5G标准最新演进综述

5G的主要标准组织3GPP在2019年冻结第一个5G的完整版本——R15，随后在2020年7月3日，R16版本冻结，2022年6月9日，3GPP RAN第96次会议上，宣布R17版本冻结。至此，5G的首批3个版本标准全部完成。从R18开始，将被视为5G的演进，命名为5G Advanced，预计仍然将会有3个版本。

回顾已经完成的3个标准版本，以及正处于研究中的5G Advanced的首个标准版本，我们整理信息做一期综述，供业界参考。

2015年国际电联无线电通信部门( ITU-R)将5G正式命名为IMT-2020，并推进5G研究，随后5G成为电信行业主要关注的技术，并在与千行万业融合的过程中，得到了产业界的普遍关注。而在标准层面，5G的主要标准组织3GPP在2019年冻结第一个5G的完整版本——R15，随后在2020年7月3日，R16版本冻结，2022年6月9日，3GPP RAN第96次会议上，宣布R17版本冻结。至此，5G的首批3个版本标准全部完成。

从R18开始，将被视为5G的演进，命名为5G Advanced。实际上在这之前，R18的Stage1的工作已经开启，并初步给出了Stage 2和Stage 3的大致时间，预计整个标准工作将在2024年Q2完成。

关于5G Advanced的标准演进，预计仍然将会有3个版本，也就是R18、R19、R20。与此同时，关于6G的前期研究工作也在开展，目前还主要处于需求阶段。按照一年半一个标准版本、10年一代标准的速度，预计R21将会成为首个6G的标准版本，将在2028年左右推出。

R15提供了第一个5G“可用”标准版本 

3GPP 在 2016 年开始启动 5G 需求和技术方案的研究工作中，确定了 5G 三大应用场景，到目前已广为人知。包括：增强移动宽带eMBB，大规模机器类通信mMTC，超低时延高可靠通信URLLC。2017 年启动 R15的标准研究，作为5G 标准的第一个阶段，主要针对eMBB和部分URLLC的场景，满足5G的商用需求。

R15标准为之后的5G奠定了发展基础，5G相对于4G，其创新性主要体现在以下几个方面：

新架构：在核心网层面引入了SBA架构和SDN技术，可以说首次真正实现了移动通信系统软硬件的解耦，为网络提供了更多的灵活性，同时也能更好的实现其一张物理网络满足不同场景用户需求的“通信即服务CaaS”目标。

新技术：包括无线接入网最具创新性的Massive MIMO技术，是实现其频谱效率和容量密度目标的基础技术；网络切片技术则是一种新型网络架构，在同一个共享的网络基础设施上提供多个逻辑网络，每个逻辑网络服务于特定的业务类型或者行业用户。每个网络切片都可以灵活定义自己的逻辑拓扑、SLA需求、可靠性和安全等级，以满足不同业务、行业或用户的差异化需求。运营商通过网络切片可以降低建设多张专网的成本，而且可根据业务需求提供高度灵活的按需调配的网络服务，从而提升运营商的网络价值和变现能力，并助力各行各业的数字化转型。5G MEC技术在架构上将5G和边缘计算融合起来，在5G网络边缘提供IT服务环境和云计算能力，以满足行业应用本地化部署、高安全管控的要求。

新服务：首先是通过更灵活的SBA架构、端到端网络切片等带来的网络灵活性，以及满足行业客户不同SLA、安全性要求的基础能力，提供不同的专网服务，改变了传统专网的建设和运营模式；其次是定义了范围更广、根据灵活性的能力开放架构和网元。

当然，以上是相当概括的描述，R15相关关键技术，包括网络切片、5G MEC等，可以参阅本公众号以前的系列文章。

R16继续增强5G基础能力

如果说R15 主要针对 eMBB场景和部分URLLC场景进行了标准制定，那么R16 在 R15 的基础上，进一步完善了 URLLC 和 mMTC 场景的标准规范，从而贡献了第一个 5G 完整标准，也是第一个 5G 演进标准。R16持续强化5G能力三角，主要包括以下方面：

基本功能增强：RAN侧增强主要包括MIMO增强、移动性增强、集成接入和回传IAB、2步随机接入2-step RACH、双连接和载波聚合DAC、UE节能等。

业务流程和核心网架构：主要包括服务化架构增强eSBA、增强SMF和UPF拓扑ETSUN、网络切片增强e_NS、5GC接口负载和过载控制LOLC、基于服务的接口协议改进等。

