fellow及加拿大国家工程院院士。童文亲自出席了所有制定5G标准的3GPP RAN标准全会及工作小组会。

 







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