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5G-Advanced来了,开启5G未来精彩10年

2021.12.24 14:42:13  来源: 环球网   作者: 管理员   字体:【
【导读】继R15、R16、R17三个版本之后,5G演进标准的又一次“进化”被提上了日程。近日,3GPP召开会议明确了5G-Advanced第一个版本Rel-18标准中首批28个课题的立项,标志着5G-Advanced技术研究和标准化将进入实质性阶段。

继R15、R16、R17三个版本之后,5G演进标准的又一次“进化”被提上了日程。近日,3GPP召开会议明确了5G-Advanced第一个版本Rel-18标准中首批28个课题的立项,标志着5G-Advanced技术研究和标准化将进入实质性阶段。

据了解,5G-Advanced主要分三大重点攻关方向,基本涵盖了R18标准的全部28个立项,其中部分课题属于首次被提出讨论,另外一些则属于5G技术发展过程中亟待解决的痛点问题。

随着R18首批立项接近尾声,技术迭代、应用场景不断丰富,5G被赋予了更强的生命力。就目前R18标准立项来看,未来5G将在当前固有特性的基础上,不仅满足海量连接、超低时延以及上行高速率等的需求,在应用场景上也更注重新兴技术与5G的融合、新业务需求、降低成本以及节省能源等行业诉求。

随着标准不断落地,5G必将释放更大潜能,同时也为R19无线标准化工作提供了坚实可靠的探索路径,本报特别邀请中国移动通信有限公司研究院的几位专家,为大家解读5G-Advanced无线标准化发展方向及热点趋势。

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5G-Advanced未来九大新方向

全双工:满足5G-Advanced超低时延和上行高速率要求

5GTDD系统由于上下行子帧时分配置且上下行子帧配比不平衡,导致很难同时满足超低时延和上行高速率的要求,这对于5G系统支持需要极致体验的XR业务或者某些工业场景提出了挑战。因此标准化中重新提出了引入全双工传输的可能性,目前R18讨论的主要有子带全双工与同时同频全双工两类方案。

子带全双工类似于带内FDD方案,通过在一些时隙的不同频率上分别配置上行和下行传输资源来实现,这种方法一方面由于配置了更多的上行和下行时隙,可以降低上下行时延;另一方面由于能够灵活配置更多的上行资源,有助于上行覆盖增强和容量提升。而同时同频全双工在学术界讨论较多,通过干扰消除方案从理论上可以把频谱效率提升至两倍。

当然,引入全双工尤其是同时同频全双工技术后,需要解决随之而来的自干扰和交叉链路干扰问题。考虑到产业成熟度和实现复杂度,如何分步骤、分阶段地引入全双工技术将是R18需要研究的重点。

上行增强:解决现网瓶颈问题

上行增强的目的在于通过一系列技术手段解决上行覆盖和边缘速率问题,除了借助传统的物理层方法对上行终端能力进行持续增强外,R18还讨论了使用UE聚合方式增加上行总发射功率,以提高上行覆盖。

UE聚合协议栈设计,使多个终端在基站控制下形成一个用户组,由统一的PDCP层进行数据分发与流量控制,支持多个终端之间的高精度同步发送和接收;在使用多终端进行上行联合传输的同时,利用多天线技术提高上行传输效率。R18将继续讨论UE聚合方案对RAN侧的影响。

通信感知一体化:同时满足海量连接和超低时延的新技术

通信感知是5G-Advanced新提出的技术之一,其原理是结合高频波束与多天线原理使能基站实现“雷达”功能,识别车辆和低空飞行物的位置、速度与方向等;相比雷达,通信感知融合基站在覆盖、距离分辨率、测角精度等方面优势明显。

通信感知融合基站需要基站在时域和空域配置专用的感知资源,并且需要基站具有支持感知探测和处理感知数据的功能。根据目前的讨论,该技术方向可行,但是由于感知资源引起的空口开销尚未明确,并且在未来大规模商用时需要严格控制部署成本,因此R18讨论还是持审慎态度。

XR研究与标准化:满足新业务带来的新需求

随着5G标准化工作的逐步开展,以XR为代表的新兴业务逐渐成为5G网络需要重点支持的对象。这类业务同时具备了eMBB与uRLLC业务的大带宽、高可靠、低时延等特征,因此对5G网络尤其是无线侧带来了极大挑战。3GPPRAN自R17便开始了针对XR业务的研究工作,主要从容量、节能、覆盖和移动性4个维度对现有5G基站支撑XR业务数据传输进行了初步性能评估,R18也将基于最终的评估结果确认标准化范围。目前可以预见的潜在增强包括支持更加精细化的QoS区分与参数定义、支持网络可见的XR应用层数据开放、支持增强的空口资源预先配置及自适应的非连续接收配置等方向。值得一提的是,为满足XR业务的极致需求,以网络可见的XR应用层数据开放为代表的跨层优化方案,在标准讨论中得到越来越多关注,可以预见跨层优化将成为5G-Advanced标准化讨论的一大热点。

