推动5G发展的六大关键技术发明

2020-09-09 14:31

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来源：Qualcomm － by Dr． John E． Smee，Vice President， Engineering， Qualcomm Technologies

今天，我们正处在快速扩展5G全球足迹的过程中。迄今为止，全球已有70多家移动运营商部署了商用5G服务，我们预计到今年年底还会有更多的商用5G服务。

5G NR第15版－建立5G基础

我们对5G的愿景是支持各种设备、服务、频谱和部署的统一连接结构。为实现这一目标，我们为第一个5G标准3GPP Release 15贡献了核心发明，该标准为未来5G演进奠定了技术基础。

3GPP 5G NR 15标准中的关键发明

在进入Release 16之前，让我首先举几个例子来说明为什么我们的Release 15发明对于实现5G的全部潜力如此重要。例如，基于插槽的灵活框架为不同5G服务（即增强型移动宽带，关键任务服务和大规模物联网）的有效复用打开了大门。灵活的OFDM数字技术允许相同的5G NR设计扩展到不同和新的频段（即从1 GHz以下到60＋ GHz），并且移动毫米波极大地扩展了5G扩展所需的网络容量并实现了极速。为了更好地说明这些Release 15发明对于5G系统的重要性，我们可以使用以下运输系统类比。

5G NR R15技术类比

5G NR R16 —推动5G扩展

如今，3GPP达到了另一个重要的里程碑－版本16规范的完成，标志着5G演进新篇章的开始。第16版是共同努力，以进一步增强5G技术基础（即覆盖范围、移动性、功率、可靠性等），并将5G的应用范围扩展到新的应用、频谱和垂直行业。这是一组雄心勃勃的技术项目，但让我将它们提炼为六个关键发明领域，而不是任何顺序，这些领域是5G持续发展的核心。

在4G和5G NR基础上建立的六项关键的Release 16发明

发明1：免许可频谱

扩展5G以在所有频谱类型和频带中运行是我们5G愿景的关键方面，这不仅将带来更大的容量，而且将带来更灵活的部署。在Qualcomm，我们近十年来一直在未许可频谱领域开创蜂窝技术的先驱。版本16增加了对5G NR（NR－U）的免许可频谱的支持，该支持包括两种操作模式：许可辅助访问（LAA）和不需要任何许可频谱的独立部署选项。

LAA模式允许移动运营商在他们已经使用LTELAA的基础上，利用非授权频谱来增加5G带宽。独立的NR－U模式不需要许可的频谱，从而为更广泛的生态系统（包括移动运营商、服务提供商、无线ISP和5G专用网络运营商）带来5G优势。此外，NR－U还可以用于在新的6 GHz频段中部署5G。展望未来，NR－U将作为未来频谱创新的基础，例如支持针对版本17的免许可60 GHz频段。

5G NR－U支持两种操作模式和许多部署方案

发明2：先进的省电和移动性

由于大多数5G移动设备都由电池供电，因此必须进一步提高功率效率范围。在版本16中，我们开发了许多新的系统节能功能，其中包括（i）新的唤醒信号（WUS），该信号最小化了低功耗模式下的控制信令监视；（ii）简化的随机访问过程（RACH），也具有更广泛的优势（iii）低功率载波聚合控制，可在不使用辅助载波时有效地关闭它们的电源。

移动性是我们一直努力在版本16中进一步增强的另一个载体。例如，设备驱动的有条件移交，早期测量报告和双连接MCG（主小区组）故障恢复可以减少移交中断时间（接近 0ms移交）以进一步提高设备的移动性能。

使用Release 16 WUS降低设备功耗

发明3：高精度定位

准确的设备定位是许多垂直应用（例如公共安全和室内导航）的关键因素。基于蜂窝的定位的优点是对现有GNSS系统的补充，它在室外和室内都能很好地工作。长期以来，高通一直是定位技术的先驱，而随着可实现Release 16定位的创新不断发展。版本16支持多／单小区和基于设备的定位，定义了各种5G定位技术使用的新定位参考信号（PRS），例如往返时间（RTT）、到达／离开角度（AoA ／ AoD）和到达时间差（TDOA）。基于往返时间（RTT）的定位消除了跨节点进行严格的网络定时同步的要求（这是TDOA等传统技术所需要的），并为网络部署和维护提供了额外的灵活性。这些技术旨在分别满足室内和室外使用情况下3米和10米的初始5G要求。在版本17中，精确的室内定位功能将为工业IoT用例带来次米级精度。

5G定位技术可以为新用例打开大门

发明4：侧链

版本16的另一个关键发明领域是蜂窝车辆到一切（C－V2X）的基于NR的侧链。基本安全的Release 14／15 C－V2X的传统，R16继续对侧链进行重大改进，支持诸如协调驾驶和传感器共享之类的高级应用。它以更高的吞吐量、更低的延迟、基于距离的可靠多播、分布式同步和统一的QoS控制的形式带来了多项改进，有望在效率和安全性方面增强自主和半自主驾驶。版本16中基于NR的侧链是另一种基础技术，可用于各种其他将来的应用，例如公共安全通信和商业应用。

具有可靠组播功能的侧链可实现高级5G V2X应用

发明5：关键任务设计

第16版中的5G NR添加了一系列新功能，这些功能可以提高关键任务用例的5G系统功能，例如工业4．0工厂自动化。5G NR的一个目标是满足更严格的可靠性要求（即高达99．9999％），同时保持毫秒级的延迟。协作多点（CoMP）是关键的技术推动力之一，它利用多个发送和接收点（multi－TRP）来创建具有冗余通信路径的空间分集。此外，高通的版本16发明进一步改善了服务复用，使关键任务和移动宽带流量可以更有效地共存于通用5G NR框架中，并支持增强的功能，如逻辑信道优先级以及下行和上行抢占。

具有多TRP的CoMP实现了超可靠性和低延迟通信

发明6：新的部署模型

为了满足5G支持多样化部署的愿景，第16版引入了一些新功能，这些功能扩大了5G的范围。对非公共网络（NPN）的扩展支持将有助于加速5G专用网络的部署，例如工业物联网和企业网络。时间敏感型联网（TSN）允许5G网络提供具有严格同步和延迟要求的服务，这些要求对于许多工业IoT应用（例如机器控制）至关重要。

新的干扰测量和缓解技术（例如RIM ／ CLI）实现了稳健的部署，并为未来的动态TDD操作（基站到基站和移动设备到移动设备的干扰）奠定了基础。集成访问和回程（IAB）允许毫米波基站同时用作无线访问和回程，从而在致密网络时无需新的光纤部署。最后，版本16还支持部署在5G频谱中的eMTC和NB－IoT，并由5G核心网络进行管理，以提供5G大规模IoT服务。

集成的访问和回程，可实现更具成本效益的毫米波部署

未来发展

3GPP Release 16是一个总结，但是我们在推动5G技术演进以完全实现最新G的潜力方面所做的工作并不止于此。我们已经在第17版项目中与移动生态系统合作，并且正在研究第18版及更高版本的先进技术。我对高通的5G未来感到非常兴奋。正在进行大量的5G创新，它将推动本十年及以后的持续突破。（文／千家网编译）