5G NR标准 第1章 5G概述

5G NR标准 第1章　5G概述

在过去的40年里，全球已经经历了四代移动通讯（如图1.1）

第一代移动通讯是在1980年左右出现的，以模拟传输为基础，主要技术是北美开发的AMPS (Advanced Mobile Phone System)。NMT（北欧移动电话）是当时北欧国家政府控制的公用电话运营商与英国等采用的TACS（全接入通讯系统）共同开发的。基于第一代技术的移动通讯系统只限于语音服务，并首次使普通民众可以使用移动电话。

第二代移动通讯在1990年代初出现，在无线电链路上引入了数字传输。虽然目标服务仍然是语音服务，但使用数字传输使得第二代移动通讯系统也可以提供有限的数据服务。最初有几种不一样的第二代技术，包括由大量欧洲国家联合开发的GSM（全球移动通讯系统）、D-AMPS（数字AMPS）、PDC（我的数字蜂窝），以及IS-95技术是在较晚的阶段发展起来的，基于CDMA的IS-95技术。随着时间的推移，GSM从欧洲传播到世界其余地区，最终在第二代技术中彻底占据主导地位。主要因为GSM的成功，第二代系统也把移动电话从仍然只有相对少数人使用的东西变成了做为世界绝大多数人口生活必要组成部分的通讯工具。即便在今天，在世界上许多地方，GSM是移动通讯的主导技术，在某些状况下甚至是惟一可用的技术，尽管后来又引入了第三代和第四代技术。

第三代移动通讯（一般称为3G）于2000年初出现，随着3G的出现，向高质量的移动宽带迈出了真正的一步，实现了快速的无线互联网接入。这尤为得益于被称为HSPA（高速分组接入）的3G演进。此外，早期的移动通讯技术都设计成在成对频谱（用于网络到设备和设备到网络的独立频谱）中运行，基于频分双工（FDD），参见第7章，3G首次介绍了基于中国开发的基于时分双工(TDD)的TD-SCDMA技术的非成对频谱移动通讯。

从过去的几年到如今，做为主导的以LTE位表明的第四代移动通讯。在HSPA的基础上，LTE在更高的可实现最终用户数据速率方面提供更高的效率和进一步加强的移动宽带体验。这是经过基于OFDM的传输来提供，使得传输带宽更宽，多天线技术更先进。此外，虽然3G容许借助于特定无线接入技术（TD-SCDMA）在非成对频谱中移动通讯，但LTE支持FDD和TDD操做，即在一个公共无线接入技术中，在成对频谱和非成对频谱中操做。借助LTE，世界已经融合为单一的全球移动通讯技术，该技术基本上被全部移动网络运营商使用，并适用于成对频谱和非成对频谱。正如第4章中更详细地讨论的那样，LTE的后期演进也把移动通讯网络的运行扩展到非受权频谱。

1.1 3GPP与移动通讯标准化

商定多国技术规范和标准是移动通讯成功的关键。这使得不一样供应商的设备与基础设施的部署和互操做性得以实现，并使设备和订阅可以在全球范围内运做。如前所述，第一代NMT技术已在多国基础上建立，容许在北欧国家之间的国界上运行设备和订阅设备。移动通讯技术多国规范/标准化的下一步，是在CEPT内由许多欧洲国家共同开发GSM，后来改名为ETSI（欧洲电信标准协会）。GSM设备和订阅设备从一开始就可以在许多国家运营，覆盖了很是多的潜在用户。这个庞大的通用市场对设备的可用性产生了深入的影响，致使设备种类数量空前增长，设备成本大幅下降。然而，真正实现全球移动通讯标准化的最后一步是3G技术特别是WCDMA的规范。3G技术工做最初也是在区域基础上进行的，分别在欧洲（ETSI）、北美（TIA,T1P1）、日本（ARIB）等国家开展，但GSM的成功代表了巨大的技术足迹的重要性。尤为是设备可用性和成本方面。一样明显的是，虽然工做是在不一样区域标准组织内单独进行的，但所追求的基本技术有许多类似之处。欧洲和日本尤为如此，它们正在开发不一样但很是类似的宽带CDMA (WCDMA)技术。所以，1998年，不一样的区域标准化组织汇集在一块儿，共同建立了第三代伙伴关系项目（3GPP），其任务是完成基于WCDMA的3G技术的发展。后来，一个平行组织（3GPP2）被建立，其任务是开发替代的3G技术cdma2000，做为第二代IS-95的演进。多年来，两个组织（3GPP和3GPP2）与各自的3G技术（WCDMA和cdma2000）并存。然而，随着时间的推移，3GPP彻底占据了主导地位，尽管它的名字叫3GPP，但4G（LTE和5G）技术的发展仍在继续。今天，3GPP是惟一一个为移动通讯制定技术规范的重要组织。

