5G R16標準要點分析

周 斌

中國聯通（江蘇）產業互聯網公司

0 引言

5G是新信息科技革命的制高點，也是我國信息基礎設施中最重要的內容。其致力于實現萬物互聯，做到“信息隨心至，萬物觸手及”。它將影響到各行各業，極大改變人們的生產生活方式甚至改變社會。5G技術設計高度靈活，指標眾多，支持的業務從傳統的移動寬帶業務逐步擴展到工業互聯網、智能家居、應急通信、車聯網、衛星通信等多個領域。

1 5G標準持續演進概述

5G技術的標準化工作主要通過國際標準化組織3GPP開展，包括RAN工作組和SA工作組。截至目前，5G技術標準涵蓋R15（3GPP Release 15）、R16（3GPP Release 16）、R17（3GPP Release 17）三個版本。5G標準不需考慮與4G的后向兼容，但需定義新的空口技術以滿足5G三類場景下的多種業務需求，與此同時，5G不同版本的標準設計需要滿足前后向兼容的特性。

3GPP在2016年開始啟動5G需求和技術方案的研究工作，確定了5G三大應用場景，包括：增強移動寬帶（eMBB，enhanced Mobile Broadband），大規模機器類通信（mMTC，massive Machine-Type Communications），超低時延高可靠通信（URLLC，Ultra-Reliable and Low Latency Communications）。

2017年啟動R15作為5G標準的第一個階段，主要針對增強移動寬帶場景和部分超低時延高可靠場景，完成了新空口非獨立組網（non stand alone，NSA）和獨立組網（stand alone, SA）標準，滿足市場上比較急迫的商用需求。

2018年啟動R16的標準化工作，作為5G標準的第二階段，R16在兼容R15的基礎上，對增強移動寬帶場景進一步增強，引入包括增強多天線傳輸，蜂窩定位，終端節能、雙連接/載波聚合、移動性增強等技術，并針對低時延高可靠場景、面向工業互聯網場景以及車聯網的應用需求進行標準化設計，詳細制定工業物聯網架構、有線/無線聚合、非公共網絡以及非授權頻段等技術，功能設計于2019年底完成，最終版本于2020年7月3日正式凍結，滿足ITU IMT-2020提出的要求。

全球統一的5G標準是5G產業規模商用的核心。在R16于2020年7月完成之前，R17標準就已啟動，并于2019年12月確立了第一批立項。3GPP對R17的技術演進路線進行了規劃和布局，最終圍繞“網絡智慧化、能力精細化、業務外延化”三大方向共設立23個標準立項。具體來看，3GPP標準專家對5G演進標準（Rel-17）設立23個標準立項，涵蓋面向網絡智能運維的數據采集及應用增強，面向賦能垂直行業的無線切片增強、精準定位、IIoT及URLLC增強、低成本終端，以及面向能力拓展的非地面網絡通信（衛星通信及地空寬帶通信）、覆蓋增強、MIMO增強（含高鐵增強）等項目。

2 5G R16主要內容

5G R16標準在增強型移動寬帶能力和基礎網絡架構能力提升的同時，強化支持垂直產業應用，其涵蓋載波聚合大頻寬增強、提升多天線技術、終端節能、定位應用、5G車聯網、低時延高可靠服務、切片安全、5G蜂窩物聯網安全、URLLC安全等，為5G的全面應用奠定堅實基礎。從R15版本到R16版本，重點聚焦eMBB增強與垂直行業能力提升兩大方面。簡單來說，R15完成了高擴展性協議框架(靈活統一)和高性能eMBB(M-MIMO)，而R16進一步制定了高性能、全業務網的5G標準，并且主要服務于企業應用場景。R16標準主要包括以下內容：eMBB性能（MIMO性能增強，CA、DSS、上行增強，TDD干擾消除，終端節能）、垂直行業（URLLC能力，5G LAN局域網，5G行業專網，自動駕駛，定位提升）、智能運維（自動駕駛，SON，2B運維）、邊界拓展（衛星融合，無人機，非授權頻譜，更高頻段）等。

3 R16要點分析

3.1 eMBB網絡性能增強，不斷優化當前網絡能力

3.1.1 覆蓋與容量增強

MIMO增強：通過多點傳輸、降低碼本開銷等技術進一步提升小區容量及用戶體驗。

在R15 Type II中，在預定義波束中進行線性組合反饋精度高，但開銷大（上百bit）。在R16中通過降低波束反饋TypeII碼本開銷，提升性能。開銷相同情況下，性能提升5%～10%。如圖1所示。

