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    什么是5G新空口(5G NR)?

    2019-07-18 10:58:52   作者:   来源:CTI论坛   评论:0  点击:


      5G新空口(5G NR)是一种正在为5G开发的全新空中无线接口,这种技术是从零开始全新开发的,目的是在不同频谱下为5G即将包含的多种服务、设备和部署提供支持,但它仍以既有的技术为开发基础,确保自身的向下和向上兼容性。
      什么是5G NR?
      5G NR是一种正在为5G开发的全新空中接口。空中接口是移动设备与活动基站之间回路的无线射频部分。活动基站可以在用户移动时不断切换,而每次的切换过程被称为切换。
      5G最初的商业服务将通过LTE、LTE-Advanced和LTE Pro技术改进版的方式呈现。但很快便会推出自身的重大升级,即引入全新的空口。
      3GPP已根据2016年3月正式开始的5G NR Release 14研究项目,对5G NR中所用的部分技术做出了确定。第一项3GPP 5G NR规格被写入2016年6月开始编写并计划于2018年9月完成的Release 15。随着Release 14的冻结(完成),3GPP从2017年下半年开始已经将重点转向Release 15,并以此为基础推出第一套5G标准。
      2017年3月,3GPP的RAN小组承诺将加快5G NR工作计划,并就尽早完成增强型移动宽带(eMBB)用例(见下文)的中间里程碑达成一致。这种非独立(NSA)5G NR于2018年3月完成,但事实上它在2017年12月便获得批准并成为第一项5G标准,此标准使用的便是现有的LTE无线和核心网络。
      2018年2月,Vodafone和华为在西班牙的测试网络中正式完成了使用NSA 5G NR标准的第一次爱博体育赞助巴塞。
      独立(SA)模式原定于2018年9月完成,但同样在2018年6月便已提前完成,它包含的是3GPP全新5G核心网络架构的完整用户和控制层能力。
      2017年3月的协议还定义了一个框架,目的是确保两种变体之间的通用性。该框架将兼容性置于5G NR设计的核心位置,从而可以在标准的未来版本中不断引入新的能力和特性。
      从2019年开始,加速后的时间表将实现大规模的试运行和符合3GPP标准的部署,远远早于最初构想的2020年时间计划。
      5G NR能做什么?
      从本质上来说,5G NR的设计目标是大幅提高现有移动网络的性能、灵活性、扩展能力和效率,并且尽可能释放出各种频带下频谱的潜力,包括牌照频谱、共享频谱和无需牌照的频谱。
      此外,5G NR空口是未来5G网络中的一个组成部分,因此它的设计必须与更广泛的灵活网络架构保持一致。
      5G NR必须能够:
  • 在多种设备上提供大量差异化的服务,且具备不同的性能和时延要求;
  • 支持从传统宏观到热点部署的多种部署模型;
  • 实现新设备互联方式,例如设备对设备和mesh多跳网络;
  • 在前所未有的成本、能源和部署效率下实现所有这一切。
  •   5G NR的工作原理?
      5G NR的核心设计包含三个基本组件:
      经过优化的基于OFDM的波形和多路存取。目前,5G使用OFDM(正交频分复用)系列波形技术的决定已经确定,但具体的波形和多路存取实施尚未决定,而且用于不同用例和部署的多个OFDM变体也正在考虑之中。
      LTE和WiFi都会用到OFDM波形,这就使5G成为第一代不基于全新波形和多路存取设计的移动技术。随着更先进能力的出现,这些技术都会得到优化,从而在降低复杂性的同时提供极高的性能,支持不同的频段、频谱类型和部署模型,以及以高效方式支持和复用所有不同的用例。
      这种通用灵活框架可以实现多种5G服务的高效复用,并且提供面向未来服务的向上兼容性,可以实现更低的时延,以及更低时延下的扩展能力,远远优于现有的LTE网络。
      先进的无线技术可以实现全新的性能和效率水平,为多种5G服务奠定基础。目前指定的5G服务有三大类,将在下面加以简要说明,介绍一些实现这些服务所需的先进无线技术:
      增强型移动宽带(eMBB):需要大量带宽的数据密集型应用,例如视频流或沉浸式游戏,能够在移动设备上提供与固定光纤相媲美的体验。实现该服务的技术包括千兆LTE、大规模MIMO、毫米波技术、频谱共享技术和先进的信道编码。
      超高可靠性和超低时延通信(uRLLC)或关键任务控制:需要极高可靠性、可用性和安全性的时延敏感型服务,例如自主驾驶和触觉Internet应用。目前,为特殊用例开发的技术有很多种,例如蜂窝车对一切(C-V2X),以及蜂窝无人机通信的实时命令与控制等,还有支持“无故障”要求的技术,例如普通流量之上关键任务传输的优先复用技术,或者使关键任务设备能够在多种网络上连接的冗余技术等。
      海量机器类通信(mMTC)或大规模物联网:规模巨大但数据量较小的低成本、低能耗设备,例如智能城市等。窄带物联网将得到语音支持、更低时延、位置服务、设备移动性和广播等能力的支持,可实现高效的OTA固件更新。高通公司正在提出RSMA(速率分离多路存取)上行多路存取设计的建议,可以实现效率更高的上行传输,以及由广域网管理的全新多跳网络架构,使网络的覆盖范围大幅扩展。
      谁参与了5G NR的开发进程?
