一张图带你了解5G首版标准

今天， 5G就像一幅抽象画，每个人都有不同的理解。本文希望通过简述5G首版标准R15，为你展现一个最真实的5G。

5G定义了增强型移动宽带(eMBB)、超可靠低延迟通信(URLLC)、大规模机器类型通信(mMTC)三大场景。

针对这三大场景，在2018年6月已完成的3GPP R15标准不仅定义了5G NR(新无线)以满足5G用例和需求，还定义了新的5G核心网(5GC)，以及扩展增强了LTE / LTE-Advanced功能。

一张图看懂系列之5G R15标准…

5G NR

R15 5G NR主要针对eMBB和URLLC两大场景定义了新规范。

eMBB

针对eMBB场景，NR主要定义了三大类技术：高频/超宽带传输、Massive MIMO、灵活的帧结构和物理信道结构。

高频/超宽带传输

高频： NR指定了两大频段范围FR1和FR2，FR1(450MHz-6GHz)，FR2(24.25GHz-52.6GHz)。

超宽带：FR1的信道/单载波带宽高达100MHz，FR2的单载波带宽高达400MHz。

此外，物理层还支持载波聚合(CA)和双连接技术，可聚合多达16个载波，以实现更高速传输。

LTE频段不高于3GHz，单载波带宽仅为20MHz，因此，高频和超宽带是5G与4G的主要区别。

既然NR引入了更高更宽的频段，由于高频信号对多径衰落和相位噪声更敏感，如果像LTE一样，所有频率的OFDM子载波间隔都相同，显然已无法适应，因此，NR还支持15，30，60和120kHz多个OFDM子载波间隔来进行数据传输。

Massive MIMO

Massive MIMO标准化工作定义了诸如参考信号设计、波束管理等技术，以期在基站上支持多达256个天线单元，在终端侧支持多达32个天线单元，以在高频段中实现大规模MIMO传输。

为了实现高速数据传输，下行最高支持单用户8层和多用户12层MIMO传输，上行最高支持单用户4层MIMO传输。

对于高频段，波束赋形是一项关键技术，它可以增强覆盖范围。在4G时代，由于使用频段较低，可采用数字波束赋形技术实现，其波束赋形在数字域中生成，但这种方式无法应对5G高频段Massive MIMO， 5G NR采用了数字和模拟混合实现波束赋形。

灵活的帧结构/物理信道结构

如前所述，NR支持多个子载波间隔，在频域上子载波间隔可更宽，在时域上OFDM符号可更短，比如，LTE的子载波间隔为15KHz，现在5G NR的子载波间隔可达120KHz，相对LTE，OFDM符号长度缩短了八分之一，从而可实现更低时延传输。

5G NR还可灵活改变控制和数据信道的分配单元中的OFDM符号数量，并可根据上下行业务比率灵活改变帧结构中的上下行时隙比。

URLLC

URLLC旨在支持或协助完成一些近实时和高可靠性需求的关键任务型业务，比如自动驾驶、工业机器人和远程医疗等。

如前所述，通过使用更宽的子载波间隔并减少OFDM符号数量可实现更低时延的通信，另一方面，为了实现高可靠性，R15还为URLLC定义了新的CQI(信道质量指示符)和MCS(调制和编码方案)。

增强LTE / LTE-Advanced

4G LTE / LTE-Advanced针对eMBB、mMTC和URLLC三大场景都进行了功能扩展和增强，其中，其中5G mMTC场景主要基于LTE / LTE-Advanced技术扩展，以适应大规模物联网通信

eMBB

针对eMBB场景，LTE / LTE-Advanced功能增强主要包括：

1024QAM支持

为了进一步提高峰值数据速率，R15定义了1024QAM，以及减少了DM-RS(解调参考信号)开销。

增强型CoMP(协同多点传输)

增强型CoMP支持非相干联合传输，两个基站可在不知道彼此的信道状态信息(CSI)的情况下发送不同的数据序列。

8天线技术

终端配置8个接收天线，可扩展小区下行覆盖范围，同时，配合8层MIMO可大幅提升下行速率。

各种干扰抑制技术

R15还定义了多项增强型LTE / LTE-Advanced功能以降低小区间的干扰。其中，有一项功能旨在小区低负荷状态下减少CRS(小区参考信号)传输，以降低干扰、节省基站功耗。此外，还定义了一些基站和终端的干扰抑制技术。

增强载波聚合(CA)功能

早期的载波聚合，由于需测量候选载波质量以及启动RF信道，存在终端处理延迟，为了解决这些问题，R15定义了一种机制，在终端处于空闲态下提前测量候选载波的无线信号质量，并在SCell之前提前初始化RF信道。

上行数据压缩

在TDD模式下，上下行比率通常强调下行链路，因此可用于上行传输的无线资源是有限的，为了提升上行链路频谱利用率，R15定义了上行数据压缩机制，主要对IP层及以上的分组报头进行压缩。

视频QoE测量功能/内容缓存

随着移动视频兴起，在移动通信环境中提升视频体验(QoE)成为运营商重点关注的问题。为了测量现实网络的QoE，R15定义了一种可以直接从终端收集QoE测量值的机制，称为最小化路测(MDT)。

同时，R15还研究了将视频内容缓存至靠近基站的服务器的机制，以减少下载视频时的时延。通过该机制，终端直接从基站或附近的内容服务器下载数据，而不必再经过回传至核心网，从而减少时延。