5G NR標準 第1章 5G概述

5G NR標準 第1章　5G概述

在過去的40年裏，全球已經經歷了四代移動通訊（如圖1.1）

第一代移動通訊是在1980年左右出現的，以模擬傳輸爲基礎，主要技術是北美開發的AMPS (Advanced Mobile Phone System)。NMT（北歐移動電話）是當時北歐國家政府控制的公用電話運營商與英國等採用的TACS（全接入通訊系統）共同開發的。基於第一代技術的移動通訊系統只限於語音服務，並首次使普通民衆可以使用移動電話。

第二代移動通訊在1990年代初出現，在無線電鏈路上引入了數字傳輸。雖然目標服務仍然是語音服務，但使用數字傳輸使得第二代移動通訊系統也可以提供有限的數據服務。最初有幾種不一樣的第二代技術，包括由大量歐洲國家聯合開發的GSM（全球移動通訊系統）、D-AMPS（數字AMPS）、PDC（我的數字蜂窩），以及IS-95技術是在較晚的階段發展起來的，基於CDMA的IS-95技術。隨着時間的推移，GSM從歐洲傳播到世界其餘地區，最終在第二代技術中徹底佔據主導地位。主要因爲GSM的成功，第二代系統也把移動電話從仍然只有相對少數人使用的東西變成了做爲世界絕大多數人口生活必要組成部分的通訊工具。即便在今天，在世界上許多地方，GSM是移動通訊的主導技術，在某些狀況下甚至是惟一可用的技術，儘管後來又引入了第三代和第四代技術。

第三代移動通訊（一般稱爲3G）於2000年初出現，隨着3G的出現，向高質量的移動寬帶邁出了真正的一步，實現了快速的無線互聯網接入。這尤爲得益於被稱爲HSPA（高速分組接入）的3G演進。此外，早期的移動通訊技術都設計成在成對頻譜（用於網絡到設備和設備到網絡的獨立頻譜）中運行，基於頻分雙工（FDD），參見第7章，3G首次介紹了基於中國開發的基於時分雙工(TDD)的TD-SCDMA技術的非成對頻譜移動通訊。

從過去的幾年到如今，做爲主導的以LTE位表明的第四代移動通訊。在HSPA的基礎上，LTE在更高的可實現最終用戶數據速率方面提供更高的效率和進一步加強的移動寬帶體驗。這是經過基於OFDM的傳輸來提供，使得傳輸帶寬更寬，多天線技術更先進。此外，雖然3G容許藉助於特定無線接入技術（TD-SCDMA）在非成對頻譜中移動通訊，但LTE支持FDD和TDD操做，即在一個公共無線接入技術中，在成對頻譜和非成對頻譜中操做。藉助LTE，世界已經融合爲單一的全球移動通訊技術，該技術基本上被全部移動網絡運營商使用，並適用於成對頻譜和非成對頻譜。正如第4章中更詳細地討論的那樣，LTE的後期演進也把移動通訊網絡的運行擴展到非受權頻譜。

1.1 3GPP與移動通訊標準化

商定多國技術規範和標準是移動通訊成功的關鍵。這使得不一樣供應商的設備與基礎設施的部署和互操做性得以實現，並使設備和訂閱可以在全球範圍內運做。如前所述，第一代NMT技術已在多國基礎上建立，容許在北歐國家之間的國界上運行設備和訂閱設備。移動通訊技術多國規範/標準化的下一步，是在CEPT內由許多歐洲國家共同開發GSM，後來改名爲ETSI（歐洲電信標準協會）。GSM設備和訂閱設備從一開始就可以在許多國家運營，覆蓋了很是多的潛在用戶。這個龐大的通用市場對設備的可用性產生了深入的影響，致使設備種類數量空前增長，設備成本大幅下降。然而，真正實現全球移動通訊標準化的最後一步是3G技術特別是WCDMA的規範。3G技術工做最初也是在區域基礎上進行的，分別在歐洲（ETSI）、北美（TIA,T1P1）、日本（ARIB）等國家開展，但GSM的成功代表了巨大的技術足跡的重要性。尤爲是設備可用性和成本方面。一樣明顯的是，雖然工做是在不一樣區域標準組織內單獨進行的，但所追求的基本技術有許多類似之處。歐洲和日本尤爲如此，它們正在開發不一樣但很是類似的寬帶CDMA (WCDMA)技術。所以，1998年，不一樣的區域標準化組織彙集在一塊兒，共同建立了第三代夥伴關係項目（3GPP），其任務是完成基於WCDMA的3G技術的發展。後來，一個平行組織（3GPP2）被建立，其任務是開發替代的3G技術cdma2000，做爲第二代IS-95的演進。多年來，兩個組織（3GPP和3GPP2）與各自的3G技術（WCDMA和cdma2000）並存。然而，隨着時間的推移，3GPP徹底佔據了主導地位，儘管它的名字叫3GPP，但4G（LTE和5G）技術的發展仍在繼續。今天，3GPP是惟一一個爲移動通訊制定技術規範的重要組織。

