今天， 5G就像一幅抽象畫，每個人都有不同的理解。本文希望通過簡述5G首版標準R15，為你展現(xiàn)一個最真實的5G。
5G定義了增強型移動寬帶（eMBB）、超可靠低延遲通信（URLLC）、大規(guī)模機器類型通信（mMTC）三大場景。
針對這三大場景，在2018年6月已完成的3GPP R15標準不僅定義了5G NR（新無線）以滿足5G用例和需求，還定義了新的5G核心網(wǎng)（5GC），以及擴展增強了LTE / LTE-Advanced功能。
一張圖看懂系列之5G R15標準…
5G NR
R15 5G NR主要針對eMBB和URLLC兩大場景定義了新規(guī)范。
eMBB
針對eMBB場景，NR主要定義了三大類技術：高頻/超寬帶傳輸、Massive MIMO、靈活的幀結構和物理信道結構。
高頻/超寬帶傳輸
高頻： NR指定了兩大頻段范圍FR1和FR2，F(xiàn)R1（450MHz-6GHz），F(xiàn)R2（24.25GHz-52.6GHz）。
超寬帶：FR1的信道/單載波帶寬高達100MHz，F(xiàn)R2的單載波帶寬高達400MHz。
此外，物理層還支持載波聚合（CA）和雙連接技術，可聚合多達16個載波，以實現(xiàn)更高速傳輸。
LTE頻段不高于3GHz，單載波帶寬僅為20MHz，因此，高頻和超寬帶是5G與4G的主要區(qū)別。
既然NR引入了更高更寬的頻段，由于高頻信號對多徑衰落和相位噪聲更敏感，如果像LTE一樣，所有頻率的OFDM子載波間隔都相同，顯然已無法適應，因此，NR還支持15，30，60和120kHz多個OFDM子載波間隔來進行數(shù)據(jù)傳輸。
Massive MIMO
Massive MIMO標準化工作定義了諸如參考信號設計、波束管理等技術，以期在基站上支持多達256個天線單元，在終端側支持多達32個天線單元，以在高頻段中實現(xiàn)大規(guī)模MIMO傳輸。
為了實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，下行最高支持單用戶8層和多用戶12層MIMO傳輸，上行最高支持單用戶4層MIMO傳輸。
對于高頻段，波束賦形是一項關鍵技術，它可以增強覆蓋范圍。在4G時代，由于使用頻段較低，可采用數(shù)字波束賦形技術實現(xiàn)，其波束賦形在數(shù)字域中生成，但這種方式無法應對5G高頻段Massive MIMO， 5G NR采用了數(shù)字和模擬混合實現(xiàn)波束賦形。
靈活的幀結構/物理信道結構
如前所述，NR支持多個子載波間隔，在頻域上子載波間隔可更寬，在時域上OFDM符號可更短，比如，LTE的子載波間隔為15KHz，現(xiàn)在5G NR的子載波間隔可達120KHz，相對LTE，OFDM符號長度縮短了八分之一，從而可實現(xiàn)更低時延傳輸。
5G NR還可靈活改變控制和數(shù)據(jù)信道的分配單元中的OFDM符號數(shù)量，并可根據(jù)上下行業(yè)務比率靈活改變幀結構中的上下行時隙比。
URLLC
URLLC旨在支持或協(xié)助完成一些近實時和高可靠性需求的關鍵任務型業(yè)務，比如自動駕駛、工業(yè)機器人和遠程醫(yī)療等。
如前所述，通過使用更寬的子載波間隔并減少OFDM符號數(shù)量可實現(xiàn)更低時延的通信，另一方面，為了實現(xiàn)高可靠性，R15還為URLLC定義了新的CQI（信道質量指示符）和MCS（調制和編碼方案）。
mMTC 針對mMTC場景，LTE / LTE-Advanced功能增強主要包括：
無人機終端檢測/干擾抑制
