新年好！這是兔年的第一篇頭條文章，小編祝大家新年快樂，萬事如意。相信疫情的陰霾很快就會過去，曙光就在前方！

在今天的副條里，小編也給大家準備了新年福利，歡迎大家領(lǐng)取。今后我們會在公眾號，視頻號，B站號持續(xù)輸出優(yōu)質(zhì)的干貨文章，希望大家一如既往地關(guān)注是德科技。

言歸正傳，5G自正式商用以來已有3年的時間，是有史以來部署最快的移動通訊技術(shù)，全球約有230家運營商推出商用網(wǎng)絡(luò)，且越來越多的運營商正在積極籌備中。同時5G也不斷滲透到了toB的垂直行業(yè)應(yīng)用，5G創(chuàng)立之初的愿景正在慢慢變?yōu)楝F(xiàn)實。

這其中中國無疑是走在了世界的前列，根據(jù)工信部數(shù)據(jù)顯示，截止2022年第三季度，中國5G基站數(shù)達到222萬個，占全球5G基站總數(shù)的60%以上，同時5G套餐用戶數(shù)也已突破10億大關(guān)。且擁有超過10000項目商用服務(wù)，涵蓋從采礦到醫(yī)療健康等各種垂直行業(yè)。

在5G標準演進方面，隨著去年6月Release17正式凍結(jié)，5G標準進入到了5G Advanced（5.5G）的階段，正在為6G鋪平道路，在這樣一個關(guān)鍵的時間點，小編匯總了從Release15到Release18的重點內(nèi)容，希望向大家清晰地展示5G標準演進的脈絡(luò)和技術(shù)走向，在研究學(xué)習(xí)，開發(fā)測試，生產(chǎn)制造等涉及5G的領(lǐng)域能夠?qū)Υ蠹矣兴鶐椭?/p>

由于篇幅較長，在開篇羅列了本文涉及的核心內(nèi)容，大家可以按需瀏覽：

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5G市場概況及3GPP 5G標準時間線

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Rel-15：5G開端，奠定基礎(chǔ)

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Rel-16：優(yōu)化性能，行業(yè)賦能

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Rel-17：擴展邊界，探索用例

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Rel-18：開啟5.5G，鋪路6G

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全文總結(jié)

5G市場概況

及3GPP 5G標準時間線

根據(jù)ABI Research的數(shù)據(jù)，5G用戶正在以前所未有的速度增長，在商用不到2年時間內(nèi)就達成1億用戶的里程碑，在3GPP就緒不到1年時間內(nèi)，第一批5G設(shè)備就已經(jīng)開發(fā)完成。造成這種爆發(fā)式增長的原因一方面來自于數(shù)字化對于數(shù)據(jù)的需求，另一方面來自于技術(shù)的突破，比如毫米波和Massive MIMO。

來自GSA的數(shù)據(jù)，5G終端呈多樣化分布，其中手機雖然占比過半，但是3GPP為開發(fā)5G更多的新場景，例如非地面網(wǎng)絡(luò)，AR/VR，元宇宙，對模組和其他設(shè)備類型的需求逐年提升，手機的份額預(yù)計會進一步萎縮。

下表是3GPP的技術(shù)時間線，按照3GPP以往的風(fēng)格，5G標準應(yīng)該會分為兩個階段，Rel-15~Rel-17為第一階段，Rel-18~Rel-20為第二階段，到2022年底，已經(jīng)通過了Rel-16的開發(fā)階段，其功能已經(jīng)開始在新的芯片組和設(shè)備中商用。同時，Rel-17現(xiàn)在已經(jīng)凍結(jié)，等待測試要求的完成。ASN.1的完成，可以觸發(fā)Rel-17新功能的互操作性測試，是德科技正在主導(dǎo)與芯片組的合作，推動這些功能盡快推向市場。展望未來，Rel-18標準化工作已經(jīng)開始，預(yù)計將在2024年中期達到成熟的狀態(tài)，屆時芯片組合作階段將開始。

下面小編會解讀從Rel-15到Rel-18的協(xié)議重點，理清整體脈絡(luò)和演進邏輯。

Rel-15：

5G開端，奠定基礎(chǔ)

