1.3.2 NR非授权频谱接入技术

随着物联网和移动互联网的迅速发展，未来10年（2021—2030年）无线通信技术将渗透到更加宽广的领域和行业中，譬如智能家居、车联网、远程医疗、工业控制、智慧城市/智慧农村等。这需要通信网络能够提供非常高的容量及数据传输速率，以满足用户对交互性和响应的期望。此外，随着移动通信业务量的不断增长，用户对高数据传输速率和无缝移动性的要求越来越高，授权频谱资源短缺问题日益凸显，因此，在5G蜂窝网络中引入非授权频谱特性的必要性不断提高。

对于5G蜂窝网络运营商来说，非授权频谱可以作为授权频谱的有效补充，以帮助解决特定场景中的流量爆炸问题。如图1-9所示，5G非授权频谱的典型应用场景包括密集城区、回传/前传、室内热点、智能交通系统（ITS）/车联网、工厂自动化/IIoT、火车站/机场/体育场馆等人流稠密的热点地区。

图1-9 5G非授权频谱的典型应用场景

目前蜂窝网络已经从4G LTE进入下一个演进阶段，即基于5G NR的新一代移动通信网络。因此，需要将这些5G NR最新的研究成果融入LTE LAA非授权频谱特性的演进中。5G蜂窝通信系统中的非授权频谱接入技术被称为“基于NR的非授权频谱接入（NR-U）”。

2017年3月，5G Rel-16 NR-U研究项目正式成立[14]。但是，为了在2017年年底率先完成NR NSA版本的冻结，NR特性中不重要或无须按时完成的议题、新成立的一些NR研究项目/工作项目都延后研究。因此，直到2018年2月RAN1第92次会议，3GPP才开始正式讨论Rel-16 NR-U SI相关内容。2018年12月，5G Rel-16 NR-U工作项目正式成立[15]，开启5G Rel-16 NR-U的标准化工作。2020年7月3日，3GPP宣布5G标准的第二版规范Rel-16冻结。相应的，Rel-16位于低频段（5～7GHz）非授权频谱接入技术的研究和标准制定工作也已完成。在后续的工作组会议上，3GPP主要讨论Rel-16 NR-U的一些不完善之处。

从2020年5月开始，3GPP开始进入Rel-17高频段（52.6～71GHz，其中包括授权频段和非授权频段）技术的研究和标准制定工作中[16,17]，并且在IIoT/URLLC等课题[18]中同步开展对非授权频谱接入技术的研究（主要研究内容包括UE发起的信道占用）。2020年12月，Rel-17 NR高频段（52.6～71GHz）研究项目完成，并根据研究项目达成的结论修改了原工作项目[17]计划研究的内容，新的工作项目研究内容在12月RAN第90-e次全会上被批准[19]。2021年12月，Rel-17 NR高频段（52.6～71GHz）工作项目在RAN1的标准化工作完成，整个Rel-17标准在2022年6月被冻结。此外，在2022年启动研究的Rel-18中，直连链路通信、定位、无人机等课题均包括研究非授权频谱接入下的增强。

蜂窝网络非授权频谱接入技术演进史如图1-10所示，共包括5个阶段，跨越了两代移动通信技术。

图1-10 蜂窝网络非授权频谱接入技术演进史

5G NR-U（Rel-16 NR-U、Rel-17 NR-U）沿用了4G LTE LAA的部分设计思路，同样引入了LBT（先听后说）机制来保证NR-U设备与同系统设备、异系统设备之间的公平共存。与4G LTE LAA相比，5G NR-U所使用的非授权频段的载波带宽可以更宽，对于Rel-16 NR，其除能使用与4G LTE LAA相同的20MHz带宽以外，还可以使用40MHz、60MHz及80MHz带宽。对于Rel-17 NR-U，其可以使用100MHz、400MHz、800MHz、1600MHz甚至2000MHz带宽。与小带宽的载波相比，当需要达到Gbit/s级别数据传输速率时，5G NR-U会降低gNB或UE侧的实现复杂度，它也可以支持更大规模的连接和更多的用户数。此外，5G NR-U与4G LTE LAA相比，支持更多的场景，不仅包括载波聚合，还包括双连接及独立组网等场景，这使得非授权频段的网络部署可以不再依赖于授权频段。

需要说明的是，Rel-16 NR-U工作在sub-7GHz频段，该频段隶属于Rel-15 NR定义的FR1（频率范围1）频段（410MHz～7.125GHz），因此Rel-16 NR-U可以基于Rel-15 NR现有的成熟协议进行设计。而Rel-17 NR高频工作项目针对的是52.6～71GHz频段，该频段既不属于FR1频段，又不属于FR2-1频段（24.25～52.6GHz），是3GPP标准化尚未涉及的一个全新频段，并且在该频段中既包含授权频段，又包含非授权频段。因此，在Rel-17 NR高频工作项目中，授权频段和非授权频段的设计是同步考虑的。从标准化的复杂性角度出发，两者尽量寻求能够公用的设计。

基于5G NR的非授权频谱接入作为授权频谱接入的有力补充，能够进一步丰富5G的使用场景和潜在用例，更好地满足eMBB、URLLC、mMTC等不同场景和业务的应用需求，从而有助于实现5G万物互联的通信需求，促进5G更快速的发展。5G NR-U为运营商降低运营成本、增强覆盖、提高系统容量及使用非授权频谱开展新业务提供了新的可能。3GPP将在5G演进版本中继续完善和增强5G NR-U，支持更高的非授权频段、更宽的频带及应用于更多场景，5G NR-U的发展前景非常广阔。