详细解读5G的Rel-17标准
详细解读5G的Rel-17标准
在今年3⽉下旬，3GPP完成了全球5G标准的第三个版本——Rel-17的功能性冻结，这个⾥程碑式的进展正式宣告5G演进第⼀阶段的完成。历经R15、R16和R17三个版本，当前，5G技术的全貌已经呈现在我们⾯前。
在⾼通公司近⽇召开的“5G技术演进媒体分享会”上，⾼通公司中国区研发负责⼈徐晧博⼠分享说：“从技术演进阶段来划分，我们⼀般将Rel-15/16/17这三个版本称为5G演进的第⼀阶段；之后的Rel-18/19/20这三个版本，是第⼆轮5G创新，或者说是5G Advanced。”
R15、R16和R17的演进分析
2018年，3GPP完成了5G标准的第⼀个版本Rel-15，它为之后的5G发展提供了整体架构，是5G未来演进的奠基⽯。以下是Rel-15⽐较侧重的⼏个重要功能：
•从技术上来说，Rel-15最侧重的还是增强移动宽带（eMBB）的提升；
•在频谱⽅⾯，Rel-15引⼊了对Sub-7GHz和毫⽶波的⽀持；
•在架构⽅⾯，Rel-15⽀持可扩展和向前兼容。
此外，Rel-15还引⼊了对基础的超可靠低时延通信（URLLC）的⽀持，且URLLC技术在Rel-16/17/18中还在不停地演进。同时还引⼊了eMTC/NB-IoT技术⽀持的mMTC。严格意义上来说，eMTC、NB-IoT是从4G延续过来的两项物联⽹技术，Rel-15使这两项技术能够切⼊到5G系统中运⾏。
5G标准的第⼆个版本Rel-16，这个版本引⼊了⼏项全新的技术，有效推动了5G向⾏业扩展。
•引⼊对免许可频谱（NR-U）的⽀持，也就是说除了国家分配给运营商的许可频谱外，在免许可频谱也能⽀持5G应⽤。
•⾸次引⼊了NR V2X。此前的蜂窝车联⽹（C-V2X）技术都是基于LTE，Rel-16引⼊了基于5G NR的直连通信。•Rel-16⽀持5G⼴播以及集成接⼊与回传（IAB）。
总体来说，Rel-15为5G技术演进奠定了⼀个很好的框架，引⼊了对Sub-7GHz和毫⽶波的⽀持；Rel-16引⼊对免许可频谱的⽀持，并新增了全新的直连通信和定位等功能。Rel-17是针对前两个5G标准版本的持续推进。
Rel-17技术细节：增强的全新5G系统功能
Rel-17为5G系统的多项基础性技术带来更多增强特性，从多个⽅⾯推动技术发展，包括容量、覆盖、时延、能效和移动性。
进⼀步增强5G⼤规模MIMO性能
Rel-17中的这⼀项⽬专注于为部分关键技术领域带来增强特性，包括增强的多TRP（发射和接收点）部署和增强的多波束运⾏，在SRS（探测参考信号）触发或切换，以及CSI（信道状态信息）测量或报告⽅⾯带来提升。
名言名句大全•增强的多波束运⾏。光束传播与更⾼频率的电磁波传播⾮常像，毫⽶波的波束成型是通过⼤规模天线阵列，将电磁波聚焦在特定⽅向。为实现更好的毫⽶波覆盖需要运⽤⼤规模天线技术，但如果在波束运⾏的过程中对每个信道都配置指⽰，就会产⽣很多的信令开销。Rel-17中引⼊了统⼀的传输配置指⽰（TCI）框架，就是通过⼀个信令实现上下⾏多个波束的运⾏，从⽽降低时延和信令开销。
•多发射和接收点（TRP）的部署。⼩区内多TRP是指上有不同的天线集，不只有⼀个天线的接收点，甚⾄有不同的可以同时⽀持⽤户通信需求。Rel-17引⼊了很多技术，可以让多TRP部署更⾼效。
•探测信号（SRS）的触发或切换。此前5G标准版本只能⽀持最多4根天线。在Rel-17中，SRS切换可
以⽀持多达8根天线。不过⼤多数情况下⼿机⽤不到8根天线，这个特性更多是为了满⾜CPE和其它⽐较⼤的终端的需求。