（2018年6月凍結(jié)）

5G自設(shè)計之初有一個大膽的愿景：它遠不只是移動網(wǎng)絡(luò)的下一次迭代。

因此5G 定義了三個應(yīng)用場景：增強型移動寬帶eMBB；海量機器類通信（mMTC）；超高可靠性低延時通行（URLLC）。Rel-15是第一個可實施的5G標準，為未來發(fā)布5G特性奠定基礎(chǔ)。

Rel-15側(cè)重于eMBB的高速率和大容量需求。該版本指定了一種新空中接口（5G NR），用于實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)吞吐量，并為低時延和更高可靠性應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。使用最高52.6 GHz的毫米波(mmWave)頻譜是提高數(shù)據(jù)吞吐量的關(guān)鍵之舉。這些更高頻率上有更多的連續(xù)頻譜，可用于通過信道發(fā)送更多數(shù)據(jù)。下圖列出了Rel-15中部分關(guān)鍵技術(shù)和優(yōu)勢。

低時延：URLLC使用場景可以通過“微時隙”這樣一個概念來部分實現(xiàn)。一個標準時隙包含14個正交頻分復(fù)用(OFDM)符號。隨著子載波間隔增加，時隙的持續(xù)時間會縮短。微時隙的持續(xù)時間比標準時隙短，可以位于時隙內(nèi)的任何位置。一個微時隙只有兩個、四個或七個OFDM符號長。使用微時隙，幀可以立即開始而無需等待到達時隙起始邊界，因此可以確保低時延。

靈活性：在5G NR中，F(xiàn)R1（最高7.125 GHz）的最大載波帶寬為100 MHz，F(xiàn)R2（24.25至52.6 GHz）的最大載波帶寬為400 MHz。標準允許聚合多個載波來獲得最寬800 MHz的信道帶寬。5G NR針對帶寬部分進行了創(chuàng)新，將載波進行細分，分別用于不同目的。每個帶寬部分都有自己的參數(shù)集，并且可以單獨發(fā)送信號。一個載波可以使用混合參數(shù)集來支持免許可頻段的業(yè)務(wù)和混合的服務(wù)等級，例如節(jié)能或參數(shù)集的復(fù)用。

可靠的信道：5G NR使用循環(huán)前綴OFDM (CP-OFDM)波形格式。這種格式可以同時在下行鏈路(DL)和上行鏈路(UL)中使用。由于在UL 和DL中使用了相同的波形，因此未來的版本可以更輕松地實現(xiàn)設(shè)備到設(shè)備通信等功能。

更大吞吐量：5G通過多種方式顯著提高了吞吐量。例如：通過更大的整體信道帶寬使通信系統(tǒng)能夠通過空口發(fā)送更多數(shù)據(jù)；空間復(fù)用通過多個天線在指定時間以指定頻率發(fā)送多個獨立數(shù)據(jù)流，并使用增強的信道反饋。（參考下圖）

是德科技E7515B UXM 5G 無線測試解決方案是一個高度集成的信令測試平臺，支持多制式堆棧并提供了強大的處理能力和豐富的射頻資源。E7515B UXM 5G 無線測試解決方案支持Rel-15和更高版本標準，讓您能夠在非獨立組網(wǎng)（NSA）、獨立組網(wǎng)（SA）等不同的 5G 新空口（NR）部署模式下以及 FR1 和 FR2 頻段內(nèi)與被測器件（DUT）建立 5G 通話。

Rel-16：

優(yōu)化性能，行業(yè)賦能

（2020年7月凍結(jié)）

Rel-16的工作主要有兩個方面：

一方面，改善Rel-15的基礎(chǔ)，圍繞現(xiàn)有的5G eMBB功能上提升效率，例如在節(jié)電、通過CA/DC和MIMO改進數(shù)據(jù)速率和新類型的移動場景等方面進行改進。

另一方面是關(guān)于啟用新的垂直領(lǐng)域場景，如工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與更多的URLLC，支持非授權(quán)頻譜的NR-U。

參考下圖，Rel-16的功能定義被分為多個工作項目：

在基礎(chǔ)擴展部分，不同領(lǐng)域都有改進，在這里我選幾個重點領(lǐng)域展開講一下：

首先是省電，電池壽命和減少能量消耗是標準化工作的一個主要方面。眾所周知，這是用戶體驗中的關(guān)鍵KPI，也是我們購買新手機時的關(guān)鍵因素。除了對消費者用戶體驗的影響外，智能手機的功耗還受到關(guān)注，也是消費電子產(chǎn)品關(guān)注的主要指標。