      与LTE时代一样,5G NR早期阶段的很多工作均由高通公司牵头。而每一家移动运营商和设备制造商则会参与5G的后续部分:已有超过40家公司签订了2017年3月的协议,将会继续加快5G NR的开发进程。
      高通公司开发了经过优化的基于OFDM的波长,在频率和时域上都有所扩展,同时还优化了不同用例的多路存取,采用了全新的5G NR框架对5G的服务和特性加以高效的复用。到2017年初,高通与爱立信和中兴合作发布了5G NR试运行,参与其中的还包括AT&T、中国移动、NTT DOCOMO、SK Telecom、Telstra和Vodafone,扩展了Qualcomm Snapdragon X50 5G调制解调器系列,将全新的多模式调制解调器也包含在内,可以在单个芯片上支持全球5G NR标准(包括sub-6GHz和多波段毫米波)和千兆LTE。2017年10月,高通公司发布了第一个单芯片5G调制解调器(Snapdragon X50)上的数据连接,并提供了第一个毫米波5G智能电话参考设计的预览版本。于2018年7月发布了第一种用于智能电话和其它设备的商用5G NR毫米波天线模块和sub-6GHz RF模块,全部兼容Snapdragon X50。商用5G智能电话正在一步步变为现实。
      2017年9月,高通和诺基亚公司宣布双方在5G NR方面开展协作,并在2018年2月完成了与NSA 5G NR NSA规格的互操作性测试,测试使用的是诺基亚的AirScale基站(自2017年以来已经投入正式交付商用,并已拥有超过100家客户)和高通的设备原型机,这一举动为5G NR在2018年期间参与多家运营商的现场试验铺平了道路,包括英国的BT/EE、德国电信和经营着英国移动业务的Vodafone集团。
      高通公司还在5G NR领域与其它伙伴合作。2017年11月,与中兴和中国移动共同完成了第一个端到端5G NR互操作性数据测试(IoDT)系统,演示了基于3GPP即将完成标准的数据连接。2018年2月,利用三星提供的商用前5G NR基站,与韩国的KT公司共同完成了互操作性测试。
      爱立信公司于2016年8月发布了世界上第一种商用5G NR。爱立信AIR 6468可支持为大规模MIMO和多用户MIMO开发的5G插件。其全新的中波段(AIR 6488)和高波段(AIR 5121)版本已经于2018年初发布。爱立信于2017年9月发布了AIR 3246,并在2018年将第一种用于频分复用(FDD)的5G NR投入商用,支持4G/LTE和5G NR技术。2017年12月,爱立信、Vodafone和伦敦国王大学共同使用一种原型设备测试了5G独立预备标准,在英国首次展示了可独立于4G运行的5G技术。
      英国电信(BT)下属的EE公司于2017年11月在英国执行了端到端5G网络架构的第一次测试,在3.5GHz测试频谱中的100MHz上广播了5G NR。2018年2月,英国电信和EE公司还与华为进一步扩展了战略伙伴关系,将实时5G NR试验也包含在内。
      华为公司于2018年2月发布了第一种商用5G终端,融入了其自行开发的巴龙5G01商用芯片组,提供sub-6GHz型号和毫米波型号,两者都包含室内和室外单元。2018年7月,与英特尔和中国移动共同完成了5G NR互操作性和研发测试,成功互联了不同厂商提供的NR兼容终端和网络。华为和英特尔已于2017年9月同意在基于3GPP的互操作性试验方面建立伙伴关系。英特尔公司一直在开展多项5G NR试验,为其XMM 8000系列5G多模芯片组在2019年投放商用设备市场做好准备。
      接下来做什么?
      2017年3月的3GPP协议加快5G NR的开发进程,是5G发展道路上的一次巨大飞跃,而且非独立(NSA)和独立(SA)5G NR变体的提前完成也标志着5G发展中的一次重大进展。在NSA变体完成后,商用前NSA 5G NR试验便接踵而至,而目前SA变体也已经达成一致,因此我们也应当尽快开始执行相关测试试验。
      具备5G NR能力的产品目前已经上市,相关的智能电话产品会在2019年上市。目前高通公司已经发布了5G NR的天线和RF模块。要想让5G NR完全变成现实,还有许多工作要做,但迄今为止的进展已充分表明,商用5G部署将最早于2019年底展开。
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