信息：从R15到R17，一文看懂5G的技术创新

2022年6月初，通信标准组织3GPP第96次全会在匈牙利布达佩斯如期召开。

在本次会议上，备受瞩目的3GPP R17标准被正式宣布冻结。这标志着，5G的第一阶段演进已经全部完成，5G技术发展，将迈入崭新的第二阶段。

回首往事，大约7年前，也就是2015年9月，国际电联ITU正式确认了5G的三大应用场景（eMBB、mMTC和uRLLC）。不久后，2016年3月，3GPP就正式启动了5G的标准化工作，旨在开发一个统一的、更强大的无线空口—— 5G NR（New Radio，新空口） 。

(资料图片仅供参考)

如今，时光飞逝，我们共同见证了3GPP R15、R16、R17版本的冻结，以及5G的全面商用和落地普及。

被寄予厚望的5G，经历了从诞生到成熟的发展历程，正在不断改变着我们的工作和生活，也颠覆了整个社会的运作模式。

那么问题来了，在5G不断演进的过程中，到底涌现了哪些革命性的技术创新？在这些技术创新的背后，又潜藏着怎样的逻辑思路？从R15到R17，各阶段的作用，究竟是什么？

今天这篇文章，小枣君将带领大家找到答案。

█ R15：奠定基础，揭开面纱

首先，我们先看看R15的创新思路。

R15是5G标准制定的开端。正所谓：“好的开始，是成功的一半”。为了迈出坚实的第一步，通信行业专家们进行了充分的研究和准备工作。

当时，R15最重要的使命，是针对eMBB（增强移动宽带）场景进行标准制定。而这个场景，需要的正是通信网络最重要的一个指标——速率。

ITU针对eMBB的指标要求，是下行峰值速率必须达到10Gbps以上，用户体验速率必须达到1Gbps以上。3GPP为了实现这一需求，采用了两个思路：一个是寻找更多的可用频谱资源，另一个是深入挖掘每MHz频率资源的潜力。

在扩充频谱资源方面，3GPP在Sub-6GHz频段的基础上，提出了 移动毫米波技术 。也就是说，将5G的工作频谱向更高频段延伸，覆盖到毫米波的频段。

移动毫米波带来的速率和容量提升非常明显，奠定了5G高速连接的基础。

在毫米波技术的基础上，3GPP又引入了 Massive MIMO （大规模天线阵列）。

这个技术是5G最具标志性的创新之一，可以说是“神来之笔”。它通过大量增加基站中的天线数量，从而对不同的用户形成独立的窄波束覆盖，从而数十倍地提升了系统吞吐量，也改进了基站的覆盖效果（尤其弥补了毫米波覆盖能力的不足）。

Massive MIMO

在深入挖掘频谱资源潜力方面，技术挑战就更大了。这里面涉及到了大量的底层技术创新，包括多址技术、调制技术、编码技术、物理层结构等，都需要重新进行设计。

5G NR设计中最重要的决定之一，就是选择无线波形和多址接入技术。

在当时的方案评估过程中，高通通过广泛研究发现， 正交频分复用（OFDM） 体系，具体来说包括循环前缀正交频分复用（CP-OFDM）和离散傅里叶变换扩频正交频分复用（DFT-S OFDM），是面向5G eMBB和更多其他场景的最佳选择（后来证明确实如此）。

在4G LTE已有的OFDM应用基础上，高通高级工程总监 季庭方 通过设计了统一的子载波间隔指数扩展公式，实现了可扩展的OFDM参数配置。这一技术发明，被称为“ 可扩展参数集 ”，是R15的重大亮点。

利用可扩展OFDM参数配置，可以实现子载波间隔能随信道宽度以2的n次方扩展。这样一来，在更大带宽的系统中，FFT点数大小也随之扩展，却不会增加处理的复杂性。

R15另一个令人耳目一新的设计是基于时隙的灵活框架。该灵活框架的关键技术发明就是 5G NR自包含时隙结构 。在新的自包含时隙结构中，每个5G NR传输都是模块化处理，具备独立解码的能力，避免了跨时隙的静态时序关系。

