5G NR標準 第1章　5G概述

在過去的40年里，全球已經經歷了四代移動通信（如圖1.1）

第一代移動通信是在1980年左右出現的，以模擬傳輸為基礎，主要技術是北美開發的AMPS (Advanced Mobile Phone System)，NMT（北歐移動電話）是當時北歐國家政府控制的公用電話運營商與英國等采用的TACS（全接入通信系統）共同開發的，基于第一代技術的移動通信系統只限于語音服務，并首次使普通民眾能夠使用移動電話，

第二代移動通信在1990年代初出現，在無線電鏈路上引入了數字傳輸，雖然目標服務仍然是語音服務，但使用數字傳輸使得第二代移動通信系統也能夠提供有限的資料服務，最初有幾種不同的第二代技術，包括由大量歐洲國家聯合開發的GSM（全球移動通信系統）、D-AMPS（數字AMPS）、PDC（個人數字蜂窩），以及IS-95技術是在較晚的階段發展起來的，基于CDMA的IS-95技術，隨著時間的推移，GSM從歐洲傳播到世界其他地區，最終在第二代技術中完全占據主導地位，主要由于GSM的成功，第二代系統也把移動電話從仍然只有相對少數人使用的東西變成了作為世界絕大多數人口生活必要組成部分的通信工具，即使在今天，在世界上許多地方，GSM是移動通信的主導技術，在某些情況下甚至是唯一可用的技術，盡管后來又引入了第三代和第四代技術，

第三代移動通信（通常稱為3G）于2000年初出現，隨著3G的出現，向高質量的移動寬帶邁出了真正的一步，實作了快速的無線互聯網接入，這尤其得益于被稱為HSPA（高速分組接入）的3G演進，此外，早期的移動通信技術都設計成在成對頻譜（用于網路到設備和設備到網路的獨立頻譜）中運行，基于頻分雙工（FDD），參見第7章，3G首次介紹了基于中國開發的基于時分雙工(TDD)的TD-SCDMA技術的非成對頻譜移動通信，

從過去的幾年到現在，作為主導的以LTE位代表的第四代移動通信，在HSPA的基礎上，LTE在更高的可實作最終用戶資料速率方面提供更高的效率和進一步增強的移動寬帶體驗，這是通過基于OFDM的傳輸來提供，使得傳輸帶寬更寬，多天線技術更先進，此外，雖然3G允許借助于特定無線接入技術（TD-SCDMA）在非成對頻譜中移動通信，但LTE支持FDD和TDD操作，即在一個公共無線接入技術中，在成對頻譜和非成對頻譜中操作，借助LTE，世界已經融合為單一的全球移動通信技術，該技識訓本上被所有移動網路運營商使用，并適用于成對頻譜和非成對頻譜，正如第4章中更詳細地討論的那樣，LTE的后期演進也把移動通信網路的運行擴展到非授權頻譜，

1.1 3GPP與移動通信標準化

商定多國技術規范和標準是移動通信成功的關鍵，這使得不同供應商的設備與基礎設施的部署和互操作性得以實作，并使設備和訂閱能夠在全球范圍內運作，如前所述，第一代NMT技術已在多國基礎上創建，允許在北歐國家之間的國界上運行設備和訂閱設備，移動通信技術多國規范/標準化的下一步，是在CEPT內由許多歐洲國家共同開發GSM，后來更名為ETSI（歐洲電信標準協會），GSM設備和訂閱設備從一開始就能夠在許多國家運營，覆寫了非常多的潛在用戶，這個龐大的通用市場對設備的可用性產生了深刻的影響，導致設備種類數量空前增加，設備成本大幅降低，然而，真正實作全球移動通信標準化的最后一步是3G技術特別是WCDMA的規范，3G技術作業最初也是在區域基礎上進行的，分別在歐洲（ETSI）、北美（TIA,T1P1）、日本（ARIB）等國家開展，但GSM的成功表明了巨大的技術足跡的重要性，尤其是設備可用性和成本方面，同樣明顯的是，雖然作業是在不同區域標準組織內單獨進行的，但所追求的基本技術有許多相似之處，歐洲和日本尤其如此，它們正在開發不同但非常相似的寬帶CDMA (WCDMA)技術，因此，1998年，不同的區域標準化組織聚集在一起，共同創建了第三代伙伴關系專案（3GPP），其任務是完成基于WCDMA的3G技術的發展，后來，一個平行組織（3GPP2）被創建，其任務是開發替代的3G技術cdma2000，作為第二代IS-95的演進，多年來，兩個組織（3GPP和3GPP2）與各自的3G技術（WCDMA和cdma2000）并存，然而，隨著時間的推移，3GPP完全占據了主導地位，盡管它的名字叫3GPP，但4G（LTE和5G）技術的發展仍在繼續，今天，3GPP是唯一一個為移動通信制定技術規范的重要組織，