1.2下一代–5G/NR

關於5G移動通訊的討論始於2012年左右。在許多討論中，術語5G被用來指特定的新的5G無線接入技術。然而，5G也常常被普遍地使用，不只指特定的無線接入技術，並且指將來移動通訊所設想的一系列新業務。

1.2.1 5G使用案例

在5G的背景下，人們常常會談論三種不一樣的用例：加強移動寬帶（eMBB）、海量機器類型通訊（mMTC）和超可靠低時延通訊(URLLC) （也見圖1.2）。

• eMBB對應着當今移動寬帶業務的演進，例如經過支持更高的終端用戶數據速率，實現更大的數據量和進一步提高用戶體驗。
• mMTC對應着以海量設備爲特徵的業務，如遠程傳感器、執行器、各類設備的監控等。此類服務的關鍵要求包括很是低的設備成本和很是低的設備能耗，使設備電池續航時間至少可達數年。一般，每一個設備消耗和生成的數據量都相對較少，即支持高數據速率並不重要。
• URLLC類型的服務要求很是低的延遲和極高的可靠性。例如交通安全、自動控制和工廠自動化。

重要的是要理解，將5G用例納入這三種不一樣的類別是有點人爲的，主要目的是簡化技術規範要求的定義。將會有許多用例沒法徹底適應這些類之一。舉個例子，可能有些服務須要很是高的可靠性，但對於這些服務，延遲要求不是那麼關鍵。相似地，可能存在須要很是低成本的設備，可是設備電池壽命很是長的可能不過重要的狀況。

1.2.2 LTE向5G能力演進

LTE技術規範於2009年首次發佈，此後，LTE不斷演進以提供加強的性能和擴展的能力。這包括對移動寬帶的加強，支持更高的實際可達到的終端用戶數據速率以及更高的頻譜效率。還包括擴展LTE的應用場景，特別是支持配有超長使用時長電池的低成本終端，相似於大規模MTC的應用。最近也採起了一些重要措施來下降LTE空口時延。有了這些最終的、正在進行的和將來的演進步驟，LTE的演進將可以支持5G所設想的多種用例。考慮到人們廣泛認爲5G不是具體的無線接入技術，而是由須要支持的Use Case來定義，所以LTE的演進應該被看做是整個5G無線接入解決方案的重要組成部分。見圖1.3。雖然不是本書的主要目的，但第4章提供了LTE演進的當前狀態的概述。

1.2.3 NR：5G新無線接入技術

儘管LTE技術能力很強，但LTE和LTE的演進也沒法知足需求。此外，從LTE開始，通過10多年的技術發展，技術發展使得技術解決方案更加先進。爲了知足這些需求，挖掘新技術的潛力，3GPP發起了NR (New Radio)的新型無線接入技術開發，2015年秋季召開了研討會，2016年春季開始技術工做。2017年末，NR標準首版，知足2018年5G早期商用需求。NR複用了LTE的許多結構和特性。然而，做爲一種新的無線接入技術，NR與LTE演進不一樣，並不受後向兼容性需求的限制。對NR的要求也比對LTE的要求更寬泛，這激發了部分不一樣的技術方案。第2章討論了NR相關的標準化活動，第3章對頻譜進行了概述，第4章對LTE及其演進進行了簡要總結。本書的主要部分（第5-19章）對NR技術規範的現階段進行了深刻介紹。最後，在第20章中對NR的將來發展進行了展望。

1.2.4 5GCN：新的5G核心網

與NR（即新的5G無線接入技術）並行，3GPP也在開發一個新的5G核心網，稱爲5GCN。新的5G無線接入技術將與5GCN鏈接。然而，5GCN也可以爲LTE的演進提供鏈接。同時，當LTE共同以所謂的非獨立模式工做時，NR也能夠經由傳統核心網EPC鏈接，第6章將進一步討論。