它包含以下幾個改進：

1.首先是喚醒信號（Wake-Up Signals以下簡稱WUS），該技術(shù)原理簡單來說就是當網(wǎng)絡(luò)側(cè)需要針對某個 UE 進行上下行調(diào)度的話，會發(fā)一個 WUS 信號（攜帶了 DCI Format 2_6 的 PDCCH）給 UE，讓 UE 仍然周期性的喚醒以接收 PDCCH 的調(diào)度信息，過了一段時間后，如果沒有數(shù)據(jù)要傳輸了，這個時候網(wǎng)絡(luò)側(cè)就下發(fā) WUS 給 UE，指示 UE 后續(xù)不需要進入DRX 狀態(tài)，一直維持在休眠狀態(tài)并無需監(jiān)聽后續(xù)網(wǎng)絡(luò)側(cè)的 PDCCH，以此來降低功耗，從而提升電池使用時間。

2.然后是添加休眠 BWP，它用于輔助載波以加速其激活和停用， Rel-15 僅通過使用 MAC 控制元素允許此過程，這是一個更重且更慢的過程。Rel-16 通過 Dormant BWP 概念的定義啟用更快的切換，然后可以在網(wǎng)絡(luò)不需要高 BW 鏈路時使用。使用休眠 BWP，UE 停止監(jiān)視 PDDCH，但 CSI 報告和波束管理等活動可以繼續(xù)。

如上所述，能夠在可重復(fù)和現(xiàn)實的場景下在實驗室中測量電池消耗也很重要。為此，是德科技可以提供針對用例量身定制的解決方案。其中包括：UXM 5G 允許模擬網(wǎng)絡(luò)并以非常逼真的方式靈活配置我們剛剛提到的 Rel-16 功能；它還包括 N6705C，它是一款功率分析儀，可讓設(shè)備了解功率并非常準確地測量消耗的能量；還有一個腳本工具或測試用例創(chuàng)建器，允許用戶以最大的靈活性開發(fā)自己的定制場景，包括連接到互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器、進行 IMS 語音和視頻通話等場景。

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然后重點關(guān)注以下Rel-16在新垂直領(lǐng)域的研究：

1.URLLC和TSN網(wǎng)絡(luò)，目前由于IT與OT網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)截然不同，對于應(yīng)用的模式和要求的效率也很不一樣，以傳統(tǒng)的工廠網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來說，OT的前端設(shè)備與IT網(wǎng)絡(luò)皆不互通，形成各自為政的封閉式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。3GPP 定義了 URLLC 的改進，以將 5G 延遲降低至 1 毫秒并提高穩(wěn)健性，它還實現(xiàn)了對 5G 上的 TSN 的無縫支持，TSN將打破IT與OT網(wǎng)絡(luò)間的隔閡，搭建雙方互通的橋梁，提供即時，安全又穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。TSN可整合所有網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，在不去除底層協(xié)議規(guī)范的前提下，僅需協(xié)議層加上TSN協(xié)議，即可打通工廠內(nèi)IT與OT的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，節(jié)省建網(wǎng)成本。

是德科技產(chǎn)品能夠?qū)π屡d技術(shù)進行實際驗證，充分展現(xiàn)標準開發(fā)的優(yōu)勢。設(shè)備制造商和企業(yè)使用了是德科技的測試設(shè)備來確保網(wǎng)絡(luò)設(shè)備甚至整個網(wǎng)絡(luò)符合 TSN 標準的一致性要求和應(yīng)用的性能要求。

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2.非授權(quán)頻譜

Rel-16 在新垂直領(lǐng)域另一個重要特性是允許使用非授權(quán)頻譜，也稱為 NR-U 使用新頻譜是提高數(shù)據(jù)速率的最佳方式之一。在法規(guī)允許的那些地區(qū)，由于 NR-U，5G 可以機會性地用于在非許可頻譜中部署 NR 小區(qū)，這些頻譜將與其他技術(shù)共享，例如 WLAN。NR-U 的使用代表了一種補充，可以滿足流量需求并通過節(jié)省大量運營成本和統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)來幫助提高數(shù)據(jù)速率，而不必將 WLAN 作為替代方案來處理。3GPP 定義了 2 個新頻段，覆蓋 5GHz 頻段的 n46 和覆蓋高達 7.1 GHz 的 6GHz 頻段的 n96。