•信道状态信息（CSI）的测量和报告。通信系统的双⼯⽅式有两种：时分双⼯（TDD，Time Division Duplex）和频分双⼯（FDD，Frequency Division Duplex）。从⼿机传给的时候，可能有⼀个直射径和⼀个从地⾯的反射
分双⼯（FDD，Frequency Division Duplex）。从⼿机传给的时候，可能有⼀个直射径和⼀个从地⾯的反射径，从地⾯传到⼿机也是⼀个直射径⼀个反射径。通过这⽅⾯的进⼀步优化，上⾏和下⾏的信令会减少。
奶茶店投资创业方案有效提升5G上⾏覆盖
针对Sub-7GHz、毫⽶波和⾮地⾯⽹络的多样化部署，Rel-17为上⾏控制和数据信道设计引⼊多个增强特性，⽐如增加重传次数以提升可靠性，以及跨多段传输和跳频的联合信道估计。⼤多数通信系统都是上⾏覆盖更弱，这是因为的发射功率⾼。Rel-17在5G上⾏覆有三⽅⾯的增强：吴昕李易峰
•第⼀，上⾏数据信道（PUSCH）增强。其中的技术包括提⾼最⼤重传次数，即通过不停地传送来延长传送的时间，来实现覆盖的增强。
•第⼆，上⾏控制信道（PUCCH）增强。其中的技术包括在重传的过程中使⽤编码技术，使上次传的和下次传的信息不⼀样，但可以通过解码结合在⼀起。
•第三，Message 3增强。当从⼿机接⼊到的时候，⼀般需要4个信号才能建⽴起连接，分别对应的是Message
1、2、3、4。Message1是⼿机会选⼀个序列告诉有⼈想跟你连接，但还不能告诉是谁想连接。Message 2
是回这个⽤户我收到你的信号了，你告诉我你是谁。Message 3是⼿机告诉说我是谁。Message 4是告诉⼿机我知道你是谁，我们现在可以通信了。这是最常见的4G和5G建⽴连接的4个信号。Message 3增强是在传第三个信号的时候，让第三个信号重传或者是有⼀定的覆盖增强。
增强多项终端节电
5G⼿机的节电特性⼀直备受关注。⼿机有不同的状态：连接态（connected）、空闲态（idle）、⾮活跃态（inactive）。为进⼀步延长移动终端电池续航，Rel-17为三种不同状态都增强了节电特性。
•第⼀，通过唤醒接收机（WuR，Wake-up Receiver）减少⾮必要的终端寻呼接收。
•第⼆，当⼿机有呼叫的时候，为⼿机提供更多帮助同步的信号，包括追踪参考信号（TRS）和信道状态信号
（CSI），⼿机可迅速调整成最佳状态。
•第三，对于连接态模式的⼿机，Rel-17版本引⼊了⼀个特性，让处于连接状态的⼿机不需要连续接收。即⼿机可以告诉5G（gNodeB）接下来多长时间不需要接收信号，或者可以告诉⼿机接下来多长时间不需要监测物理下⾏控制信道（PDCCH）。这个连接状态可能是毫秒级或者是秒级的，这就可以让⼿机有更多的时间处于睡眠或者是更好地节电模式。
频谱扩展
Rel-17还扩展了5G NR设计，将毫⽶波频段扩展到71GHz，并且⽀持60GHz免许可频段。毫⽶波频段分成了两个部分，⼀个是FR2-1，这是Rel-15、Rel-16中定义的毫⽶波，最⾼能到52.6GHz；Rel-17新扩展的是FR2-2，也就是从52.6GHz到71GHz的频段。
从标准的⾓度来说，Rel-17进⾏了多项增强：
•⾸先，有更多更⾼频段可以使⽤。以前的毫⽶波频段FR2-1能够提供800MHz的带宽，现在FR2-2的带宽可以⾼达
1.6GHz，甚⾄还可以到2GHz。
•其次，可以利⽤⼦载波间隔（SCS，Sub-carrier Spacing）的扩展，把⼦帧间隔从120kHz扩展到480kHz或者是960kHz。实现更⼤带宽的⽀持。
