3GPP 5G標準首發版奠定ICT未來20年發展的基礎

華為5G首席科學家|童文

5G-NR標準首發版的確立，標志著5G從研究、定義、標準化走向部署和商用的新階段，是移動通信產業發展的里程碑。

2017年12月21日，在葡萄牙里斯本舉行的3GPP RAN第78次全會上，來自通信全產業鏈企業的近300位代表，一致通過了5G-NR的首發版標準，親歷和見證了無線蜂窩通信產業發展的歷史性時刻。5G-NR標準首發版的確立，標志著5G從研究、定義、標準化走向部署和商用的新階段，是移動通信產業發展的里程碑。更為重要的是，中國的通信產業經過了無數的曲折和博弈，終于在5G探索的道路上走向了全球標準的統一。5G-NR標準不僅是ICT商業模式進入下一個20年發展的基石，也勾勒出了通信行業驅動萬物感知、萬物互聯、萬物智能并使能垂直行業轉型的宏偉藍圖。

3GPP 5G-NR標準節奏

2016年3月，5G-NR標準化工作正式啟動；時隔一年，在2017年世界移動通信大會上，全球移動行業領軍企業承諾加速5G新空口大規模試驗和部署；2017年3月，3GPP通過了非獨立5G新空口規范制定的加速提案，將規范完成的時間提前了6個月；2017年12月，3GPP已完成非獨立組網的首發版；2018年6月，3GPP將完成獨立組網的標準協議，支持增強型移動寬帶（eMBB）業務及低延時業務；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）及海量機器通信（mMTC）業務的標準規范制定，從而完成5G-NR標準的完整版，迎接2020年全球5G網絡規模部署。

3GPP 5G-NR的核心技術

根據ITU-R制定的5G愿景，5G-NR新空口規范必須達到基于空口吞吐率、連接數、低延時3個維度量綱上的8個KPI指標，包括峰值速率、用戶體驗速率、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新空口首發版設計面臨的技術挑戰包括以下方面：支持低頻段的波形參數配置；面向寬帶運營和低時延業務的中頻段和高頻段頻譜分配；提供數據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；提升頻譜效率并達到更高的數據傳輸速率，為消費者實現性能提升等。

NR斷代技術

5G-NR新空口首發版完成了八大斷代空口技術的標準規范制定。

● 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，高低頻統一空口，獨立組網及非獨立組網統一空口，授權頻譜及非授權頻譜統一空口。其中包括可擴展及混合空口波形參量體系Numerology、完全可配置幀結構、子帶寬部件及其擴展、自包含子幀結構、基于可配空口波形參量及幀結構的帶寬配置等關鍵技術。

● 新波形

特性是新波形構造——支持多業務特性、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OFDM、零保護頻帶、波形動態靈活配置等關鍵技術。

● 新編碼

控制信道極化碼編碼，特性為高性能、高可靠、低延時。其中包括奇偶校驗極化碼、分布循環校驗極化碼、極化序列構造及碼率匹配等關鍵技術。

數據信道低密度奇偶校驗碼編碼，特性為極高峰值速率、低復雜度快速譯碼。其中包括基于2套基圖可擴展編碼、重傳冗余碼構造以及碼率匹配等關鍵技術。

● 超低延時

特性為特殊幀結構及傳輸機制。其中包括微時隙、免調度傳輸、突發搶占機制等關鍵技術。

● 新傳輸機制

特性為免調度傳輸——支持低延時、大連接、快速接入及減少空口信令開銷優化終端能效。其中包括資源預分配、混合自動重傳HARQ機制、平穩鏈路自適應調制、終端盲檢測以及終端碰撞處理等關鍵技術。

● 新接入機制

特性是用戶為中心接入，支持用戶與站點解耦，物理信道與小區ID解耦，數據信道與控制信道解耦及優化無邊界C-RAN。其中包括去小區接入機制、控制信道數據信道的小區ID分離、導頻序列的小區ID分離、同步信道單頻信組網、終端非激活新狀態、小區內波束管理以及小區間波束切換等關鍵技術。

● MIMO增強

特性是支持大規模陣列天線空口多數據流。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信號優化、基于波束解調及測量參考信號增強、預編碼本設計、終端4收、非預編碼本終端以及上行多天線傳輸等關鍵技術。

● 毫米波傳輸

特性是支持高頻頻譜及自適應波束付形。其中包括基于波束的隨機接入、波束掃描、波束斷路檢測、波束修復等關鍵技術。

NR跨代技術

雖然NR與LTE是不后向兼容的空口技術，然而，在eMBB應用場景，NR繼承了LTE的許多基礎技術，其中4G和5G跨代基礎技術包括雙工制式、初始接入機制、基本MIMO支持以及調度/HARQ。

作為全球5G生態鏈的一部分，中國5G產業鏈成為制定5G標準的引領者，從空口技術到網絡架構，貢獻了大量的原創技術。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推進組也牽引行業展開大規模的5G-NR空口外場實驗和驗證。

3GPP 5G網絡架構的演進

基于服務架構的核心網定義、端到端的5G網絡切片技術將催生新的商業模式，助力行業與社會的數字化轉型。得益于切片技術、虛擬化以及云計算技術，未來的不同垂直行業服務可以運行在同一套物理基礎設施上，生成的相互隔離的5G網絡切片中。端到端的網絡切片將是實現5G使能全行業數字化愿景的支柱型技術，也是與4G斷代的分水嶺。

ITU定義了5G三個應用場景，每個場景背后都對應著非常廣泛的行業應用。針對每個行業應用建設一張獨立的網絡顯然既不經濟也不現實，而最好的方式就是一張物理網絡支持多個邏輯切片，每個切片都是一個相對獨立的自治子系統。

另一個不容忽視的因素在于，未來的業務和商業模式創新需要大量嘗試，但傳統的電信網絡往往需要論證數年之久才能投資上馬。基于端到端網絡切片技術，運營商就可以按需生成或撤銷邏輯切片，從而實現更快的網絡定制、試錯，以及實時的調優、改進。

5G網絡架構將使能5G應用的十大場景：云VR/AR、車聯網、智能制造、智慧能源、無線醫療、無線家庭娛樂、聯網無人機、社交網絡、個人AI助手、智慧城市。面向如此多的5G創新應用，運營商可以根據戰略進行業務選擇和孵化，快速構建能力，贏得未來的商業成功。

展望2018，全球產業鏈就是要圍繞3GPP 5G-NR標準，夯實產品研發，加速商業部署

童文，1985年畢業于東南大學，獲碩士學位。1993年，在加拿大康考迪亞（Concordia University）獲博士學位。目前擔任華為Fellow、華為5G首席科學家、華為2012實驗室無線領域首席專家，同時也是華為2012通信技術實驗室主任。他的辦公室位于加拿大渥太華的華為研發中心。自2010年起，童文博士就作為華為2012實驗室的無線領域首席專家和高級副總裁，開始領導超過700名專家組成的業界最大的無線研究團隊，從事無線通信先進算法的研發和3GPP/IEEE無線標準相關的工作。童文親自出席所有制定5G標準的3GPP RAN標準全會及工作小組會。