1.2下一代–5G/NR

關于5G移動通信的討論始于2012年左右，在許多討論中，術語5G被用來指特定的新的5G無線接入技術，然而，5G也經常被廣泛地使用，不僅指特定的無線接入技術，而且指未來移動通信所設想的一系列新業務，

1.2.1 5G使用案例

在5G的背景下，人們經常會談論三種不同的用例：增強移動寬帶（eMBB）、海量機器型別通信（mMTC）和超可靠低時延通信(URLLC) （也見圖1.2），

• eMBB對應著當今移動寬帶業務的演進，例如通過支持更高的終端用戶資料速率，實作更大的資料量和進一步提升用戶體驗，
• mMTC對應著以海量設備為特征的業務，如遠程傳感器、執行器、各種設備的監控等，此類服務的關鍵要求包括非常低的設備成本和非常低的設備能耗，使設備電池續航時間至少可達數年，通常，每個設備消耗和生成的資料量都相對較少，即支持高資料速率并不重要，
• URLLC型別的服務要求非常低的延遲和極高的可靠性，例如交通安全、自動控制和工廠自動化，

重要的是要理解，將5G用例歸入這三種不同的類別是有點人為的，主要目的是簡化技術規范要求的定義，將會有許多用例無法完全適應這些類之一，舉個例子，可能有些服務需要非常高的可靠性，但對于這些服務，延遲要求不是那么關鍵，類似地，可能存在需要非常低成本的設備，但是設備電池壽命非常長的可能不太重要的情況，

1.2.2 LTE向5G能力演進

LTE技術規范于2009年首次發布，此后，LTE不斷演進以提供增強的性能和擴展的能力，這包括對移動寬帶的增強，支持更高的實際可達到的終端用戶資料速率以及更高的頻譜效率，還包括擴展LTE的應用場景，特別是支持配有超長使用時長電池的低成本終端，類似于大規模MTC的應用，最近也采取了一些重要措施來降低LTE空口時延，有了這些最終的、正在進行的和未來的演進步驟，LTE的演進將能夠支持5G所設想的多種用例，考慮到人們普遍認為5G不是具體的無線接入技術，而是由需要支持的Use Case來定義，因此LTE的演進應該被看作是整個5G無線接入解決方案的重要組成部分，見圖1.3，雖然不是本書的主要目的，但第4章提供了LTE演進的當前狀態的概述，

1.2.3 NR：5G新無線接入技術

盡管LTE技術能力很強，但LTE和LTE的演進也無法滿足需求，此外，從LTE開始，經過10多年的技術發展，技術發展使得技術解決方案更加先進，為了滿足這些需求，挖掘新技術的潛力，3GPP發起了NR (New Radio)的新型無線接入技術開發，2015年秋季召開了研討會，2016年春季開始技術作業，2017年底，NR標準首版，滿足2018年5G早期商用需求，NR復用了LTE的許多結構和特性，然而，作為一種新的無線接入技術，NR與LTE演進不同，并不受后向兼容性需求的限制，對NR的要求也比對LTE的要求更寬泛，這激發了部分不同的技術方案，第2章討論了NR相關的標準化活動，第3章對頻譜進行了概述，第4章對LTE及其演進進行了簡要總結，本書的主要部分（第5-19章）對NR技術規范的現階段進行了深入介紹，最后，在第20章中對NR的未來發展進行了展望，

1.2.4 5GCN：新的5G核心網

與NR（即新的5G無線接入技術）并行，3GPP也在開發一個新的5G核心網，稱為5GCN，新的5G無線接入技術將與5GCN連接，然而，5GCN也能夠為LTE的演進提供連接，同時，當LTE共同以所謂的非獨立模式作業時，NR也可以經由傳統核心網EPC連接，第6章將進一步討論，