是德科技E7770A 公共接口單元（CIU）可將 6 GHz 以下的上行鏈路或下行鏈路射頻信號通過上、下變頻轉(zhuǎn)換為 6 至 12 GHz 或 7.7 至 14.5 GHz 的中頻信號，從而為被測器件（DUT）提供雙向中頻（IF）接口。這個解決方案為用于 5G 遠程射頻頭（RRH）的是德科技M1740A 毫米波（mmWave）收發(fā)信機提供了控制、電源和本地振蕩器頻率輸入。作為上/下變頻器和 RRH 控制器，CIU 支持將頻率范圍從 6 GHz 以下擴展到高中頻和毫米波頻段。配合E7515B可以滿足6G以上NR-U頻段的測試。

Rel-17：

擴展邊界，探索用例

（2022年6月凍結(jié)）

去年6月Rel-17 已經(jīng)完成凍結(jié)，ASN1 已經(jīng)可用。Rel-17 標準的制定非常特別，因為它是在疫情大流行期間通過虛擬會議完成的。Rel-17的一個重要目標是提高效率并為現(xiàn)有的 eMBB 用例添加增強功能，特別是在像頻譜擴展，在FR2中增加了新的毫米波頻率范圍，現(xiàn)在最高可達 71GHz MIMO和通過在下行鏈路中添加 1024 QAM 來提高頻譜效率。在節(jié)能和擴大 UL 覆蓋范圍方面也有很多改進，這不僅被認為可以改進常規(guī) eMBB 設(shè)備，而且還適用于全新的更輕的 NR、Reduced Capability（RedCap模式），允許在要求較低的設(shè)備中支持5G，啟用以前無法實現(xiàn)的新用例，打開通往新垂直領(lǐng)域的大門。在新的垂直領(lǐng)域，另一個重要的改進是通過非地面網(wǎng)絡(luò)或 NTN 標準化對衛(wèi)星到終端連接的支持。接下來，我將著重介紹這兩個關(guān)鍵技術(shù)NTN 和 RedCap。

首先是RedCap，RedCap的使用可與其他降低能力的技術(shù)相媲美，例如Cat-1等較低的LTE，其主要目的是為不需要很快數(shù)據(jù)速率且成本更低、覆蓋范圍和功率效率更高的設(shè)備提供連接服務(wù)。監(jiān)控攝像頭、工業(yè)傳感器和可穿戴設(shè)備等場景非常適合智能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，考慮到這一點，RedCap是一種簡單的 NR 設(shè)備，它具有有限的BW和有限數(shù)量的接收器鏈，可以將無線電連接成本降低大約65%。RedCap 已針對 FR1 和 FR2 進行了標準化，這將有助于提供更好的覆蓋范圍。

那么RedCap信號又是如何工作的呢？重點是允許具有較低帶寬的設(shè)備在具有較高帶寬的小區(qū)中共存。為了實現(xiàn)這個功能，SIB更新之后以提供訪問控制，以便 UE可以決定NW是否支持RedCap設(shè)備，并因此開始注冊過程。此外，已經(jīng)創(chuàng)建了一個新的特定于Red Cap的初始BWP，這樣就可以在初始BWP中擁有具有更大BW的小區(qū)，但仍然允許RedCap UE進行連接。并且通過PRACH和MSg3的前期指示支持已經(jīng)啟用，這樣網(wǎng)絡(luò)就可以提前知道嘗試連接的設(shè)備的能力降低了。

是德科技與為Rel-17增強功能提供支持，包括RedCap網(wǎng)絡(luò)仿真解決方案。全面的解決方案組合涵蓋非信令和不同領(lǐng)域的信令測試，包括協(xié)議、射頻、功能驗證、和實際條件下的性能測試。

第二項在Rel-17需要關(guān)注的技術(shù)是NTN（非地面網(wǎng)絡(luò)），Rel-17定義了NTN的第一個版本，并且Rel-18將繼續(xù)使用更新的頻段和其他架構(gòu)類型和用例。Rel-17主要側(cè)重于對GEO和 LEO軌道的標準化支持，重點是透明有效載荷，意味著gNB作為網(wǎng)關(guān)的一部分位于地面，而 Uu 是兩個饋線中使用的接口和服務(wù)鏈接。這樣，衛(wèi)星就充當了射頻中繼器。最初NTN的重點是6 GHz以下頻段，尤其是2GHz的S頻段。

