3GPP 5G標(biāo)準(zhǔn)首發(fā)版奠定ICT未來20年發(fā)展的基礎(chǔ)

華為5G首席科學(xué)家|童文

5G-NR標(biāo)準(zhǔn)首發(fā)版的確立，標(biāo)志著5G從研究、定義、標(biāo)準(zhǔn)化走向部署和商用的新階段，是移動通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的里程碑。

2017年12月21日，在葡萄牙里斯本舉行的3GPP RAN第78次全會上，來自通信全產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的近300位代表，一致通過了5G-NR的首發(fā)版標(biāo)準(zhǔn)，親歷和見證了無線蜂窩通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的歷史性時刻。5G-NR標(biāo)準(zhǔn)首發(fā)版的確立，標(biāo)志著5G從研究、定義、標(biāo)準(zhǔn)化走向部署和商用的新階段，是移動通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的里程碑。更為重要的是，中國的通信產(chǎn)業(yè)經(jīng)過了無數(shù)的曲折和博弈，終于在5G探索的道路上走向了全球標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。5G-NR標(biāo)準(zhǔn)不僅是ICT商業(yè)模式進(jìn)入下一個20年發(fā)展的基石，也勾勒出了通信行業(yè)驅(qū)動萬物感知、萬物互聯(lián)、萬物智能并使能垂直行業(yè)轉(zhuǎn)型的宏偉藍(lán)圖。

3GPP 5G-NR標(biāo)準(zhǔn)節(jié)奏

2016年3月，5G-NR標(biāo)準(zhǔn)化工作正式啟動；時隔一年，在2017年世界移動通信大會上，全球移動行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)承諾加速5G新空口大規(guī)模試驗(yàn)和部署；2017年3月，3GPP通過了非獨(dú)立5G新空口規(guī)范制定的加速提案，將規(guī)范完成的時間提前了6個月；2017年12月，3GPP已完成非獨(dú)立組網(wǎng)的首發(fā)版；2018年6月，3GPP將完成獨(dú)立組網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，支持增強(qiáng)型移動寬帶（eMBB）業(yè)務(wù)及低延時業(yè)務(wù)；從2018年6月到2019年11月，3GPP將完成包括支持超低延時高可靠性通信（URLLC）及海量機(jī)器通信（mMTC）業(yè)務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定，從而完成5G-NR標(biāo)準(zhǔn)的完整版，迎接2020年全球5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)模部署。

3GPP 5G-NR的核心技術(shù)

根據(jù)ITU-R制定的5G愿景，5G-NR新空口規(guī)范必須達(dá)到基于空口吞吐率、連接數(shù)、低延時3個維度量綱上的8個KPI指標(biāo)，包括峰值速率、用戶體驗(yàn)速率、單位面積流量、頻譜效率、連接量密度、空口延時以及能效等。因此，5G-NR新空口首發(fā)版設(shè)計(jì)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)包括以下方面：支持低頻段的波形參數(shù)配置；面向?qū)拵н\(yùn)營和低時延業(yè)務(wù)的中頻段和高頻段頻譜分配；提供數(shù)據(jù)傳輸以高效支持多樣用例，包括低延時、高峰值速率和高可靠性；提升頻譜效率并達(dá)到更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，為消費(fèi)者實(shí)現(xiàn)性能提升等。

NR斷代技術(shù)

5G-NR新空口首發(fā)版完成了八大斷代空口技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定。

● 新空口

特性是靈活支持可編程的軟空口，使能上下行空口解耦，高低頻統(tǒng)一空口，獨(dú)立組網(wǎng)及非獨(dú)立組網(wǎng)統(tǒng)一空口，授權(quán)頻譜及非授權(quán)頻譜統(tǒng)一空口。其中包括可擴(kuò)展及混合空口波形參量體系Numerology、完全可配置幀結(jié)構(gòu)、子帶寬部件及其擴(kuò)展、自包含子幀結(jié)構(gòu)、基于可配空口波形參量及幀結(jié)構(gòu)的帶寬配置等關(guān)鍵技術(shù)。

● 新波形

特性是新波形構(gòu)造——支持多業(yè)務(wù)特性、低時延、大連接、高效頻譜利用率，以及前向兼容新空口。其中包括基于濾波處理OFDM、基于窗函數(shù)OFDM、零保護(hù)頻帶、波形動態(tài)靈活配置等關(guān)鍵技術(shù)。

● 新編碼

控制信道極化碼編碼，特性為高性能、高可靠、低延時。其中包括奇偶校驗(yàn)極化碼、分布循環(huán)校驗(yàn)極化碼、極化序列構(gòu)造及碼率匹配等關(guān)鍵技術(shù)。

數(shù)據(jù)信道低密度奇偶校驗(yàn)碼編碼，特性為極高峰值速率、低復(fù)雜度快速譯碼。其中包括基于2套基圖可擴(kuò)展編碼、重傳冗余碼構(gòu)造以及碼率匹配等關(guān)鍵技術(shù)。

● 超低延時

特性為特殊幀結(jié)構(gòu)及傳輸機(jī)制。其中包括微時隙、免調(diào)度傳輸、突發(fā)搶占機(jī)制等關(guān)鍵技術(shù)。

● 新傳輸機(jī)制

特性為免調(diào)度傳輸——支持低延時、大連接、快速接入及減少空口信令開銷優(yōu)化終端能效。其中包括資源預(yù)分配、混合自動重傳HARQ機(jī)制、平穩(wěn)鏈路自適應(yīng)調(diào)制、終端盲檢測以及終端碰撞處理等關(guān)鍵技術(shù)。