•再有，还可以利⽤同步信号块（SSB），在初始介⼊的时候就进⾏扩展，⼦帧间隔的扩展是能够直接帮助带宽提⾼的技术。
•此外，60GHz是免许可频谱，需要先听后发（LBT，listen before talk）技术的⽀持。Rel-17还引⼊了单向的先听后发，以及⽆先听后发，这样在某些特定的环境下可以不⽤先听后发、⽽是直接发。
增强超可靠低时延通信
Rel-17还进⼀步增强了超可靠低时延通信。⾸先，Rel-17将超可靠低时延通信兼容到了免许可频谱。主要引⼊了fixed frame和信道占⽤时间（COT，Channel Occupancy Time）两项技术。其次，终端内复⽤和优先级排序。可以在不影响URLLC的情况下还发其它eMBB的包，就是说在有更多更强的计算能⼒或者是系统资源的时候，可以在保证URLLC不受影响的同时⽀持eMBB低优先级流量的处理。
受影响的同时⽀持eMBB低优先级流量的处理。
此外，还有增强的时间同步，这是为⼯业物联⽹等严苛应⽤带来更好的⽀持，⾯向时间敏感⽹络（TSN）⽀持上⾏基于往返时间（RTT）的延迟补偿，实现更好的时间同步。
增强的IAB和简单中继器
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Rel-17引⼊毫⽶波基础设施的两⼤全新选项，也就是通过射频中继器（即放⼤和转发中继）或集成接⼊与回传（IAB）这两种⽅式，更加⾼效地扩展5G毫⽶波⽹络覆盖。所谓中继是指在gNodeB（）的信号不能很好地覆盖到⼿机时可以放⼀个中继器，由中继器将信号放⼤之后，再进⾏信号传输，这是⽐较简单的中继器。它的主要功能就是接收和放⼤信号，
关于集成接⼊与回传（IAB），这种⽅式更复杂⼀些，它既能接收信号⼜能回传信号。IAB的节点可以从gNodeB（）接收到信号，同时也可以把信号发给⽤户设备（UE），从⽽实现空间分离全双⼯。这⾥的空间分离全双⼯，指的是因为天线的⽅向不⼀样，因此可以在两个不同的⽅向上复⽤时间和频率资源。
Rel-17应⽤部署：将5G扩展⾄全新终端和应⽤
从5G正式商，再到⽬前的⼤规模商⽤，已经有将近三年时间。5G在全球的发展⾮常迅速：⽬前已有超过205家运营商部署了5G商⽤⽹络，还有超过280家运营商正在投资部署5G技术；预计2023年全球
5G连接数将超过10亿，这⽐4G获得同样连接数的速度整整快了两年；预计2020年到2025年，5G⼿机出货量将超过50亿；超过1275款5G终端已经发布或正在设计中。
关于5G终端及其应⽤，前⼏个5G标准版本主要侧重于提升5G⼿机的性能，将5G扩展到PC是⼀个⽐较容易的⽅向。徐晧博⼠分享说，汽车是Rel-17扩展的主要⽅向之⼀；另⼀个终端类型是VR、AR眼镜，XR是与元宇宙相关的扩展⽅向。Rel-17还将5G扩展⾄⼯业物联⽹⽤例，可以应⽤于机器⼈、矿⼭挖煤等场景。此外，定位也是Rel-17扩展的5G⽤例，5G定位与卫星定位可以形成⾮常好的互补，针对⽆⼈机和卫星，Rel-17也做了专门的技术增强。
根据终端从⾼到低⽀持的特性和功能，5G标准将终端分为：最⾼性能的eMBB/URLLC、⽀持较低复杂度和功耗的NR-Light，以及⽀持最低复杂度和对时延不敏感的eMTC/NB-IoT。下⾯，我们来具体看看Rel-17是如何将5G扩展到不同终端和⽤例的。
第⼀类：eMBB/URLLC这些最⾼性能的终端
