|1.4 关于5G的标准|

1.4.1 ITU和3GPP

5G最重要的标准化组织有ITU和3GPP。其中，ITU是联合国负责国际电信事务的专业机构，其下分为电信标准化部门（ITU-T）、无线电通信部门（ITU-R）和电信发展部门（ITU-D），每个部门下设多个研究组，每个研究组下设多个工作组，5G的相关标准化工作是在ITU-R WPSD下进行的。ITU-R WPSD是专门研究和制订移动通信标准IMT（包括IMT-2000和IMT-Advanced）的组织，根据ITU的工作流程，每一代移动通信技术国际标准的制订过程包括业务需求、频率规划和技术方案3个部分，目前对5G的时间表已经确定了3个阶段：第一个阶段截至2015年年底，完成IMT-2020国际标准前期研究，重点是完成5G宏观描述，包括5G的愿景、5G的技术趋势和ITU的相关决议，并在2015年世界无线电大会上获得必要的频率资源；第二个阶段是2016—2017年年底，主要完成5G性能需求、评估方法研究等内容；第三个阶段是收集5G的候选方案。而3GPP是一个产业联盟，其目标是根据ITU的相关需求，制订更加详细的技术规范与产业标准，规范产业行为。

3GPP（the 3rd Generation Partnership Project）是领先的3G技术规范机构，是由欧洲的ETSI、日本的ARIB和TTC、韩国的TTA以及美国的T1在1998年年底发起成立的，旨在研究制订并推广基于演进的GSM核心网络的3G标准，即WCDMA、TD-SCDMA、EDGE等。中国无线通信标准组（CWTS）于1999年加入3GPP。3GPP的会员包括组织伙伴、市场代表伙伴和个体会员3类。3GPP的组织伙伴包括欧洲的ETSI、日本的ARIB和TTC、韩国的TTA、美国的T1和中国通信标准化协会6个标准化组织。3GPP市场代表伙伴不是官方的标准化组织，它们是向3GPP提供市场建议和统一意见的机构组织。TD-SCDMA技术论坛的加入使得3GPP合作伙伴计划市场代表伙伴的数量增加到6个，包括GSM协会、UMTS论坛、IPv6论坛、3G美国（3G Americas）、全球移动通信供应商协会（The Global Mobile Supplier Association）。

中国无线通信标准组（CWTS）于1999年6月在韩国正式签字，同时加入3GPP和3GPP2，成为这两个组织的伙伴。在此之前，我国是以观察员的身份参与这两个组织的标准化活动。

1.4.2 3GPP的几个阶段性标准

根据3GPP此前公布的5G网络标准制订过程，5G整个网络标准分几个阶段完成，如图1-4所示。

2017年12月21日，在国际电信标准组织3GPP RAN第78次全体会议上，5G NR（New Radio）首发版本正式发布，这是全球第一个可商用部署的5G标准。非独立组网的NSA 5G标准被冻结，但这只是一种过渡方案，仍然依托4G基站和网络，只是空口采用5G，算不上真正的5G标准，大家都在等待独立组网标准。非独立组网标准的确立，可以让一些运营商在已有的4G网络上进行改造，在不进行大规模设备替换的前提下，将移动网速提升到5G网络，即1000Mbit/s的速率。

R15阶段重点满足增强移动宽带（eMBB）和低时延高可靠（uRLLC）应用需求，该阶段又分为两个子阶段：第一个子阶段，5G NR非独立组网特性已于2017年12月完成，2018年3月冻结；第二个子阶段，5G NR独立组网标准于2018年6月14日冻结。2018年6月，已经完成了5G独立组网（SA）标准，支持增强移动宽带和低时延高可靠物联网，完成了网络接口协议。现在的R15 5G标准只能算是第一阶段，重点满足增强移动宽带（eMBB）和低时延高可靠（uRLLC）应用需求，可用于设计制造专业5G设备以及网络建设，单独建立一张全新的5G网络，可以满足超高视频、VR直播等对移动带宽的要求，而无人驾驶、工业自动化等需要高可靠连接的业务也有了网络保证。

5G第二个标准版本R16计划于2019年12月完成，2020年3月冻结，全面满足eMBB、uRLLC、大连接低功耗场景mMTC等各种场景的需求。可以说，预计2020年3月形成的5G标准才是完整的5G标准。