圖1 降低波束反饋

基于分集的多點協作傳輸（支持URLLC），增強多TRP傳輸提升小區邊緣性能，實現對URLLC業務的多TRP支持。如圖2所示。

3.1.2 CA、超級上行，提升單用戶上下行體驗

圖2 分集的多點協作傳輸

UE在idle/inactive態對候選頻點進行測量，進入connected態時，直接上報測量結果，避免UE進入connected態之后網絡側才為UE下發測量配置，縮短配置MR-DC的時延，CA激活時間可節省98%。如圖3所示。

圖3 CA激活時間優化

超級上行，上行Tx切換使能UE Tx通道在載波之間動態共享，提升上行速率。R16超級上行定義完畢，一些芯片產商已支持，如海思、聯發科、展訊等。如圖4所示。

圖4 超級上行

3.1.3 終端節能：延長終端待機時間

引入BWP增強，手機不需一直100M接收，也不需要一直4天線接收。R16引入per BWP的最大層數，2天線足夠。

DRX（不連續接收）增強：不需要周期性喚醒，有需要再喚醒，能更省電。

RRM測量放松：在信號好、移動速率很慢的場景，無需頻繁上報RRM。

通過跨時隙調度避免下行信號的無用緩存，接收PDCCH（控制信道）后進入微睡眠，合適的時候醒來，接收PDSCH（數據）。

3.2 滿足垂直行業多場景、多樣化需求

3.2.1 URLLC：從低時延到高可靠

URLLC：R15到R16，從低時延到高可靠，可靠性是當前2B面臨的最大問題。R15定義了基本的低時延機制，而R16重點聚焦高可靠。通過用戶面冗余，切換零中斷，提升可靠性。

用戶面雙連接，冗余發送。屬于架構方面的增強（R15提出MEC面向低時延，R16推出雙連接面向高可靠），在UE和DN之間建立兩個獨立的PDU會話。雙PDU會話應用數據冗余發送，提高端到端的用戶面傳輸可靠性，RAN覆蓋要滿足冗余需求。如圖5所示。

圖5 獨立的PDU會話

3.2.2 5G LAN（私有移動局域網）

能使家庭、企業、工廠等局域環境中的設備通過5G連接，進行P2P通信；無線替換有線；東西流量，不經DN迂回，管控更強的廣泛連接；UPF內置LAN Switch功能，終端建立L2 PDP，L3 PDP；基于IP的業務連續性保障；支持組播，廣播，SMF管理用戶組。數據不出網，安全有保障；數據不迂回，溝通更通暢。

3.2.3 5G V2X車聯網，支持車車通信、車路通信和多種場景

SAE International國際自動機工程師學會制定了自動駕駛分級標準，將自動駕駛技術分為L0-L5共六個等級；遠程駕駛、自動駕駛要求E2E的時延不超過5毫秒，可靠性要求99.999%；4G支持到支持L1、L2級別的，真正的L5級別需要5G；LTE V2X支持大小為50～1200字節的消息類型。而eV2X需要支持50～6500字節大小，個別情況到12000字節 ；V2X需求的最大數據速率約0.1Gbps，eV2X需要的最大數據速率則高達1Gbps ；V2X通信距離100～320m，eV2X通信范圍擴展到支持1000m；R16標準在V2N（車網）外，增加了V2V（車車），V2I（車與基礎設施）直連通訊，覆蓋了LTE-V2X的應用場景。如圖6所示。

圖6 eV2X架構

3.2.4 5G定位：定位精度提升10倍以上，最高達米級

R16利用大帶寬（時間分辨率高）多波束（角度信息）的特點，實現宏站：定位精度～10米，概率80%；DIS：定位精度～3米，概率80%。

4 結束語

R16標準凍結之后，5G能力已經趨于全面，R16版本重點聚焦垂直行業能力提升與eMBB增強兩大方面。一些后發運營商可能會直接跳過R15，從R16開始部署，這是后發者特有的優勢。已經投入5G網絡建設的運營商也會將重點轉向R16標準，啟動新的網絡建設。R16標準凍結后，中國運營商將進行積極的技術評估和測試，盡快引入R16特性，保持網絡和服務的先進性。加之新基建的加速推進，5G對垂直行業可能帶來的促進作用受到各產業界的廣泛關注?？梢灶A期，基于5G的垂直行業應用創新將會以超出我們想象的速度涌現。