圖源：Andrey Suslov/Shutterstock.com

　　5G正在美國各地全面部署，而且有些人已經擁有了可以連接到AT&T網絡、T-Mobile或Verizon的5G手機。T-Mobile是第一家在美國全國部署5G網絡的運營商，但僅限sub-6GHz頻段，速度不如毫米波最終將能達到的最佳水平。AT&T的網絡覆蓋范圍最大，但主要也是由sub-6GHz頻段組成。許多此類網絡目前都僅支持sub-6GHz頻段，速度并不比4G快。Verizon擁有分布最廣的毫米波網絡，但仍無法以最佳性能水平運行。

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

　　下面，就讓我們來看看最新的3GPP 5G第16版標準中反映了哪些5G技術新動向。

　　何為3GPP 5G標準？

　　3GPP的標準使用了一種并行版本系統，該系統為開發人員提供了一個穩定的平臺，以便將各種功能實現到特定的程度，并且便于添加后續版本中的新功能。本質上，5G新技術正日趨完善。當諸如車聯網（V2X）或多用戶-多輸入多輸出（MU-MIMO）等技術在其成熟發展過程中到達另一個增長點時，3GPP建議正在采用某個版本的開發人員繼續進行目前的穩定實施，并將其納入他們的系統中。

　　以行業擴張為中心的第16版標準稱為5G的第二階段。接下來，就5G技術現在所處的位置而言，讓我們看看這一切對實現全面運行的5G系統所具有的意義（圖1）。

　　圖1：5G第16、17和18版標準的時間線（圖源：3GPP）3GPP 5G第16版標準將使各種企業和行業組織（從制造商到醫療保健行業）能夠實現各種功能，讓他們能夠以新的自動化、效率和服務水平向前發展。

　　5G第16版標準的六個重要方面

　　01、5G NR增強功能

　　借助MU-MIMO，基站可以通過相同的時頻資源發送多個數據流，每個用戶設備（UE）對應一個數據流。MU-MIMO能使蜂窩小區總吞吐量/總容量增加。基站將具有多個天線端口，與將同時接收數據的用戶設備一樣多。每臺用戶設備都需要一個天線端口。

　　圖2：MU-MIMO通過相同的時頻資源發送多個數據流，每個用戶設備對應一個數據流（圖源：高通）

　　本質上，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（多TRP）

　　這些傳輸接收點是指宏蜂窩小區、小蜂窩小區、微微蜂窩小區、毫微微蜂窩小區、遠程無線電頭端（RRH）、中繼節點等等。多TRP將通過結合上述各種靈活的傳輸接收點來提高可靠性、覆蓋范圍和容量性能。例如，當小區邊緣的無線設備可以由多TRP服務以改善其信號傳輸/接收，從而提高吞吐量時，將使5G移動數據流量呈指數增長。

　　更高的鏈接可靠性

　　第16版標準支持增強型5G超可靠低延遲通信（eURLLC）基礎，以提供更好的鏈路可靠性（高達99.9999％）（圖3）。

　　圖3：5G第16版標準支持增強型超可靠低延遲通信（eURLLC），它建立在第15版標準中URLLC的基礎之上（圖源：高通）

　　02、接入回傳一體化（IAB）

　　IAB網絡是一種經濟高效的部署方案，可在無需花費大量成本按比例部署越來越多有線傳輸的情況下增加網絡密度。通過第16版標準，可實現經濟高效的密集部署，提升覆蓋范圍和容量，同時降低回傳成本（圖4）。

　　圖4：第16版標準還涉及IAB的標準，

　　將5G無線電的一部分用于回傳（來源：高通）

　　有了IAB，并非每個小蜂窩小區都必須使用光纖；傳統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蜂窩小區基站使用光纖。現在，在第16版標準中，回傳可以使用無線電連接。與傳統接入相比，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、非授權頻段中的5G

　　第16版標準首次在5G蜂窩服務中包含非授權頻段。

　　這樣將在全球范圍內釋放更多頻段，開辟新的市場和垂直領域，并實現新的部署方案（圖5）。

　　圖5：第16版標準首次在非授權頻段中引入NR。

　　NR-U是指非授權的新無線電。（圖源：Qualcomm）

　　目前正在進行的一項工作是指定單一全局框架的NR增強，這將使人們能夠訪問將支持在5GHz和6GHz中進行NR操作的非授權頻段。NR-U應與已經部署的IEEE 802.11/Wi-Fi系統實現合理共存。

　　04、時間敏感網絡（TSN）中的5G

　　5G網絡上的TSN需要工業自動化和其他物聯網應用。TSN可以集成到對時間同步要求極高的應用中。TSN的主要領域包括諸如移動機器人的排隊協作、智能工廠車間的貨物協作運輸以及其他工業移動用例之類的應用。在實現移動用例時，不能使用有線技術，必須用無線連接代替有線技術，而這些無線連接必須滿足工業環境的高要求（圖6）。

　　圖6：5G第16版技術帶來對TSN的支持。TSN網絡由中央網絡控制器（CNC）控制。

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

　　5G TSN適配器還使5G無線系統能夠充當具有以太網連接的TSN橋。將在微秒級上與通用精確時間協議（gPTP）進行精確的時間同步。

　　05、5GNR蜂窩車聯網側鏈路

　　第16版標準中，NR蜂窩車聯網（C-V2X）的設備間直接通信模式（或側鏈路）規范將支持一些高級用例，可以在不使用蜂窩網絡的情況下增強自動駕駛能力。側鏈路是必不可少的，因為某些車聯網服務只在近距離場景下有意義，并且即使在網絡覆蓋不穩定的情況下也需要保持正常運行。當今的5G時代，汽車和運輸行業朝著智能運輸系統（ITS）邁進，為我們帶來了諸多好處，包括提高安全性、減少交通擁堵、優化燃料消耗以及對環境產生積極影響等。車聯網通信是新興ITS應用的關鍵推動力，將允許車輛與其他車輛、行人、道路基礎設施和互聯網進行通信（圖7）。

　　圖7：對于公共安全和數據卸載等用例而言，

　　側鏈路是必不可少的。（來源：高通）

　　第16版標準中，NR蜂窩接口和NR側鏈路接口旨在實現跟車行駛、高級輔助駕駛（防撞和協作變道等功能）、擴展的傳感器以及遠程駕駛用例。使用車聯網通信，可以收集與總體交通狀況相關的實時數據，并在用戶之間進行交換。這將能夠實現更安全、更協調、更智能地使用交通網絡。

　　表1：3GPP標準中考慮的V2X用例的要求和潛在技術

　　06、5G NR中將5G用于物聯網/NB-IoT

　　第16版標準提供了在5G核心網絡上部署和管理低功率移動物聯網（IoT）協議（例如窄頻帶-物聯網（NB-IoT））的能力。NB-IoT是基于標準的低功耗廣域（LPWA）技術，支持各種新型物聯網設備和服務。這項技術極大地改善了用戶設備的功耗、系統容量和頻譜效率，尤其是在深度覆蓋的情況下。在多種用途中，可實現超過10年的電池壽命（圖8）。

　　圖8：私有網絡或非公共網絡將從工業物聯網案例中受益（圖源：高通）

　　結論

　　5G帶來了室內室外全覆蓋、高速數據傳輸速率、無縫切換以及公共網絡回退等好處。5G還提供了工業級的可靠性、延遲和同步（eURLLC和TSN）。此外，5G還帶來了與全球標準的廣闊生態系統進行互操作的優勢，通過5G路線圖，有望滿足未來的各種需求。