無人機正廣泛應用于各行各業(yè)，但存在飛行范圍有限、難于監(jiān)管等問題，未來接入移動通信網(wǎng)絡的聯(lián)網(wǎng)無人機是必然趨勢。為了應對未來需求，3GPP已研究通過LTE / LTE-Advanced網(wǎng)絡為無人機終端提供廣域通信支持。
由于無人機聯(lián)網(wǎng)后，會引入從無人機到基站的上行鏈路干擾問題，R15為無人機終端定義了開環(huán)功率控制參數(shù)。此外，還研究了通過移動通信網(wǎng)絡來檢測無人機是否獲得飛行許可證。
增強型LTE-M和NB-IoT
R15進一步增強了蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術LTE-M和NB-IoT的功能，主要是增加了TDD支持和低功耗能力。
（a）空閑模式省電技術（喚醒信號）
為 降低空閑模式下的功耗，R15定義了新的喚醒信號。通常處于空閑模式下的物聯(lián)網(wǎng)終端會周期性地解碼下行控制信道以獲得尋呼信息，由于在信道解碼之前終端并 不知道是否有尋呼消息，這個過程必須定期執(zhí)行，這會增加功耗，因此，R15定義了一種檢測喚醒信號的簡單過程，讓物聯(lián)網(wǎng)終端可直接確定是否有尋呼消息，不 必再周期性解碼，從而進一步降低功耗。
（b）減少小數(shù)據(jù)包時延
很多物聯(lián)網(wǎng)應用傳送的是極小的數(shù)據(jù)包，比如智能抄表，針對這些應用，R15定義了在隨機接入過程中直接添加小數(shù)據(jù)包傳送，從而減少通信時延。
（c）TDD支持
在R13和R14版本中，LTE-M和NB-IoT只支持FDD模式，R15增加了支持TDD模式。
增強型V2X（車聯(lián)網(wǎng)）
R15對R14發(fā)布的V2X通信功能進行了擴展。為了提高V2X通信的數(shù)據(jù)速率和帶寬，CA被引入到模式4，讓終端能從資源池中自主選擇傳輸資源。同時，還增加了對64QAM調制方式的支持，并新增了新的終端性能規(guī)范以滿足低延遲要求。
URLLC for LTE
4G網(wǎng)絡也要能支持VR、自動駕駛等低時延業(yè)務，為此，R15定義了在LTE / LTE-Advanced上實現(xiàn)低延遲高可靠通信的功能。
主要包括：
提升下行控制信道和上下行數(shù)據(jù)信道傳輸質量
在傳統(tǒng)的下行控制信道中，PCFICH（物理控制格式指示信道）用來指明PDCCH在子幀內所占用的符號個數(shù)，需檢測PCFICH信道 識別PDCCH OFDM符號數(shù)量，然而，在這種情況下，整個下行鏈路控制信道的質量受到PCFICH錯誤檢測的約束，為此，R15指定了一種改善下行控制信道質量的辦 法，通過更高層信令直接通知PDCCH OFDM符號數(shù)量，從而避免受PCFICH檢測錯誤的影響。
降低LTE時延
為了降低時延，新的short TTI被定義。傳統(tǒng)LTE的1ms TTI包含2個時隙，14個OFDM符號，每個時隙由7個OFDM符號組成，基于Short TTI，可實現(xiàn)2~3個OFDM符號調度，從而可將空口單向時延從10ms降低到1ms。
同時，還降低了從接收到數(shù)據(jù)到發(fā)送HARQ反饋之間的處理時延，以及從接收到下行控制信道到上行數(shù)據(jù)發(fā)送之間的處理時延，從之前的最小值4毫秒降至3毫秒。
5GC
眾所周知，從無線或終端側的角度看，5G組網(wǎng)包含了獨立組網(wǎng)（SA）和非獨立組網(wǎng)（NSA）。
簡單解釋：
NSA，就是終端通過多種無線接入技術（比如LTE和NR）連接到移動通信網(wǎng)絡，若終端通過LTE和NR連接到移動通信網(wǎng)絡，這就叫“雙連接”；SA，就是終端只通過一種無線接入技術連接到移動通信網(wǎng)絡。