● 新接入機(jī)制

特性是用戶為中心接入，支持用戶與站點(diǎn)解耦，物理信道與小區(qū)ID解耦，數(shù)據(jù)信道與控制信道解耦及優(yōu)化無邊界C-RAN。其中包括去小區(qū)接入機(jī)制、控制信道數(shù)據(jù)信道的小區(qū)ID分離、導(dǎo)頻序列的小區(qū)ID分離、同步信道單頻信組網(wǎng)、終端非激活新狀態(tài)、小區(qū)內(nèi)波束管理以及小區(qū)間波束切換等關(guān)鍵技術(shù)。

● MIMO增強(qiáng)

特性是支持大規(guī)模陣列天線空口多數(shù)據(jù)流。其中包括基于波束控制信道、基于3維MIMO反饋方式、TDD信道探測Sounding信號優(yōu)化、基于波束解調(diào)及測量參考信號增強(qiáng)、預(yù)編碼本設(shè)計(jì)、終端4收、非預(yù)編碼本終端以及上行多天線傳輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)。

● 毫米波傳輸

特性是支持高頻頻譜及自適應(yīng)波束付形。其中包括基于波束的隨機(jī)接入、波束掃描、波束斷路檢測、波束修復(fù)等關(guān)鍵技術(shù)。

NR跨代技術(shù)

雖然NR與LTE是不后向兼容的空口技術(shù)，然而，在eMBB應(yīng)用場景，NR繼承了LTE的許多基礎(chǔ)技術(shù)，其中4G和5G跨代基礎(chǔ)技術(shù)包括雙工制式、初始接入機(jī)制、基本MIMO支持以及調(diào)度/HARQ。

作為全球5G生態(tài)鏈的一部分，中國5G產(chǎn)業(yè)鏈成為制定5G標(biāo)準(zhǔn)的引領(lǐng)者，從空口技術(shù)到網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，貢獻(xiàn)了大量的原創(chuàng)技術(shù)。并且在早期的5G研究、5G定義方面開展了大量的工作和投資，同時，IMT-2020推進(jìn)組也牽引行業(yè)展開大規(guī)模的5G-NR空口外場實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證。

3GPP 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的演進(jìn)

基于服務(wù)架構(gòu)的核心網(wǎng)定義、端到端的5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)將催生新的商業(yè)模式，助力行業(yè)與社會的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。得益于切片技術(shù)、虛擬化以及云計(jì)算技術(shù)，未來的不同垂直行業(yè)服務(wù)可以運(yùn)行在同一套物理基礎(chǔ)設(shè)施上，生成的相互隔離的5G網(wǎng)絡(luò)切片中。端到端的網(wǎng)絡(luò)切片將是實(shí)現(xiàn)5G使能全行業(yè)數(shù)字化愿景的支柱型技術(shù)，也是與4G斷代的分水嶺。

ITU定義了5G三個應(yīng)用場景，每個場景背后都對應(yīng)著非常廣泛的行業(yè)應(yīng)用。針對每個行業(yè)應(yīng)用建設(shè)一張獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)顯然既不經(jīng)濟(jì)也不現(xiàn)實(shí)，而最好的方式就是一張物理網(wǎng)絡(luò)支持多個邏輯切片，每個切片都是一個相對獨(dú)立的自治子系統(tǒng)。

另一個不容忽視的因素在于，未來的業(yè)務(wù)和商業(yè)模式創(chuàng)新需要大量嘗試，但傳統(tǒng)的電信網(wǎng)絡(luò)往往需要論證數(shù)年之久才能投資上馬?；诙说蕉司W(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，運(yùn)營商就可以按需生成或撤銷邏輯切片，從而實(shí)現(xiàn)更快的網(wǎng)絡(luò)定制、試錯，以及實(shí)時的調(diào)優(yōu)、改進(jìn)。

5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將使能5G應(yīng)用的十大場景：云VR/AR、車聯(lián)網(wǎng)、智能制造、智慧能源、無線醫(yī)療、無線家庭娛樂、聯(lián)網(wǎng)無人機(jī)、社交網(wǎng)絡(luò)、個人AI助手、智慧城市。面向如此多的5G創(chuàng)新應(yīng)用，運(yùn)營商可以根據(jù)戰(zhàn)略進(jìn)行業(yè)務(wù)選擇和孵化，快速構(gòu)建能力，贏得未來的商業(yè)成功。

展望2018，全球產(chǎn)業(yè)鏈就是要圍繞3GPP 5G-NR標(biāo)準(zhǔn)，夯實(shí)產(chǎn)品研發(fā)，加速商業(yè)部署

童文，1985年畢業(yè)于東南大學(xué)，獲碩士學(xué)位。1993年，在加拿大康考迪亞（Concordia University）獲博士學(xué)位。目前擔(dān)任華為Fellow、華為5G首席科學(xué)家、華為2012實(shí)驗(yàn)室無線領(lǐng)域首席專家，同時也是華為2012通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)室主任。他的辦公室位于加拿大渥太華的華為研發(fā)中心。自2010年起，童文博士就作為華為2012實(shí)驗(yàn)室的無線領(lǐng)域首席專家和高級副總裁，開始領(lǐng)導(dǎo)超過700名專家組成的業(yè)界最大的無線研究團(tuán)隊(duì)，從事無線通信先進(jìn)算法的研發(fā)和3GPP/IEEE無線標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的工作。童文親自出席所有制定5G標(biāo)準(zhǔn)的3GPP RAN標(biāo)準(zhǔn)全會及工作小組會。