芯片商設(shè)計(jì)出5G新無線電，3GPP成功完成了首個(gè)5G NR規(guī)范

目前已看到無線技術(shù)領(lǐng)域許多變化和令人贊嘆的創(chuàng)新，但沒有什么能和5G行動(dòng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的根本性轉(zhuǎn)變相提并論。 過去數(shù)年來，芯片商持續(xù)致力于設(shè)計(jì)出一個(gè)統(tǒng)一的5G新無線電，它將極大化拓展行動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備的能力和效率。

早在2016年3月，3GPP就已經(jīng)著手5G新無線電（5G NR）的標(biāo)準(zhǔn)化工作。 此一主要目的在于，開發(fā)一個(gè)統(tǒng)一的、更強(qiáng)大的無線空中接口。 而2017年12月中時(shí)，在葡萄牙里斯本的3GPP全體會(huì)議上，3GPP成功完成了首個(gè)5G NR規(guī)范，這可以說是在2019年實(shí)現(xiàn)5G NR商用布建之路上，一個(gè)重要的業(yè)界里程碑。

首個(gè)5G NR規(guī)范不僅支持開始于2019年的增強(qiáng)型行動(dòng)寬帶的布建，同時(shí)也為擴(kuò)展5G網(wǎng)絡(luò)至幾乎所有產(chǎn)業(yè)、所有物體，以及所有連接打下了基礎(chǔ)。 那么，哪些無線技術(shù)定義了首個(gè)5G NR規(guī)范呢？

5G NR規(guī)范釋出 芯片商積極布局

5G NR必須滿足不斷擴(kuò)展以及極端多變的連接和布建類型的要求。 5G NR還需要充分利用每一段頻譜，這些頻譜具有不同的頻譜使用監(jiān)管方式，分布在不同的頻段，不論是從1GHz以下低頻段，或是到1GHz至10GHz中頻段，以及稱為毫米波的24GHz以上的高頻段。 因此，沒有一種技術(shù)可以單獨(dú)定義5G；相反地，5G將從諸多截然不同的技術(shù)創(chuàng)新中被構(gòu)建。

在5G NR規(guī)范釋出之后，芯片商和電信營運(yùn)商也開始積極布局此一市場。 以高通（Qualcomm）為例，該公司多年來持續(xù)開發(fā)5G基礎(chǔ)技術(shù)，并且發(fā)明全新的5G技術(shù)以推動(dòng)，甚至是重塑無線的邊界；致力推動(dòng)其先進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和無線技術(shù)從理論到設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化、實(shí)現(xiàn)，以及最終商用的進(jìn)程，以實(shí)現(xiàn)5G愿景（圖1）。

圖1 5個(gè)定義5G NR的無線發(fā)明

運(yùn)用可擴(kuò)展OFDM參數(shù)配置增進(jìn)子載波間隔

5G NR設(shè)計(jì)中最重要的決定之一，是選擇無線波形和多址接入技術(shù)。 在已經(jīng)評(píng)估并且將繼續(xù)評(píng)估多種方式的同時(shí)，高通透過廣泛研究（在2015年11月所發(fā)布的高通研究部報(bào)告中）發(fā)現(xiàn)，正交分頻多任務(wù)（OFDM）體系，具體來說包括循環(huán)前綴正交分頻多任務(wù)（CP-OFDM）和離散傅立葉變換擴(kuò)頻正交分頻多任務(wù) （DFT-S OFDM），是針對(duì)5G增強(qiáng)型行動(dòng)寬帶（eMBB）和更多其他場景的正確選擇。

由于現(xiàn)在OFDM已被使用，或許產(chǎn)業(yè)界會(huì)問“下一步的創(chuàng)新之路在哪里？ ”5G NR的一個(gè)關(guān)鍵創(chuàng)新之處就是可擴(kuò)展的OFDM復(fù)頻參數(shù)配置（圖2）。 現(xiàn)今，LTE支持最多20MHz的載波帶寬，其中OFDMtone（通常稱為子載波）之間的間隔幾乎是固定的15kHz。

圖2 可擴(kuò)展OFDM多載波參數(shù)

因此，在5G NR中，高通導(dǎo)入了可擴(kuò)展的OFDM參數(shù)配置，從而支持多種頻譜頻段/類型和布建模式。 例如，5G NR必須能夠在有更大頻道寬度（例如數(shù)百M(fèi)Hz）的毫米波頻段上工作。

此外，3GPP 5G NR Rel-15規(guī)范中將利用可擴(kuò)展OFDM參數(shù)配置，實(shí)現(xiàn)子載波間隔能隨頻道寬度以2的n次方擴(kuò)展。 如此一來，在更大帶寬的系統(tǒng)當(dāng)中，F(xiàn)FT點(diǎn)數(shù)大小也隨之?dāng)U展，而不會(huì)增加處理的復(fù)雜性。

自包含時(shí)隙結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)彈性框架

5G NR設(shè)計(jì)的另一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是彈性的基于時(shí)隙的框架，以支持電信營運(yùn)商在相同頻率上高效復(fù)用已構(gòu)想的（和無法預(yù)料的）5G業(yè)務(wù)。 實(shí)現(xiàn)該靈活、彈性框架的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)明就是5G NR自包含時(shí)隙結(jié)構(gòu)。

在新的自包含時(shí)隙結(jié)構(gòu)中（以圖3中的TDD為例），每個(gè)5G NR傳輸都是模塊化處理，具備獨(dú)立譯碼的能力，避免了跨時(shí)隙的靜態(tài)時(shí)序關(guān)系。 透過在時(shí)域和頻域內(nèi)對(duì)傳輸進(jìn)行限定，該彈性設(shè)計(jì)簡化了在未來增加新的5G NR特性/服務(wù)，這比之前幾代行動(dòng)通訊具有更好的向下兼容性。

圖3 5G NR TDD自包含時(shí)隙結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)

得益于上傳/下載（UL/DL）快速轉(zhuǎn)換和可擴(kuò)展時(shí)隙長度，例如子載波間隔為30kHz隔時(shí)時(shí)隙長度為500μs，而子載波間隔為120kHz時(shí)時(shí)隙長度則為125μs，和LTE相比，5G NR自包含時(shí)隙結(jié)構(gòu)還帶來顯著更低的時(shí)延。