從核心網(wǎng)側的角度，針對獨立組網(wǎng)和非獨立組網(wǎng)，5GC（5G核心網(wǎng)）也將提供兩種解決方案：EPC擴展方案和5GC方案。
EPC擴展方案
EPC擴展方案支持EPC雙連接，其主要特征是，利舊4G基站（eNB）與EPC之間的S1接口和終端與EPC之間的非接入層接口（NAS），以盡量減少對4G核心網(wǎng)設備的改造，使能快速地引入5G NR。
一 方面，5G早期語音業(yè)務和蜂窩物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務需要依靠已實現(xiàn)連續(xù)覆蓋的4G LTE網(wǎng)絡來承載；另一方面，由于5G NR頻段更高，早期僅限于局部部署基站，難以快速形成連續(xù)覆蓋，因此，一些運營商為了盡早引入5G來提升網(wǎng)絡容量，會采用EPC雙連接的部署方式，通過現(xiàn) 有4G核心網(wǎng)的EPC設備來繼續(xù)提供4G數(shù)據(jù)、VoLTE和蜂窩物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務，并引入5G NR來滿足高清視頻一類的大流量業(yè)務需求。
不過，既然引入了5G NR，考慮以后的5G套餐、漫游等問題，4G EPC當然不能保持原狀不動，它還需要引入一些新功能以靈活地提供5G NR服務。
這些新功能指5G NR服務識別（控制）功能，主要包括：
•5G區(qū)域通知功能
當終端連接網(wǎng)絡時，比如attach，核心網(wǎng)會確認該用戶是否辦理5G套餐，如果已辦理，再基于基站小區(qū)配置信息，確定該終端是否在5G NR覆蓋區(qū)域，是否能為終端提供5G NR連接。
•5G NR連接決策功能
如上所述，若終端用戶辦理了5G套餐，覆蓋基站也支持5G NR，接下來就是為5G終端建立5G NR連接了。
•5G網(wǎng)關（GW）選擇功能
核心網(wǎng)將提供轉為5G容量而優(yōu)化的GW設備，并優(yōu)先考慮將支持5G NR的終端連接到該GW設備。
•5G數(shù)據(jù)報告功能
在LTE與NR雙連接模式下，基站會根據(jù)無線環(huán)境等因素向4G基站和5G基站靈活分配數(shù)據(jù)流量，還需計數(shù)5G基站到底傳送了多少數(shù)據(jù)流量，并報告給核心網(wǎng)。
5GC方案
5GC，即5G核心網(wǎng)，有了5G核心網(wǎng)，就不再沿用4G核心網(wǎng)了。值得一提的是，5G核心網(wǎng)變化很大，可以說是一種顛覆性設計。
5G核心網(wǎng)基于服務化、軟件化架構，并通過網(wǎng)絡切片、控制/用戶面分離等技術，使能網(wǎng)絡定制化、開放化和服務化，以面向萬物互聯(lián)和各行各業(yè)。
SBA（Service Based Architecture），即基于服務的架構，它基于云原生（Cloud Native）構架設計。云原生主要由微服務、DevOps和以容器為代表的敏捷基礎架構等幾部分組成，目標是實現(xiàn)交付的彈性、可重復性和可靠性。
5G核心網(wǎng)基于服務的接口和API，使能運營商面向各個行業(yè)敏捷創(chuàng)建“網(wǎng)絡切片”，使得未來運營商的角色從“管道”轉變?yōu)?ldquo;平臺提供商”。
5GC不僅支持連接5G基站，還支持連接4G基站，不過，連接5GC的4G基站不再叫eNB，而是叫ng-eNB，它與5G基站共同使用新的N2接口。
此外，還將提供語音回落技術，當終端進行VoLTE語音呼叫時，終端將連接到4G EPC。