哪些关键技术发明将推动5G扩展？

2016年12月，我首次撰文介绍五个定义5G新空口（5G NR）的无线发明，现在回想起来恍如昨日。当时5G尚未部署，但此后我们持续快速扩展5G全球布局。2020年7月，5G标准的第二个版本Release 16冻结，而截止当时，全球超过70家移动运营商已经部署了商用5G服务。

5G NR Release 15——奠定5G基础

高通公司（Qualcomm）的5G愿景是打造一个统一的连接架构，支持多样化终端、服务、频谱和部署方式。为了实现这一目标，我们为首个5G标准3GPP Release 15 贡献了众多关键发明，这些发明为未来十年的5G演进奠定了技术基础。

高通公司为3GPP 5G NR Release 15标准贡献的关键发明

在讨论Release 16之前，我首先举几个例子解释为什么高通有关Release 15的发明对实现5G全部潜能如此重要。例如，基于时隙的灵活框架为实现不同5G服务（包括增强型移动宽带、关键任务型业务和海量物联网）的高效复用创造条件。灵活的OFDM子载波带宽支持同一个5G NR设计扩展至不同的新频谱频段（从1GHz以下到60GHz以上），移动毫米波大幅增加网络容量以满足5G扩展的需要，并且让极致速度成为可能。为了更好地展示这些Release 15发明在5G系统中发挥的核心作用，我们用下图中的交通系统作为类比。

5G NR Release 15技术类比

注：

Flexible slot-based framework：基于时隙的灵活框架

Flexible road framework：灵活的交通框架

5G NR Release 16——推动5G扩展

2020年7月，3GPP实现了又一个重要里程碑——完成Release 16规范，开启了5G演进的新篇章。Release 16是行业共同努力的成果，它进一步增强5G技术基础（覆盖、移动性、功效和可靠性等），并将5G扩展至全新用例、频段和垂直行业。Release 16包括一系列宏大的技术项目，本文将这些技术提炼为对5G持续演进至关重要的六大关键发明领域（顺序不分先后）。

Release 16 六大领域关键发明，扩展并增强4G和5G NR基础

发明领域#1：免许可频谱

将5G扩展至全部频谱类型和频段是高通公司5G愿景的重点之一，这不仅能带来更大容量，而且能实现更灵活的部署。近十年来，高通公司一直在引领免许可频谱蜂窝技术的发展。Release 16 增加了对5G NR免许可频谱（NR-U）的支持，包括两种运行模式：许可辅助接入（LAA），以及不需要任何许可频谱的独立部署。LAA模式支持移动运营商在LTE LAA基础上利用免许可频谱增加5G带宽。独立NR-U模式不需要许可频谱，使更广泛的生态系统受益于5G，包括移动运营商、服务提供商、无线互联网服务提供商（ISP）和5G企业专网运营商。此外，NR-U还支持在新的6GHz频段部署5G。展望未来，NR-U将成为未来频谱创新的基础，比如Release 17中对60GHz免许可频段的支持。

5G NR-U支持两种运行模式和多种部署场景

发明领域#2：先进的节电特性和移动性

大多数5G移动终端都使用电池供电，因此不断突破能效极限以降低终端功耗成为当务之急。在Release 16中，我们推动实现了多个全新的系统节电特性，包括：1）全新唤醒信号（WUS）可在低功耗模式下尽可能减少对控制信令的监测；2）简化的随机接入过程（RACH），具有更广泛优势；3）低功耗载波聚合控制，可在无需使用时有效关闭辅载波。

移动性是我们致力于在Release 16中进一步增强的另一个方面。例如，终端驱动的有条件切换、早期测量报告和双连接主小区集（MCG）故障恢复，可减少切换中断时间（接近零毫秒切换），进一步提升终端移动性能。

Release 16 WUS将降低终端能耗

发明领域#3：高精度定位

精准的终端定位对于赋能诸多垂直应用至关重要，例如公共安全和室内导航。基于蜂窝技术的定位可与现有的全球导航卫星系统（GNSS）互补，满足户外和室内定位的要求。长期以来，高通公司一直是定位技术的开拓者，并通过赋能Release 16定位技术的科技创新继续强化在这一领域的领导力。Release 16支持多/单小区定位和基于终端的定位，定义了一种全新的定位参考信号（PRS），可应用于往返时间（RTT）、到达角/出发角（AoA/AoD）、到达时间差（TDOA）等多种5G定位技术。基于RTT的定位无需严格的节点间网络时钟同步（TDOA等传统技术仍需要），并可支持更灵活的网络部署和维护。这些技术旨在满足室内3米和室外10米的初步5G定位精度要求。在Release 17中，高精度室内定位功能将为工业物联网（IIoT）用例带来亚米级精度定位。

5G定位技术催生全新用例

发明领域#4：直连通信

Release 16另一个关键发明领域是面向蜂窝车联网（C-V2X）的基于5G NR的直连通信。高通公司一直积极推动Release 14和Release 15 C-V2X发展，旨在提供基础安全特性；在此基础上，高通公司继续推动Release 16中的直连通信技术，关键增强特性将支持协作式驾驶和传感器共享等先进应用。Release 16在更高吞吐量、更低时延、基于距离的可靠多播、分布式同步和统一服务质量（QoS）控制等多方面带来显著提升——这些将有助于提高自动驾驶和半自动驾驶的效率和安全性。Release 16中基于5G NR的直连通信是另一项基础科技，可应用于广泛的未来新用例，例如公共安全通信和商业应用。

支持可靠多播的直连通信赋能先进的5G V2X用例

关键领域#5：关键业务型设计

Release 16中的5G NR增加了许多新特性，能够通过增强5G系统性能支持关键业务型用例，比如工业4.0工厂自动化。5G NR的设计目标之一是满足更严格的可靠性要求（高达99.9999%的可靠性），同时保持毫秒级时延。多点协作通信（CoMP）是实现这一目标的关键赋能技术之一，使用多个发射和接收点（多TRP）创建有冗余通信路径的空间分集。此外，高通公司在Release 16中的发明能够进一步改善业务复用，支持关键业务型流量和移动宽带流量在通用5G NR框架中更高效地共存，还支持逻辑信道优先、上行链路与下行链路占先等诸多增强特性。

支持多TRP的CoMP支持超可靠低时延通信

发明领域#6：全新部署模式

为了实现支持多样化部署的5G愿景，Release 16通过引入多项新功能扩展5G应用范围。对非公共网络（NPN）的支持将有助于加速5G企业专网部署，比如工业物联网和企业网络用例。时间敏感网络（TSN）支持5G网络提供有严格同步和时延要求的服务，这对许多工业物联网用例（如机器控制）至关重要。新的干扰测量与抑制技术（比如RIM/CLI）支持稳健部署，并为未来支持基站对基站、手机对手机干扰抑制的动态TDD运行奠定基础。集成接入与回传（IAB）支持毫米波基站进行无线接入和回传，在部署密集网络时可有效减少新增光纤部署需求。最后，Release 16还支持在5G频谱中部署eMTC和NB-IoT，以及面向5G海量物联网服务由5G核心网管理eMTC和NB-IoT。

集成接入与回传支持更具成本效益的毫米波部署

展望5G未来图景

5G标准第二版规范Release 16已经完成，但高通公司将永不止步地推动5G技术演进，释放最新一代移动通信技术的全部潜能。我们已经与移动生态系统合作开展Release 17相关项目，并面向Release 18及未来版本进行先进技术研发。5G未来图景让人倍感兴奋，更多5G创新正在孕育之中，它们将赋能未来十年及更久之后的持续性科技突破。

作者：Qualcomm 员工