5G技术标准由3GPP确定之后，还需要经过ITU认定。“一定程度上， ITU成员代表的是其所在国及政府的立场，ITU的会议通过，某种程度上相当于‘盖章’认定，代表一项标准的方案被承认为最后的官方结果，也意味着这一国际标准的正式确定”。2019年年底前最终完成的R16标准，将添加支持大规模物联网的场景。当前NB-IoT是主流且已商用的物联网网络，但其缺点在于时延较长，类似智能水表、电表数据传输量小，对网络等待时间要求也不高的场景，使用NB-IoT相当合适。但对于智能血压计等对时延要求较高的应用，mMTC更加适合。而真正完整的R16标准，除了前两个需求外，还应该要满足大连接低功耗场景mMTC等各种场景的需求。届时，整个5G组网方案才会全部被确定，各种终端设备才可能陆续大规模商用化。

1.4.3 解读3GPP R15

2018年6月14日，在美国圣地亚哥举办的600多名ICT行业代表参与的3GPP全会批准了首个5G独立组网（SA）标准，这意味着3GPP首个完整的5G标准R15正式落地，5G产业链进入商用阶段。

3GPP正式最终确定5G第二阶段标准（R16）的15个研究方向。

（1）对5G第一阶段标准（R15）中MIMO的进一步演进：在5G第二阶段标准（R16）中，必须对R15中MIMO进行进一步增强，多用户MIMO（MU-MIMO）增强、multi-TRP增强、波束管理增强。

（2）52.6GHz以上的5G新空口：5G第二阶段标准（R16）将对5G系统使用52.6GHz以上的频谱资源进行研究。

（3）5G NR与5G NR之“双连接”：5G第一阶段标准（R15）定义了EUTRA-NR双连接、NR-EUTRA双连接、NR-NR双连接，但不支持异步的NR-NR双连接。而5G第二阶段标准（R16）将研究异步的NR-NR双连接方案。

（4）无线接入/无线回传“一体化”： 随着5G网络密度的增加，无线回传是一种潜在的方案。基于5G新空口的无线回传技术研究已在R15阶段启动， 3GPP将在R16阶段继续研究并考虑无线接入/无线回传联合设计。

（5）工业物联网：5G第二阶段标准（R16）将进一步研究URLLC（超高可靠与低时延通信）增强来满足诸如“工业制造”“电力控制”等更多的5G工业物联网应用场景。

（6）5G新空口移动性增强，5G第一阶段标准（R15）只是定义了5G新空口独立组网（SA）移动性的基本功能，而5G第二阶段标准（R16）将对上述5G新空口的移动性进一步增强。研究内容包括提高移动过程的可靠性、缩短由移动导致的中断时间。

（7）基于5G新空口的V2X：目前，3GPP已经完成了LTE V2X标准、R15 eV2X标准。5G第二阶段标准（R16）将研究基于5G新空口的V2X技术，使得其满足由SA1定义的“高级自动驾驶”应用场景，与LTE V2X形成“互补”。

（8）5G新空口的新型定位方式：虽然5G第一阶段标准（R15）已支持“RAT-independent”定位，但3GPP刚刚确定5G第二阶段标准（R16）将研究更精确的定位技术，包括“RAT-dependent”以及混合定位技术。

（9）非正交多址接入（NOMA）：面向5G的NOMA有多种候选技术。而R16将研究潜在的技术方案并完成标准化工作。

（10）基于非授权频谱的5G新空口部署（5G NR-U）：在5G第二阶段标准（R16）中，5G NR-U需可利用非授权频谱提升5G系统容量。

（11）非地面5G网络：非地面5G网络是指利用卫星或者高空平台来提供5G通信服务。5G第二阶段标准（R16）将研究面向“非地面5G网络”的物理层的控制机制、随机接入和HARQ切换、系统架构等。

（12）远程干扰管理+交叉链路干扰抑制：5G系统多在TDD系统中，而由于大气波导现象，本地5G基站的上行信号会受到远端5G基站下行信号的干扰。5G第二阶段标准（R16）将研究如何识别造成强干扰的远端5G基站，以及如何进行干扰抑制。

（13）5G新空口终端功耗：5G大带宽等特性对5G终端的功耗提出了较大挑战，这将比较严重影响用户的体验。于是，5G第二阶段标准（R16）将研究5G终端工作在“CONNECTED”模式下如何降低功耗。