垂直行业能力扩展：主要增强了支持垂直行业组网和专网建设的TSN、5G LAN、5G NPN等（请参考以前本公众号文章的介绍），扩展了5G能力三角的URLLC，在可靠性和时延上都有增强，5G V2X逐渐完善，增强了无线定位技术，此外对非授权频谱部署5G进行了研究。

网络自动化运维和智能化：主要通过MDT和层2测量的增强，强化了自组织网络对系统的自优化；对TDD部署5G普遍存在的远端干扰为题提出了解决方案；重点规定了NWDAF的框架和扩展了应用范围，为大数据和人工智能在网络智能化构建了良好的基础。

R17强化行业应用能力，让5G“好用”

在R15、R16基础上，R17 进一步从网络覆盖、移动性、功耗和可靠性等方面扩展5G能力基础，将5G拓宽至更多用例、部署方式和网络拓扑结构，作为承上启下的一个标准版本，既“查漏补缺”将5G变得更好用，又引出了一些新的演进方向，将在5G Advanced甚至6G中进行研究。

R17主要在以下方面强化其应用能力：

Massive MIMO进一步增强：包括增强的多波束运行、增强的多TRP(发射和接收点)部署、增强的八天线SRS(探测参考信号)触发或切换、CSI(信道状态信息)测量或报告。

上行覆盖增强：针对Sub 7GHz频段、毫米波、非地面网络的多样化部署，为上行控制和数据信道设计引入多个增强特性，包括上行数据通道(PUSCH2)、上行口控制通道(PUSCH3)、Message 3，尤其是增加了重传次数以提升可靠性，还有跨多段传输和跳频的联合信道估计。

终端能效增强：为进一步延长终端续航，为处于空闲态/非活跃态模式、连接态模式的终端带来节电增强特性，比如减少非必要的终端寻呼接收、无线链路的终端测量放松，等等。

IAB增强和简单中继器：支持增强的IAB(集成接入与回传)，支持同时收发(即空间分离全双工)，可提供高效的5G部署，尤其是毫米波部署。此外，R17还引入了简单中继器(放大和转发中继)，可扩大FDD、TDD的网络覆盖。

URLLC增强：持续优化工业4.0、工业物联网等严苛应用，为URLLC(超可靠低时延通信)引入全新增强特性，比如增强物理层反馈、提升免许可频谱兼容性、终端内复用和优先级排序、增强的时间同步、QoS网络增强等。

NR-Lite或RedCap：为了高效地支持更低复杂度的物联网终端，比如传感器、可穿戴设备、视频摄像头等，将Sub 7GHz载波宽度从100MHz)缩窄至20MHz，同时将终端天线数从4根减少到1根或则2根，提升能效的同时，支持RedCap终端与其它NR终端共存。NR-Light的性能与成本介于eMTC/NB-IoT与NR eMBB/URLLC之间。

非地面网络(NTN)：正式引入了面向NTN(非地面网络)的5G NR支持。包含两个不同的项目：一个是面向CPE的卫星回传通信和面向手持设备的直接低数据速率服务，另一个是支持eMTC和NB-IoT运行的卫星通信。

D2D支持：基于R16 C-V2X的PC5设计，R17带来一系列全新的直连通信增强特性，比如优化资源分配、节点、全新频段，还将直连通信扩展至公共安全、物联网，以及其它需要引入直连通信中继操作的全新用例。

NR定位增强：进一步提升了5G定位，以满足厘米级精度等更严苛用例的需求，同时降低定位时延，提高定位效率以扩展容量，实现更优的GNSS(全球导航卫星系统)辅助定位性能。

扩展广播/多播服务：支持独立组网广播增强特性，支持合模式，比如面向独立组网广播，增加支持6MHz/7MHz/8MHz载波带宽，以及通过广播和单播间的同时/动态切换为5G NR定义多播操作。

