《5G終端技術(shù)演進(jìn)與增強(qiáng)》

OPPO研究院 組編 左志松 徐偉杰

賀傳峰 崔勝江 李海濤 胡奕 胡榮貽 編著

清華大學(xué)出版社/2024.1/99.00元

左志松

OPPO研究院標(biāo)準(zhǔn)研究部蜂窩技術(shù)專(zhuān)家，長(zhǎng)期深度參與3GPP國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)，全程參與4G/5G物理層標(biāo)準(zhǔn)化制定。目前重點(diǎn)研究領(lǐng)域?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)通信、終端節(jié)能和性能增強(qiáng)等。

徐偉杰

OPPO研究院標(biāo)準(zhǔn)研究部蜂窩技術(shù)專(zhuān)家，長(zhǎng)期從事包括LTE/NR/6G新技術(shù)在內(nèi)的研究與標(biāo)準(zhǔn)化工作，申請(qǐng)專(zhuān)利200余項(xiàng)。

這是一本關(guān)于3GPP NR（New Radio）標(biāo)準(zhǔn)的終端方面增強(qiáng)技術(shù)的書(shū)籍，包含終端節(jié)能增強(qiáng)、終端覆蓋增強(qiáng)、緊湊型終端及終端未來(lái)演進(jìn)幾個(gè)方向的內(nèi)容，從5G終端增強(qiáng)的需求、方案的評(píng)估到候選技術(shù)的篩選取舍和標(biāo)準(zhǔn)的制訂，整個(gè)過(guò)程在書(shū)中都有詳細(xì)的介紹。

移動(dòng)通信經(jīng)歷了四個(gè)時(shí)代并已經(jīng)邁進(jìn)了第五代，每一代移動(dòng)通信系統(tǒng)都基于新的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用需求得以推動(dòng)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，移動(dòng)通信制式通過(guò)換代的方式更新演進(jìn)。無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)的飛速發(fā)展使其融入社會(huì)生活的方方面面，新型移動(dòng)智能終端深刻地改變了人們的溝通、交流和生活方式，但通信的新需求仍然不斷涌現(xiàn)，通信技術(shù)還在不斷創(chuàng)新和持續(xù)演進(jìn)，這種演進(jìn)的形式也包括一代技術(shù)內(nèi)的增強(qiáng)。

第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)（5G）在2018年發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)志著移動(dòng)通信技術(shù)正式進(jìn)入5G時(shí)代。2020年，全球迎來(lái)了第五代移動(dòng)通信（5G）第一個(gè)版本NR（New Radio）R15（第15版本）的大規(guī)模商用網(wǎng)絡(luò)的部署。5G給人的總體印象是大帶寬、低時(shí)延、廣連接，可實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)。5G的終端似乎無(wú)所不能，包羅萬(wàn)象。在5G終端的更快、更高、更強(qiáng)的能力下，終端這個(gè)體系還要做哪些改進(jìn)，下面給出一個(gè)整體的介紹。

5G終端現(xiàn)狀與增強(qiáng)動(dòng)機(jī)

4G技術(shù)的演進(jìn)主要面向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的需求，而5G技術(shù)面向更廣泛的場(chǎng)景需求，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)是兩大主要驅(qū)動(dòng)力。5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)主要考慮了三大應(yīng)用場(chǎng)景，分別是增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（enhanced Mobile Broadband，eMBB）、高可靠低時(shí)延（Ultra-Reliable and Low Latency Communications，URLLC）和大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)（massive Machine Type Communications，mMTC）。為了支持這些多樣化的性能指標(biāo)，5G終端實(shí)現(xiàn)了全面的設(shè)計(jì)。下面分別針對(duì)這些場(chǎng)景，描述5G的應(yīng)用和終端的增強(qiáng)需要。

1.eMBB場(chǎng)景

在eMBB場(chǎng)景中，5G終端主要面向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、超高清視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程辦公、遠(yuǎn)程醫(yī)療、無(wú)線家庭娛樂(lè)等類(lèi)型的個(gè)人通信場(chǎng)景。這類(lèi)的終端主要有智能手機(jī)、虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡等高度智能化的終端。5G技術(shù)為這些終端提供了良好的無(wú)線移動(dòng)通信支持。