5G标准将VR、AR眼镜这类对性能要求很⾼的终端划分为最⾼性能终端。其它还有如⼿提电脑，可以⽀持⽂件传输、看电影等功能，对性能要求也很⾼；还有某些⼯业应⽤需要很低的时延和很好的控制性，以及⼿机需要⽀持多种功能，这些都属于最⾼性能级别的终端。
元宇宙是⽆处不在的空间互联⽹，带来跨越实体世界和虚拟世界的个性化数字体验。Rel-16中就已经有针对XR的研究；Rel-17中的XR项⽬专注于研究和界定各种类型的XR流量需求（AR、VR、云游戏），⽐如往返时间、单向包延迟预算和误包率等。
Rel-17中的XR项⽬研究主要是为已经确定的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Rel- 18项⽬的提升范畴。徐皓博⼠介绍说：“相⽐⼿机等终端，XR终端是全新定义的终端类型，⽬前对这类终端所需的数据包、在什么掉包率下⽤户体验不会受到影响等情况都不太了解，因此需要对这类终端的流量需求和评估⽅法进⾏探索，同时对这类终端的性能进⾏评估。”
第⼆类：RedCap或NR-Light
RedCap或NR-Light是Rel-17引⼊的轻量级5G终端，包括⼯业传感器、监控摄像头、智能电⽹相关设备、⾼端可穿戴设备、⾼端物流跟踪设备等。⽀持较低的复杂度和功耗是这类终端的特点。NR-Light是Rel-17和Rel-18及未来版本中将持续演进的技术。
•在带宽⽅⾯：相⽐⼿机等需要⽀持最⾼性能的终端，NR-Light不需要⽀持那么快的速率，因此可以相应地缩窄带
关于劳动节的名人名言•在带宽⽅⾯：相⽐⼿机等需要⽀持最⾼性能的终端，NR-Light不需要⽀持那么快的速率，因此可以相
应地缩窄带宽。5G NR设计的Sub-7GHz频段带宽是100MHz，针对NR-Light，Rel-17将带宽缩窄⾄20MHz，也就是之前的1/5；5G NR设计的毫⽶波带宽最⼤可⽀持800MHz，Rel-17将其缩窄⾄1/8，使NR-Light在毫⽶波频段下能够⽀持100MHz带宽。
•在天线⽅⾯：传统的5G NR终端通常需要配备四根接收天线，⽽Rel-17将NR-Light终端的接收天线数缩减⾄⼀根或两根。Rel-17还使NR-Light终端⽀持半双⼯，即终端在任何时候要么传输信号、要么接收信号，不能同时传输和接收信号，这样的设计可以使NR-Light终端更节能。
•NR-Light终端还⽀持更低的发射功率和增强的节电模式，⽐如在空闲状态下，NR-Light终端可以在1万秒时间内不进⾏⽹络连接；即使在积极传送状态下，NR-Light终端也可以做到10秒钟不与连接，从⽽减少不必要的能耗。•NR-Light还可以⽀持有限移动性和切换，也就是说NR-Light终端不必每时每刻都与保持连接，因此不需要对终端的移动做过多的测量。此外，⽹络切换速度也可以慢⼀点，从⽽减少信令开销以及更好地优化资源管理。
在这⼀类别中，徐皓博⼠特别重点分享了Rel- 17中扩展的⼏个全新5G终端机应⽤。
扩展⼴播/多播：Rel- 17中，这⼀项⽬的研究范畴包括引⼊独⽴组⽹⼴播增强特性和混合模式多播⽀持。⽐如，⾯向独⽴组⽹⼴播增加对6MHz/7MHz/8MHz载波带宽的⽀持，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。此外，Rel-17还⾯向5G⼴播推动了端到端设计的演进。
•Rel-17引⼊了超⾼频（UHF）⼴播频率，增加了对6MHz/7MHz/8MHz载波带宽的⽀持，以⽀持UHF频段；
•针对流量需求较⼤的通⽤媒体应⽤格式（CMAF）进⾏专门优化，从⽽⽀持低时延⼴播分发和5G流媒体传输；•Rel-17能够⽀持同步⼴播和单播；