2018年6月，3GPP R15标准正式冻结。现在看来，R15成功打响了5G的第一枪。它带来的诸多创新，给人们揭开了5G的神秘面纱，也为5G后续的迭代演进奠定了坚实的基础。

█ R16：场景扩展，赋能行业

R15主要针对eMBB（增强移动宽带）场景进行了标准制定。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。

从本质上来说，实现对 垂直行业 的支持和赋能，是R16最重要的使命。

R16需要进行标准化的uRLLC（超可靠低延迟通信）场景，主要针对的就是工业互联网、车联网等垂直行业领域。ITU针对uRLLC场景提出的指标目标，包括更严格的可靠性要求（高达99.9999%的可靠性），以及毫秒级的时延。

R16需要通过进一步增强5G网络的基础能力，引入更多的网络新特性，以此更好地支持toB的关键业务型用例，满足智能制造、智能质检、无人驾驶等垂直行业需求。

在网络基础能力增强方面，R16对频谱效率、网络的利用率和鲁棒性等方面都做了专门的优化和增强，包括 大规模天线增强、载波聚合增强、切换技术增强 等，极大地提升了5G的可用性和完善性。

在新特性引入方面，R16的表现 更是 可圈可点。

以频谱扩展为例，R16增加了对 5G NR免许可频谱 （NR-U） 的支持，包括两种模式：许可辅助接入（LAA），以及不需要任何许可频谱的独立部署。这不仅带来了更大的容量，也实现了更灵活的部署。

对于前面提到的可靠性和时延要求，高通主导的 多点协作通信 （CoMP） ，是实现这一目标的关键赋能技术之一。在这个技术创新中，通过采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，实现高可靠性和低时延，构建可用的时间敏感网络（TSN）。

车联网（V2X）是5G的一个重要垂直应用领域。在这个领域中，高通等公司主推的 直连通信（D2D） 是一个重要的技术创新，能够实现V2X支持车辆编队、半自动驾驶、外延传感器、远程驾驶等更丰富的车联网应用场景。

车联网（V2X）

R16在组网技术方面则引入了远端干扰管理、无线中继以及网络组织和自优化技术，使得网络实际用户体验获得提升。

具有代表性的例子，是 新型干扰测量与抑制技术（比如RIM/CLI） ，以及 集成接入与回传（IAB） 。

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。

特别值得一提的是，为了更好地推动政企垂直行业的5G落地，R16在专网部署模式上也进行了创新，推出了对 非公共网络（NPN） 的支持，为5G专网通信的发展指明了方向。

R16引入的新特性很多，除了上述技术之外，还包括终端节能，终端移动性增强、高精度定位等。

2020年7月，R16标准正式冻结。

如果说R15只是实现了一个“可用”的5G，那么， R16的作用，就是让“可用”的5G变成“好用”的5G 。它在成本、效率和功能上进行了深入增强和改进，为5G的全面落地铺平了道路。

█ R17：能力升级，应用探索

终于到了R17！

如果用一个词来形容R17的定位，那就是“ 承前启后 ”。

作为全球5G NR标准的第三个主要版本，R17进一步从网络覆盖、移动性、功耗和可靠性等方面扩展了5G技术基础，将5G拓宽至全新用例、部署方式和网络拓扑结构。

R17演进的关键词，可以分为“增强”和“扩展”。

网络基础能力增强

R17是在5G规模商用之后制定的标准。所以，它可以根据5G前期实际部署的经验，以及发现的不足，进行“查漏补缺”。

R17为5G系统的容量、覆盖、时延、能效和移动性等多项基础能力带来了更多增强特性，包括Massive MIMO增强、覆盖增强、终端节电、频谱扩展、IAB增强、uRLLC增强等。

我们还是从频谱开始说起。

R17对5G毫米波进行了频谱扩展，定义了一个被称为FR2-2的全新独特频率范围，将毫米波的频谱上限，推高到了71 GHz。

这意味着，5G毫米波的网络容量将变得更大，更多的用例和部署方式将得以实现。例如智能制造行业中支持通信和定位功能的毫米波企业专网。

得益于5G NR可扩展子载波间隔（SCS）方案和基于时隙的灵活帧结构，这种频段扩展可将控制和数据信道的子载波间隔直接扩展到480 kHz和960 kHz（以前低频段毫米波为120 kHz）。