AI/ML研究与标准化:新兴技术与5G融合探索

NR系统设计灵活且拓扑复杂,存在一系列难以建模的问题。人工智能(AI)与机器学习(ML)在近十年中得到了全产业的极大关注,因此,3GPPRAN也开始尝试探索AI/ML在通信网络中的应用,并在R17开启了针对无线AI/ML的研究工作,以期为运营商网络自动化与智能化提供新的思路与发展方向。该研究初步探索了AI/ML功能化框架的基本设计思路。

3GPP后续工作将聚焦于数据采集具体参数定义、模型推理输入与输出的具体参数定义,以及多个模块之间交互流程的定义。同时,R17还将依托运营商最关注的网络节能、移动性优化和负载均衡三大网络自动化用例给出初步的流程性解决方案。R18将基于R17的研究成果,进行相应的标准化讨论,从而真正使能基于无线AI/ML的网络自动化与智能化部署。

低能力终端:考虑终端厂商降低终端成本与复杂度诉求

面向工业无线传感网络、视频监控及智能可穿戴等场景,终端需要在保证一定比特率、时延及可靠性要求的前提下,降低成本并延长待机时间。因此3GPP从R17便开展了5G引入低能力终端设计的讨论,以此拓展5G行业领域。同时R17还讨论了网络对低能力终端的识别设计和接入控制等方案,以保障网络控制权及不同类型用户的体验。R18将面向资产追踪及一些无法经常更换电池的终端与场景,继续降低终端成本、能耗与复杂度。

无源物联网(Passive-IoT):服务智慧工厂场景需求的新技术

无源物联网,顾名思义就是终端无电池供电的物联网技术。传统的RFID技术已广泛应用于货品清点与跟踪,但是RFID的传输距离近、信号穿透能力有限,因此无源物联网作为一种在保证米级定位精度下可以提供更高传输距离的潜在替代技术,在R18讨论中受到了关注。目前R18仅讨论了无源物联网的指标需求,后续R18可以先从研究项目入手,考虑无源物联网与现有5G系统的关系,以及对无线网络架构的影响等问题。

值得一提的是,无源物联网的提出依托于紧迫的垂直行业需求:垂直行业希望运营商部署一张5G网络以满足包括智慧工厂内的所有通信需求,这不仅包含仓储出入库管理和厂内物料定位等物联网需求,还包含机械控制等超高可靠、低时延业务的需求。上述需求对5G核心网和接入网架构与功能都提出了新的要求,将是5G-Advanced在未来需要研究的潜在方向。

网络节能:考虑运营商降低网络运营成本诉求

5G在引入大规模天线等新功能后功耗远高于4G,因此通过多种技术手段降低5G网络能耗尤其是AAU能耗是目前亟待解决的问题。针对基站节能,目前的5G标准仅支持邻小区交互开与关两种状态的方式,手段相对单一;现有节能模式仅能做到载波级别的开关,无法及时获知终端相关的信息,在一定程度上也影响了终端的业务体验。因此,R18将基于上述节能短板开展网络节能新一轮的研究工作,聚焦于定义统一的节能模式和评估方法,通过一系列节能状态的定义,使能运营商实现更加灵活的节能策略部署;将继续评估更加灵活的关断方式(如子帧关断、符号关断、通道关断等),最大限度地减小AAU能耗。

弹性小区:更加灵活高效的频谱使用

多频协同弹性小区通过在逻辑上打破小区和载波之间的概念,在一个逻辑小区下灵活容纳使用多段频谱或载波,实现频率资源的灵活高效使用。

弹性小区具有一个锚点载波,小区仅在锚点载波发送系统消息和寻呼消息,系统消息中包含同一个弹性小区下的非锚点频率资源;终端在锚点载波接收到系统消息和寻呼消息后,可以通过非锚点频率资源发起初始接入及进行后续数据传输。通过这种方式,非锚点载波无须配置系统消息与寻呼资源,减小了系统开销,并降低了网络运维管理成本。通过TDD/FDD/SUL/SDL不同类型载波的灵活组合使用,充分利用多载波优势,实现初始接入阶段的灵活载波选择与快速负载分流,从而达到网络资源的高效利用。

由于弹性小区打破了一个小区对应一个载波的限制,对现有的协议改动较大,因此在R18中引起很大关注:一方面,弹性小区概念的提出保证了空口资源使用效率可预见的提升;另一方面,顶层设计原则的打破带来了很大的标准化工作开销。因此,如何在5G-Advanced中支持弹性小区需要R18进一步讨论。

综上所述,从运营商的角度来看,希望一些新技术的引入(如低成本终端、通感一体等)尽量不影响5G现网中对正常终端与业务的支持,因此其对这些新技术一直持谨慎观望态度。然而网络与终端一直是“一体两面”,3GPPR18中,网络与终端双方还应该继续本着开放合作的态度,以期在标准化讨论中摸索出一条互利共赢的道路,共同推动通信产业发展。

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