（14）5G终端能力：5G第二阶段标准（R16）将研究5G终端上报“终端能力”并降低5G终端上报信令开销的方法。

（15）5G新空口以无线接入网为中心的数据收集与利用：5G第二阶段标准（R16）将研究SON、MDT等技术。

2018年6月发布的SA标准完成了5G核心网架构，实现了5G独立组网。SA标准可以实现5G的高可靠、超低时延、高效率等特性，这是将5G渗透到医疗、工业互联网、车联网等行业的核心属性。

此次独立组网标准的冻结，让5G确定了全新的网络架构和核心网，将让网络向IT化、互联网化、极简化、服务化转变。

在IT化方面，全软件化的核心网实现了统一的IT基础设施和调度。功能软件化、计算和数据分离是代表性的技术。传统“网元”重构为5G的“网络功能”，以“软件”的形式部署，充分发挥云化、虚拟化技术的优势。将处理逻辑和数据存储分离，更便于提升系统的可靠性、动态性、大数据分析的能力。

在互联网化方面，从固定网元、固定连接的刚性网络到动态调整的柔性网络。服务化架构（SBA，Service-based Architecture）、新一代核心网协议体系（基于HTTP2.0/JSON）是其代表性技术。SBA的设计是由模块化、可独立管理的 “服务”来构建的。服务可灵活调用、灰度发布，实现网络能力的按需编排和快速升级。传统电信特有的接口协议代之以互联网化的API调用，使得5G网络更加开放、灵活。

在极简化方面，极简的转发面提高性能，集中灵活的控制面提升效率。C/U分离（控制面和用户面分离）、新型移动性及会话管理是其代表性技术。通过C/U分离，一方面实现控制面集中部署、集中管控、集中优化，另一方面实现用户面功能简化，实现高效、低成本、大流量的数据转发。移动性管理和会话管理解耦，使得终端可以按需建立会话连接，节省了网络地址和存储资源。同时，针对不同的终端类型定义了多种类型的移动性管理，简化了终端和网络的状态。

在服务化方面，从通用化服务到个性化、定制化服务。网络切片（Network Slicing）、边缘计算（Edge Computing）是其代表性技术。网络切片提供定制化、逻辑隔离、专用的端到端虚拟移动网络（包括接入网、核心网），是5G面向垂直行业、实现服务可保障的基本技术形式。而边缘计算将网络的功能应用靠近用户部署，使得极致的低时延、本地特色应用成为可能，是5G满足如智能工厂等垂直行业业务需求的重要基础。

同时，在无线侧，5G NR为设计、架构、频段、天线4个方面带来新变化。

在设计上，与以往通信系统不同，通信行业和垂直行业的跨界融合是5G发展的关键之一。为满足垂直行业的各种差异性需求，并应对部署场景的多样性与复杂性，5G在帧结构等方面提出了全新的设计。与4G相比，5G提供了更多可选择的帧结构参数，可根据5G基础通信业务、物联网和车联网等多样化应用场景，以及宏基站、小基站等不同网络部署需求灵活地配置，通过“软件定义空口”的设计理念使无线信号“量体裁衣”，通过同一个空口技术来满足5G多样化的业务需求，大幅提升5G网络部署的效率。

在架构上，为了使组网方式更加灵活并提升网络效率，5G引入了接入网CU（中心单元）/DU（分布单元）分离的无线接入网架构，可将基站的功能分成实时处理的DU部分和非实时处理的CU部分，从而使得中心单元CU可以部署到集中的物理平台，以承载更多的小区和用户，提升了小区间协作和切换的效率。

在频段上，5G系统需要不同频段来共同满足其覆盖、容量、连接数密度等关键性能指标要求。因此，与4G不同的是，5G通过灵活的参数设计（子载波间隔和CP长度等），可支持更大范围的频率部署，包括6GHz以下以及6GHz以上的毫米波频段。其中，6GHz以下频段主要用于实现5G系统的连续广域覆盖，保证高移动性场景下的用户体验以及海量设备的连接；而6GHz以上频段能够提供连续较大带宽，可满足城市热点、郊区热点与室内场景极高的用户体验速率和极高容量需求。

在天线上，5G支持大规模天线以大幅度提升系统效率。大规模天线实现三维的波束赋形，形成能量更集中、覆盖更立体、方向更精准的波束。在大规模天线的架构下，波束扫描与波束管理等多个5G先进技术成为可能，网络覆盖及用户体验的顽健性可得到进一步的提升，实现更好的控制信道和业务信道的覆盖平衡。