XR评估：研究和界定各种类型的XR流量，包括AR、VR、云游戏，为已经确定的XR流量类型定义需求和评估方法，并确定未来R18项目的提升范畴。

5G Advanced描绘5G演进蓝图

R18作为5G Advanced的第一标准版本，已经完成了Stage 1的主要工作，目前主要立项包括如下表：

从这个版本我们也可基本看出其工作的重点有以下方向：

极致网络：通过空天地一体（NTN+ATG）、Sidelink relay增强、Smart repeater、IAB增强进一步增强覆盖能力；通过双工演进、上行覆盖增强、Massive MIMO演进、移动性增强、干扰增强、Sidelink增强等项目提升性能；通过XR增强、多播广播业务增强、高精度定位增强等项目扩展业务支持能力。

智简网络：通过引入人工智能和机器学习增强5G网络智能化程度、SON/MDT增强组网和运维能力、QoE增强提升业务体验；同时在满足多样化需求上，进一步增强RedCap和NR-Lite。

绿色网络：通过多级网络节能、降低终端能耗（低能耗节能信号、多SIM卡增强）、高效使用频谱（多载波增强、动态频谱增强、小包传输增强）等项目，提高5G网络的能效。

可以遇见，以上三个方向也会是5G Advanced的持续研究和工作方向。同时，为了进一步探讨5G Advanced的网络技术演进方向，25家运营商、中国信通院、设备厂商、终端厂商等联合发布了《5G Advanced网络技术演进白皮书2.0》，我们也对其中的主要技术方向进行了摘要，以供了解参考：

智能化网络：在NWDAF和MDAS框架下，引入机器学习作为为网络智能的基础技术；以认知技术为基础，增强网络运营智能化程度，以实现复杂多样的业务目标；意图驱动网络使得运营商能够定义期望的网络目标。

行业网融合：主要包括基于5G LAN的网络组网互通增强、网络管理增强、网络安全增强等几个方面。

家庭网融合：重点通过将5G与家庭网络进行融合，以解决家庭场景移动流量高峰的问题。

天地一体化网络融合：在目前5G网络已支持基站采用5G NR空口制式，允许终端通过卫星基站接入统一5G核心网的基础上，进一步增强其业务承载能力，降低传输时延，以满足更多场景的业务需求。

交互式通信能力增强：针对云游戏和XR等交互式业务的5QI和QoS实现，在5G-Advanced阶段，需要IMS Data Channel、分布式服务化融合媒体、通话应用可编程、第三方ID可信接入、全新QoS机制、增强多媒体数据协同、增强网络能力开放、增强移动性管理和节能机制、XR业务体验保障等技术的支撑。

确定性通信能力增强：包括增强确定性网络服务的管理与部署能力、度量能力、调度与协同保障能力等，以及TSN增强和时间同步能力增强。

用户面演进：主要包括UPF的按需下沉、按需能力扩展、灵活能力开放等，以强化其除了包转发之外的应用和管理能力。

网络切片增强：主要包括网络切片的功能进一步演进、智能配置、SLA保障，以及与垂直行业的结合。

定位测距与感知增强：增强核心网独立的感知分析的能力，实现多维多粒度的环境感知和目标感知，满足在目标识别、状态监测等方面的需求，为5G-Advanced网络后续通信感知一体化打好基础。

组播广播增强：包括在单播和广播/组播服务之间灵活和动态地分配资源以改进系统效率和用户体验、采用人工智能技术根据实际用户体验实现高效的资源分配、灵活的终端接入广播服务机制，以及支持用户设备在无需建立空口连接情况下接收组播MBS数据，从而兼顾传输效率和能效，同时考虑支持多PLMN的接入网资源共享。

邻近通信增强：进一步完善5G邻近通信。例如除UE直连基站外，也支持UE通过中继UE连接到基站并接入5G网络，使5G网络有效地提高了UE接入网络的可靠性和数据速率。

移动算力感知及调度：在网络架构不进行重大调整的前提下，各网络子域可聚焦业务场景分别构建移动算力网络相关能力。

无源物联网：推动无源通信设备与蜂窝通信设备结合，通过极简网络架构、极简网络协议、轻量化安全认证等技术，不仅可以实现室内外连续覆盖，同时通过网络的管理与协调，实现快速组网，提升网络覆盖，降低系统部署成本，满足物联网终端无源、极低成本和超大规模接入要求。

▎作者：无界

「5G行业应用」特邀专栏作家，超15年TMT从业经历，长期关注通信、信息技术和相关产业领域，对5G、人工智能、物联网等关键使能技术及其对行业数字化转型的相互作用有深入洞察。