5G系統觀 從R15到R18的演進之路

张晨璐

维沃移动通信有限公司（vivo）通信研究院（深圳）总监、团队负责人，广东省“特支计划”专 家，重庆邮电大学硕士研究生导师，香港中文大学（深圳）校外导师。美国培训认证协会（AACTP）认证培训师。毕业于俄罗斯圣彼得堡国立技术大学，从事3GPP 4G、5G移动通信标准化工作14年，对4G、5G物理层技术、L2和核心网技术有较深入的理解。曾牵头或参与10余个国家、省市级的科技专项。个人申请4G、5G技术发明专利220余项，曾获“中国专利奖”。

預備篇：“舊”時代—從歷史到現在

第 1章　歷史的滾滾車輪—移動通信演進史 002

1.1　從0到1的蛻變—電話的發明 002

1.2　“自由”是人類始終的追求—從有線到無線 004

1.3　無線電觸發的百花齊放—從廣播到對講機 004

1.4　一個劃時代的開始—從0G到1G 006

1.5　一次技術的革命—從1G到2G 009

1.5.1　從模擬通信到數字通信 012

1.5.2　GSM的橫空出世 014

1.5.3　CDMA的由來 015

1.6　一次“需求”引發的變革—從2G到3G 018

1.6.1　2G的演進和因特網的興起 018

1.6.2　兩個重要事件 020

1.6.3　3G標準—為移動因特網而生 021

1.7　一次“速度”引發的變革—從3G到4G 024

1.7.1　3G主要技術特徵 024

1.7.2　“姐妹”間的戰爭—3GPP和3GPP2的標準博弈 028

1.7.3　吹響4G的號角 029

1.7.4　4G的底層創新 031

第 2章　歷史車輪留下的印記—移動通信的推動力 037

系統觀 1　移動通信編年演進史 037

系統觀 2　“舊動力”和約束力 039

A. 技術“發動機”—理論的推動力和實現的約束力 039

B. “生理”需求—對容量和覆蓋的追求 041

C. 從“高層次”需求回落到“生理”需求—速度 043

D. 商業“指揮棒”—上層應用的推動和約束 044

E. 思想統一和利益平衡—標準組織的價值 045

F. “青春永駐”的秘密—競爭與創新融合 046

啟航篇：“新”開始—5G R15

第3章　“優雅”的R15 050

3.1　從需求到技術—5G時代的到來 050

3.2　“沒有創新”的R15？ 053

3.2.1　“一力降十會”—NR的速度指標 053

3.2.2　“時間就是金錢”—NR的時延指標 060

3.2.3　“老樹新花”—連接密度和流量密度 075

3.2.4　綠色通信—能源效率 078

3.2.5　“多面手”—業務多樣性 082

系統觀 3　5G在“缺乏創新”條件下的歷史使命 086

第4章　R15“未完成的任務” 088

4.1　5G產業的“陣痛期” 088

4.2　R15“未完成的任務” 090

系統觀 4　5G涌現的“新”趨勢 092

A. 新趨勢之“物的連接” 094

B. 新趨勢之“業務的定製化、彈性和智能化” 095

C. 新趨勢之“低能耗和節能” 096

D. 新趨勢之“技術與市場的滲透和融合” 097

E. 新趨勢之“網絡拓撲異構和接入方式的多樣性” 098

演進篇：“再”出發—從“打補丁”到“築基礎”