•Rel-17引⼊了5G NR多播运⾏；
•Rel-17⽀持实现⼴播和单播之间的动态切换，在实现终端与⼀对⼀连接的同时，接收到传输的信息；•Rel-17⽀持上⾏混合⾃动重传请求（HARQ）反馈和重传，通过给上⾏信道多⼀些反馈或者在信号不好的时候进⾏重传，从⽽进⼀步提升链路⾃适应性和可靠性。
将直连通信扩展到全新⽤例：基于Rel- 16中的C-V2X（蜂窝车联⽹）5G PC5设计，Rel- 17带来⼀系列全新的直连通信增强特性，⽐如优化资源分配、节电和⽀持全新频段。Rel- 17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。
所谓的直连通信，指的是终端之间没有通过进⾏的通信。Rel-16⾸次引⼊的直连通信功能，是对此前C-V2X技术的进⼀步演进和增强，实现的是车与车之间的连接。Rel-17进⼀步扩展了直接通信，实现了任意类型的两个终端之间的连接。此外，Rel-17针对之前版本的直连通信做了很多优化，⽐如
增强节电特性和改进资源分配等。Rel-17针对直连通信的另⼀项优化是引⼊了直连通信中继，从⽽实现更⼤的⽹络覆盖范围。
北京机场巴士徐晧分享说：“直连通信将有可能催⽣⼀系列变⾰性应⽤，尤其是在如智能家居这类拥有很多低复杂度的物联⽹设备的场景，及那些追求更低时延的应⽤场景中。不过，直连通信的速率和传输距离有关，距离越近，衰减越⼩，速率就越⾼。也因此，直连通信更适合距离⽐较近的应⽤场景，因为它传输的范围有限，基本上是⼏百⽶之内的⽐较⼩范围，具体范围和是否是视距传输（Line of Sight）以及具体传播环境有关。”
增强的精准定位：Rel- 17进⼀步提升了5G定位，以满⾜包括厘⽶级精度在内的更为严苛的⽤例需求。该项⽬还包含了其它增强特性，⽐如降低定位时延，提⾼定位效率以扩展容量，以及实现更优的GNSS（全球导航卫星系统）辅助定位性能。
Rel-16版本时，在80%的情况下可以实现室内3m和室外10m的定位精度，同时⽀持多种定位⽅式。Rel-17进⼀步将5G 定位提升到厘⽶级精度，满⾜商业⽤例（1m之内）和⼯业物联⽹（100毫秒内⼩于0.2m）的精度要求。此外，Rel-17还进⼀步降低了定位时延，通过在定位时直接调⽤此前在终端上预先采集和储存的信息来节约信令开销并降低交互时间。Rel-17中的5G定位还⽀持全球导航卫星系统（GNSS）增强，利⽤GNSS辅助信息提⾼5G定位性能和效率，同时利⽤GNSS和5G定位实现互补。
徐晧总结说：“在室外环境下，卫星定位更具优势；在室内环境下，5G定位更加精准。”
第三类：⽀持eMTC/NB-IoT的终端
Rel-17引⼊了⾯向⾮地⾯⽹络或卫星通信的5G物联⽹，包括⽀持eMTC和NB-IoT，从⽽将4G、5G中的物联⽹技术引⼊5G⾮地⾯⽹络通信中。在卫星覆盖的地域范围内有很多物联⽹终端，根据不同的应⽤场景需求，可以将eMTC和NB-IoT 终端直接与卫星连接。
eMTC/NB-IoT其实是4G就已经⽀持的两项技术，但它们在5G框架下得到了增强。相⽐NR-Light，⽀持eMTC/NB-IoT技术的终端针对的是最低复杂度且对时延不敏感的应⽤。Rel-17针对eMTC/NB-IoT这两项技术进⾏了向上的功能增强。
相⽐4G的eMTC/NB-IoT，Rel-17进⼀步提⾼了这两项技术⽀持的数据速率，从⽽⽀持更多的⽤例。⽐如，在最开始的Rel-13中，eMTC⽀持的最⼤吞吐量为300kbps；在Rel-13/14/15增强，eMTC⽀持的最⼤吞吐量达到588kbps；Rel-17将eMTC⽀持的最⼤吞吐量进⼀步提升⾄1.2Mbps。