然而，5G終端追求多方面的性能上的極致，導(dǎo)致終端在一些方面的用戶(hù)體驗(yàn)不夠完美。以5G智能手機(jī)為例，最大的用戶(hù)體驗(yàn)盲點(diǎn)在終端的功耗上。從部署中的第一代5G網(wǎng)絡(luò)中的終端統(tǒng)計(jì)來(lái)看，普遍出現(xiàn)了5G終端平均功耗較高的問(wèn)題。在產(chǎn)品通信模塊的實(shí)測(cè)中發(fā)現(xiàn)，5G終端的通信模塊在日常普通使用的過(guò)程中比4G終端的通信模塊耗電高出近30%。一個(gè)簡(jiǎn)單的現(xiàn)象就是同一款智能手機(jī)5G版本比4G版本的待機(jī)時(shí)間短，盡管5G手機(jī)的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)體驗(yàn)更好。再以虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡為例，采用5G通信模塊的眼鏡也面臨電池續(xù)航壓力。終端的設(shè)計(jì)不得不在電池質(zhì)量和通信性能上做取舍。

5G終端的覆蓋體驗(yàn)也是一個(gè)值得關(guān)注的點(diǎn)。早期的5G網(wǎng)絡(luò)部署覆蓋率不高，用戶(hù)在使用智能手機(jī)的時(shí)候，5G連接時(shí)斷時(shí)續(xù)，用戶(hù)難以一直體驗(yàn)極速的數(shù)據(jù)服務(wù)。當(dāng)用戶(hù)經(jīng)常性地在5G信號(hào)和4G信號(hào)之間切換時(shí)，整體的體驗(yàn)就會(huì)下降，實(shí)際上這一點(diǎn)也是終端耗電增加的部分原因。當(dāng)然，5G網(wǎng)絡(luò)的整體覆蓋增強(qiáng)，反過(guò)來(lái)還可以解決運(yùn)營(yíng)商的部署成本問(wèn)題，運(yùn)營(yíng)商可以以更低的運(yùn)營(yíng)成本，讓5G網(wǎng)絡(luò)更快地達(dá)到全面覆蓋。覆蓋的增強(qiáng)在終端和網(wǎng)絡(luò)方面是雙贏的改進(jìn)。

2.URLLC和mMTC場(chǎng)景

這兩個(gè)場(chǎng)景在廣義上都是面向移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的。移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的形態(tài)包括工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)、智慧城市等，主要用在不同于個(gè)人通信的垂直行業(yè)。應(yīng)用場(chǎng)景中的終端形態(tài)包括智能手表、智能手環(huán)、攝像頭、無(wú)人機(jī)、機(jī)器人、車(chē)載船載等終端形態(tài)。面向物聯(lián)網(wǎng)的移動(dòng)終端的形態(tài)更加豐富多樣，這些場(chǎng)景的終端發(fā)展前景也更加廣闊。

物聯(lián)網(wǎng)終端對(duì)功耗更加敏感。一部分的物聯(lián)網(wǎng)終端要求很長(zhǎng)的待機(jī)時(shí)間，如智能電網(wǎng)的電表類(lèi)終端往往要求能夠支撐數(shù)年的時(shí)間，普通的可穿戴設(shè)備也要求有一周以上的待機(jī)時(shí)間。而在5G的早期部署標(biāo)準(zhǔn)版本中，通信模塊的功耗難以達(dá)到這個(gè)水平。實(shí)際上只有部分功耗不太敏感的場(chǎng)景，如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心控制器，比較適合采用基礎(chǔ)版的5G技術(shù)，而功耗敏感的部分則難以應(yīng)用。終端功耗問(wèn)題對(duì)5G在物聯(lián)網(wǎng)中的普遍使用造成了一定局限。

多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)的終端在能力的需求上并不高，如工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的攝像頭，其要求的上行平均數(shù)據(jù)速率在2Mbps左右，而下行平均數(shù)據(jù)速率甚至低于1Mbps，5G早期版本的數(shù)據(jù)吞吐量等性能對(duì)于這些類(lèi)型的終端來(lái)說(shuō)實(shí)際上是過(guò)剩的。降低終端的能力可以?xún)?yōu)化終端的成本，也可以簡(jiǎn)化終端的體積，這些都利于數(shù)量龐大的物聯(lián)網(wǎng)終端的部署。終端的能力指標(biāo)過(guò)高也會(huì)影響到功耗，所以適當(dāng)?shù)乜s減性能還可以幫助終端節(jié)能。

物聯(lián)網(wǎng)的部署場(chǎng)景限制條件很多。以智能電網(wǎng)場(chǎng)景為例，智能電表需要部署在建筑物的角落。在這些情況下要支持深度覆蓋，因而對(duì)覆蓋的增強(qiáng)也有著比較迫切的要求。