第5章　“打補丁”—增強型技術（R16） 102

5.1　隨機接入技術增強 103

5.1.1　2-Step RACH項目背景 103

5.1.2　從“四小步”到“兩大步” 103

5.1.3　隨機接入模式選擇和整體流程 105

5.1.4　2-Step RACH的實現細節 107

5.2　移動性增強 111

5.2.1　移動性增強項目背景 111

5.2.2　雙激活協議棧切換技術 112

5.2.3　基於T312計時器的快速切換失敗恢復技術 112

5.2.4　CHO技術和CPC技術 113

5.3　UE節能 117

5.3.1　UE節能項目背景 117

5.3.2　用一切可用的手段 118

5.3.3　“該休息就休息”—DRX自適應、輔小區休眠技術和快速脫離CONNECTED態技術 119

5.3.4　“降低調度的確定性”—跨時隙調度技術 123

5.3.5　“BWP的深度利用”—最大MIMO層自適應技術 125

5.3.6　“讓睡眠更安穩”—RRM測量放鬆技術 126

5.3.7　“信令支撐”—UE輔助信息上報 129

5.4　交叉鏈路乾擾和遠距離乾擾管理 133

5.4.1　交叉鏈路乾擾和遠距離乾擾管理項目背景 133

5.4.2　“老問題”—交叉鏈路乾擾協調技術 134

5.4.3　“新問題”—遠距離乾擾管理技術 138

系統觀 5　接入網系統的演變 140

A. 分佈式部署和CU/DU分離 140

B. 核心網和接入網解耦 143

5.5　集成接入和回傳技術 145

5.5.1　集成接入和回傳項目背景 145

5.5.2　IAB技術的“前輩”—LTE R10中繼技術 146

5.5.3　R16 IAB技術網絡和協議架構 147

5.5.4　“大手筆”—新增的BAP子層結構與功能 150

5.5.5　IAB-node“集成”流程 152

5.5.6　數據流回傳過程介紹 157

系統觀 6　IAB數據回傳過程串講 163

5.5.7　IAB拓撲的靈活性和魯棒性 165

5.6　多天線技術增強 170

系統觀 7　核心網系統的演變 171

A. 核心網和接入網的角色定位 171

B. 核心網系統從0到1的過程 172

C. 核心網系統從2G到5G的演變 173

5.7　5G網絡SMF和UPF拓撲增強技術 177

5.7.1　5G網絡SMF和UPF拓撲增強技術背景 177

5.7.2　歸屬地路由和跨區域業務連續性 178

5.8　服務化架構增強 181

5.8.1　服務化架構增強項目背景 181

5.8.2　服務通信代理 182

5.8.3　NF集和NF服務集機制 184

第6章　“築基礎”—賦能型技術（R16） 186

6.1　超可靠低時延（URLLC） 186

6.1.1　URLLC項目背景 186

6.1.2　物理下行鏈路控制通道（PDCCH）增強 188

系統觀 8　CORESET和Search Space Set 190

6.1.3　PUSCH重復傳輸 196

6.1.4　反饋增強和UE內優先級處理 199

6.1.5　“為URLLC讓路”—UE間傳輸沖突處理 203

6.1.6　“用資源換時間”—增強可配置調度和SPS 207

6.2　工業物聯網（IIoT） 209

6.2.1　項目信息總覽 209

系統觀 9　R16核心網側的URLLC能力增強 210

A. 5G與TSN系統的集成 210

B. 5G核心網對URLLC的增強支持 214

6.2.2　NR_IIoT中TSN相關增強 216

6.2.3　“用效率換可靠性”—PDCP復制增強 222

6.2.4　UE內優先級和傳輸沖突機制 224

系統觀 10　車聯網技術背景與LTE C-V2X 226

A. 聊聊自動駕駛那些事兒 226

B. 3GPP的競爭者—IEEE 802.11p 229

C. DSRC的強勁對手C-V2X 230

D. LTE階段的C-V2X 232

6.3　5G車聯網技術—上層需求和網絡架構的演進 237

6.3.1　V2X上層需求的演進 238

6.3.2　V2X網絡架構的演進 242

6.4　5G車聯網技術—接入網設計 248

6.4.1　5G V2X物理層結構 249

6.4.2　5G V2X物理層通道 256

6.4.3　5G V2X同步過程 263

6.4.4　5G V2X資源分配 266

6.4.5　Sidelink HARQ重傳 275

6.4.6　5G V2X高層協議和流程 279

系統觀 11　Sidelink V2X通信跨層串講 291

A. V2X應用服務器與V2X應用 293

B. 參考點PC5 294

C. V2X通信流程串聯 295

第7章　“收官之作”—5G第 一階段（R17） 299

7.1　動態頻譜共享 300

7.1.1　LTE和NR共存的尷尬 300

7.1.2　動態頻譜共享實現 301

7.2　多卡設備 303

7.2.1　雙卡UE的尷尬 303

7.2.2　R17多卡項目介紹 304

7.3　終端節能增強 305

7.4　覆蓋增強項目 307

7.4.1　覆蓋需求的變遷和發展 307

7.4.2　解決方案和基本原理 308

7.5　5G多播廣播 310

7.5.1　從無線到有線，再從有線到無線 310

7.5.2　5G多播廣播業務 311

7.6　衛星/非地面網絡（NTN）通信 313

7.6.1　衛星/非地面通信場景與需求 313

7.6.2　R17 NTN相關項目 314

7.7　5G定位增強 317

7.7.1　LTE和R15、R16定位技術發展 317

7.7.2　R17定位增強 319

7.8　5G輕量級（NR RedCap）UE 320

7.8.1　為什麽有了NB-IoT和eMTC還需要5G RedCap 320

7.8.2　R17 RedCap UE項目增強 321

7.9　Sidelink中繼 323

7.9.1　Sidelink中繼技術背景 323

7.9.2　Sidelink Relay網絡架構與協議結構 325

7.9.3　Sidelink Relay發現過程 326

7.10　非激活態小數據發送 328

7.10.1　物聯網場景下數據傳輸技術的探索 328

7.10.2　LTE和5G小數據傳輸技術演進 329

7.11　Sidelink增強 331

7.12　網絡切片增強 333

7.12.1　R16的網絡切片增強 333

7.12.2　R17的網絡切片增強 335

探索篇：“探”未來—從“探索”到“暢想”

第8章　第二階段的“探索”：5G Advanced（R18） 338

8.1　R18整體情況介紹 338

8.2　R18重點技術概況 339

8.2.1　“衛星和非地面網絡”技術族 339

8.2.2　“測距、定位服務”技術族 342

8.2.3　“Sidelink和近場通信”技術族 344

8.2.4　“人工智能和機器學習”技術族 346

8.2.5　“網絡切片”技術族 349

8.2.6　“節能和降低復雜度”技術族 351

8.2.7　其他技術增強 353

系統觀 12　數據中隱含的“變化” 354

A. 中國企業走上3GPP舞臺 354

B. “勤奮的”3GPP 355

C. 新場景和新需求 356

第9章　對“未來”的暢想—6G 357

9.1　6G研究不是只有“研究” 357

9.2　誰才應該是提需求的人？ 358

9.3　“需要的”的技術即合適的技術 362

系統觀 13　新、舊動力和約束力影響下的移動通信技術演進 364

A. 在動力和約束力的推動下的技術演進 364

B. 推動力和約束力的演變 366

C. 是趨勢，更是挑戰—Flexibility 369

後記 375

參考文獻 376