但衛(wèi)星到終端直接通信在設(shè)計實際上非常具有挑戰(zhàn)性，因此在任何實際部署之前在實驗室中測試真實場景至關(guān)重要。例如鏈路預(yù)算，考慮到地面設(shè)備和衛(wèi)星之間的距離很遠，工程師們面臨著巨大的路徑損耗，我們的目標是在不需要大天線的情況下建立連接，仍然使用手機。另一個主要挑戰(zhàn)是信道引入的大延遲，在地球靜止軌道的情況下可能高達 600 毫秒左右，或者 LEO 軌道的變化延遲雖然較小，但會隨著時間而變化，至關(guān)重要的是，這在所有設(shè)備中都得到了適當?shù)难a償，從而可以避免符號間干擾。考慮到衛(wèi)星的高速移動，多普勒是信道增加的另一個主要損傷。因此，補償所有這些影響是至關(guān)重要的，這可以在衛(wèi)星軌道已知的情況下完成，因此，只要UE和衛(wèi)星的位置已知，就可以預(yù)測多普勒和延遲。

是德科技一直致力于開發(fā)NR NTN端到端測試臺，該測試臺能夠模擬網(wǎng)關(guān)和gNB、信道和 UE，并能夠在實驗室中建立 NTN NR呼叫，演示延遲和多普勒預(yù)補償?shù)?a target="_blank">工作原理和實現(xiàn)方式。

Rel-18：

開啟5.5G，鋪路6G

（進行中）

隨著Rel-17的凍結(jié)，Rel-18的標準制定工作也緊鑼密鼓地展開，作為5G標準的第二階段，從Rel-18開始5G被命名為5G Advanced（5.5G），根據(jù)3GPP的命名規(guī)則，5.5G可以被視為5G到6G的過渡階段，等到Rel-20結(jié)束，6G也就快登場了，預(yù)計在2028年左右。

從Rel-18首批確定的研究課題來看大多是對Rel-15到Rel-17的增強和補充，但是有兩方面內(nèi)容尤其需要關(guān)注，那就是UAV以及AI和ML。

UAV（Uncrewed Aerial Vehicle）：無人航空載具，UAV系統(tǒng)依賴無線通信來解決多個需求包括指揮和控制、定位、合作感知以及防撞和遠程識別等。5G Rel-18針對UAV制訂了相關(guān)規(guī)范，UAV之間 UAS（Uncrewed Aerial System）系統(tǒng)，在UAS系統(tǒng)模型中包含UAV和UAV controller，其中UAV需要通過我們的蜂窩系統(tǒng)連接并被UAV controller控制。每個UAV controller可通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)控制一個或者多個UAV。UAV和UAV controller之間通過PC5接口進行C2通信。

Rel-18需要關(guān)注的另一個內(nèi)容是人工智能和機器學(xué)習(xí)（AI&ML），目的是為了提升數(shù)據(jù)的預(yù)測能力，主要包含網(wǎng)絡(luò)節(jié)能，流量卸載，覆蓋變更，小區(qū)去激活，以及負載均衡。在多頻率/多RAT的部署中，在小區(qū)或小區(qū)區(qū)域之間有效地分配負載，以根據(jù)負載預(yù)測提高網(wǎng)絡(luò)性能。

根據(jù)對UE可能提供服務(wù)的預(yù)測選擇最佳移動目標，從而在移動期間也能保持令人滿意的網(wǎng)絡(luò)性能。

Rel-18還處在協(xié)議制定的早期階段，5G Advanced也可被視為6G的基石，為6G鋪路。是德科技會持續(xù)關(guān)注3GPP標準演進，提供尖端的測試方案。

全文總結(jié)

參考下圖，可以看到將每個 3GPP 版本開發(fā)的功能映射到不同的垂直領(lǐng)域，雖然 5G 被認為可以靈活地支持許多不同的用例，但在 Rel-15 之后的后續(xù)版本中，才成為現(xiàn)實。得益于URLLC 和以太網(wǎng) PDU，Rel-16 啟用了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，并啟用了帶有 NR-V2X 的汽車。Rel-17 正在使用 Redcap 實現(xiàn)新型低成本設(shè)備，和非地面網(wǎng)絡(luò)（NTN）。相信Rel-18 及更高版本繼續(xù)保持這種趨勢。

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