除频段扩展之外，R17还带来了其它 毫米波增强 特性，包括支持带间上行/下行载波聚合和增强移动性。

IAB（集成接入与回传）增强，来自于同时发射/接收（即全双工）和增强的多跳操作等特性，可以进一步提升部署效率、覆盖和性能。这对于毫米波部署尤其有用，它能够更经济且高效地快速扩展覆盖范围。

终端能力增强 方面，为了改善用户体验，R17提出了一系列的增强特性。

例如支持多达八根天线和额外的空间流，可实现更高吞吐量；先进的MIMO增强功能，可提升容量、吞吐量和电池续航；面向连接态和空闲态模式的节能新特性，可延长电池续航；重传和更高传输功率，可改善终端的网络覆盖范围；5G定位技术增强，可改善定位精度和时延；双卡双待，可支持单个或两个运营商的两个订购服务并发；等等。

5G网络和终端应用扩展

R17作为5G第一阶段和第二阶段的过渡，既要对现有5G进行增强，也要探索更多的5G场景应用可能性。这些可能性，包括RedCap、非地面网络（NTN）、扩展直连通信、厘米级定位、扩展广播/多播，以及无界XR（扩展现实）。

5G R17引入的最具代表性的技术，当然是面向中低速物联网应用的 RedCap ，也就是 NR-Light 。

RedCap是简化版的5G，通过降低协议的复杂度，采用更好的节能技术，可以满足可穿戴设备、工业传感器和监控摄像头等物联网需求。

另一个值得关注的R17新特性，是 非地面网络（NTN） 。

近年来，人们对卫星通信的关注度不断增加。为了让5G提供无处不在的连接，3GPP也加强了非陆地区域网络覆盖的研究。在R17中，有两个并行的NTN工作组来应对移动宽带和低复杂度物联网（IoT）用例。

第一个项目采用5G NR框架来进行卫星通信，实现从地面到卫星的固定无线接入(FWA)回传，并为智能手机直接提供低速率数据服务和语音服务。第二个项目侧重支持低复杂度eMTC和NB-IoT终端卫星接入，扩大了关键用例的网络覆盖范围，如全球资产追踪。

最后一个我要提到的R17新方向，是 无界XR 。

去年爆火的元宇宙，给我们展现了跨越实体世界和虚拟世界的个性化数字体验。作为元宇宙的底层支撑技术，以VR、AR为代表的XR扩展现实技术得到了更多的重视。

R17中的XR项目，专注于研究和界定各种类型的XR流量（AR、VR、云游戏）。此项研究为已经确定的XR流量类型定义需求和评估方法，并支持性能评估以确定未来的提升范畴。

█ 结语

曾经有人说，5G从R15到R17的发展过程，就像一个盖房子的过程：

R15版本是5G技术标准的“毛坯房”，搭建了基础和框架。R16版本呢，是对5G标准的“精装修”，使其具备了初步的“居住条件”。新出炉的R17版本，是“精装”之上的“软装”，起到了锦上添花的效果，让居住体验变得更好。

事实确实如此。5G的第一阶段，是一个动态拓展的过程，移动通信技术开始赋能行业互联网和数智化变革。

我们通过前面所说的这些技术创新，不断挑战着香农理论的极限，摸索着通信技术未来发展的方向。

从目前的阶段性成果来看，5G通过这些极具颠覆性的科技创新，为整个社会的数字化转型奠定了连接力基础。海量的5G垂直行业落地案例，极大地增强了人们对5G的信心，对数字经济的信心。

展望未来，我们即将步入5G-Advanced时代。5G Advanced的首个标准版本——R18，已经全面启动。它将开启新一轮无线技术创新，为数字经济的繁荣发展保驾护航。

究竟怎样的精彩在等待着我们？让我们拭目以待吧！

关键词： 技术创新 用户体验