1.2下一代–5G/NR

关于5G移动通讯的讨论始于2012年左右。在许多讨论中，术语5G被用来指特定的新的5G无线接入技术。然而，5G也常常被普遍地使用，不只指特定的无线接入技术，并且指将来移动通讯所设想的一系列新业务。

1.2.1 5G使用案例

在5G的背景下，人们常常会谈论三种不一样的用例：加强移动宽带（eMBB）、海量机器类型通讯（mMTC）和超可靠低时延通讯(URLLC) （也见图1.2）。

• eMBB对应着当今移动宽带业务的演进，例如经过支持更高的终端用户数据速率，实现更大的数据量和进一步提高用户体验。
• mMTC对应着以海量设备为特征的业务，如远程传感器、执行器、各类设备的监控等。此类服务的关键要求包括很是低的设备成本和很是低的设备能耗，使设备电池续航时间至少可达数年。一般，每一个设备消耗和生成的数据量都相对较少，即支持高数据速率并不重要。
• URLLC类型的服务要求很是低的延迟和极高的可靠性。例如交通安全、自动控制和工厂自动化。

重要的是要理解，将5G用例纳入这三种不一样的类别是有点人为的，主要目的是简化技术规范要求的定义。将会有许多用例没法彻底适应这些类之一。举个例子，可能有些服务须要很是高的可靠性，但对于这些服务，延迟要求不是那么关键。相似地，可能存在须要很是低成本的设备，可是设备电池寿命很是长的可能不过重要的状况。

1.2.2 LTE向5G能力演进

LTE技术规范于2009年首次发布，此后，LTE不断演进以提供加强的性能和扩展的能力。这包括对移动宽带的加强，支持更高的实际可达到的终端用户数据速率以及更高的频谱效率。还包括扩展LTE的应用场景，特别是支持配有超长使用时长电池的低成本终端，相似于大规模MTC的应用。最近也采起了一些重要措施来下降LTE空口时延。有了这些最终的、正在进行的和将来的演进步骤，LTE的演进将可以支持5G所设想的多种用例。考虑到人们广泛认为5G不是具体的无线接入技术，而是由须要支持的Use Case来定义，所以LTE的演进应该被看做是整个5G无线接入解决方案的重要组成部分。见图1.3。虽然不是本书的主要目的，但第4章提供了LTE演进的当前状态的概述。

1.2.3 NR：5G新无线接入技术

尽管LTE技术能力很强，但LTE和LTE的演进也没法知足需求。此外，从LTE开始，通过10多年的技术发展，技术发展使得技术解决方案更加先进。为了知足这些需求，挖掘新技术的潜力，3GPP发起了NR (New Radio)的新型无线接入技术开发，2015年秋季召开了研讨会，2016年春季开始技术工做。2017年末，NR标准首版，知足2018年5G早期商用需求。NR复用了LTE的许多结构和特性。然而，做为一种新的无线接入技术，NR与LTE演进不一样，并不受后向兼容性需求的限制。对NR的要求也比对LTE的要求更宽泛，这激发了部分不一样的技术方案。第2章讨论了NR相关的标准化活动，第3章对频谱进行了概述，第4章对LTE及其演进进行了简要总结。本书的主要部分（第5-19章）对NR技术规范的现阶段进行了深刻介绍。最后，在第20章中对NR的将来发展进行了展望。

1.2.4 5GCN：新的5G核心网

与NR（即新的5G无线接入技术）并行，3GPP也在开发一个新的5G核心网，称为5GCN。新的5G无线接入技术将与5GCN链接。然而，5GCN也可以为LTE的演进提供链接。同时，当LTE共同以所谓的非独立模式工做时，NR也能够经由传统核心网EPC链接，第6章将进一步讨论。