第四类：⽆源物联⽹终端
这类终端对应的是最低性能级别的物联⽹应⽤，甚⾄都不需要电池，仅通过反射信号就能确定终端⾝份。⽐如在物流场景中货品表⾯贴的标签⽀持RFID，可以通过读表器扫描获取货品信息，这就是最低
复杂度的⽆源物联⽹⽤例。
5G到6G的演进规划
Rel-17之后，Rel-18将开启5G Advanced的持续演进，其中包括加强端到端的5G系统基础，以及将5G扩展⾄⼏乎全部终端和⽤例。徐皓博⼠分享说：“⾏业遵循⼤概10年⼀个G的进程，将移动通信技术不断地往前推进。未来五到⼗
年，5G肯定是最主要的研究⽅向，⾏业会把5G Advanced不停地往前推进；同时会关注哪些是5G的瓶颈，这些瓶颈如何⽤6G来解决。”
关于5G向6G的演进，徐皓博⼠也给出了⼤概的时间线，即2025年左右会开始有更多关于6G标准的讨论；2028年左右开始推出6G标准；2030年左右开始商⽤。对于通往6G的主要研究⽅向，徐皓博⼠也做了重点分享。
•AI可以给移动通信技术研究提供⼀个全新的⽅向。AI能够以极具变⾰性的⽅式来改变移动通信系统，⽐如说传输，输⼊直接是图像，输出也是图像，中间过程全部⽤AI来处理，甚⾄整个通信系统甚⾄都可以⽤AI来全⾯升级。这是⾮常激进的⼀种⽅式，但还是有⼀定的可⾏性。
•全新的⽆线电设计。包括了千兆级的MIMO、毫⽶波演进、可重配智能超表⾯、⾮地⾯通信等等。
•可扩展的⽹络架构。指的是未来的⽹络架构会更灵活，⽽且会更多地考虑到AI需要的边缘计算能⼒、以及⽀持XR分离式渲染的架构，这也是设计6G系统的时候可能会提前考虑到的架构⽅⾯的优化。
•通信系统的可靠性。在设计6G系统的时候就做到更好的多维度信任和开源性，甚⾄可以考虑⽤量⼦通信技术或者是区块链来提⾼安全性和可靠性。
以上这些，都是通往6G的可能的研究⽅向。徐皓博⼠表⽰，最终哪些技术能在6G落地还是要通过实验和测试才能知道。⾼通在移动通信⾏业已经有超过三⼗年的投⼊和技术积累，在对5G技术的研究和持续创新中，也是贡献了很多关键的技术：
•在Rel-15中，⾼通创新贡献了⼏项关键技术发明：⾸先是引⼊移动毫⽶波；其次是引⼊先进信道编码，包括LDPC和CRC辅助极化码，它们区别于4G的turbo码和卷积码；同时还引⼊了可扩展参数集，为了将对低频段、毫⽶波频段以及不同带宽的⽀持都融⼊到同⼀个架构中，5G需要有⾮常灵活的时隙架构，同时也要有可扩展参数集。上述这些技术的引⼊，为5G奠定了最基础的技术框架。
•在Rel-16中，⾼通还贡献了免许可频谱、先进的节电和移动性、⾼精度定位、直连通信、关键业务型设计、全新部署模式等技术。
•在Rel-17中，⾼通⼜贡献了⼏项关键技术发明。包括：毫⽶波扩展，将频谱从52.6GHz扩展到了71G
Hz，同时还⽀持60GHz免许可频段；引⼊RedCap（NR-Light）终端，主要⾯向的是可穿戴设备、传感器和摄像头等较低复杂度的物联⽹终端；终端增强；引⼊⾮地⾯⽹络（NTN）的⽀持，即卫星通信；引⼊对拓扑扩展的⽀持，包括增强的集成接⼊与回传（IAB）、中继器和⾯向弱势交通参与者的V2X等。
谈到未来，徐皓博⼠分享说，实体世界、虚拟世界、数字世界的融合发展是近⼀两年讨论的⽐较多的。通信技术⽆疑是这三个世界的融合以及元宇宙中最核⼼的技术之⼀。如果没有强⼤的5G或者6G的通信连接，就没有办法做到很好的实现。通信技术让我们离万物互联的愿景更近⼀步。这是⾼通⾮常看好的⾏业发展技术，相信也是能让通信技术得到更好更好应⽤的场景。