不谈愿景，5G-A有哪些新技术？

2023年12月11日至15日举行的3GPP全会标志着3GPP成立25周年，也是3GPP的又一个重要里程碑！

作为一个标准组织，3GPP在过去二十五年里提供了世界领先的移动宽带标准，从而建立了规模增长最快的全球技术生态系统。

这次会议结束了 Release 18，5G Advanced 的第一个版本，并批准了 Release 19 的主要范围，确定了 5G Advanced 的未来方向。

作为 5G Advanced 的延续，Release 19 将主要侧重于提高性能并满足5G商用部署中的关键需求。我们预测 5G Advanced 将在这十年中继续在3GPP发展，同时，如图1所示，我们预计从2025年开始的6G标准化将在 Release 20 和 Release 21 中加速。

图1：3GPP的 5G Advanced 和6G时间表

（2025年以后的日期仅供参考）

5G Advanced 

的演进

5G Advanced 将增强网络性能，并增加对新应用和用例的支持。本文重点介绍了3GPP Release 18 和 Release 19 将如何实现更高性能无线接入网络和新功能，使通信服务提供商能够实现其服务产品的差异化。另外，本文也将分享最新的标准演进如何支持自动化和可持续网络。

高性能5G网络

多输入多输出(MIMO)

先进的天线系统和大规模MIMO是5G的基石。Release 18 引入了几方面的优化：

上行链路和下行链路的系统容量进一步提升，主要是通过5G新空口（NR）多用户MIMO的改进。多用户MIMO是一种允许两个或多个UE使用相同时间和频率资源的技术，因此可以在这些相同的资源上调度更多 UE。

通过实现分布式发射机之间的协调操作，可以提高信号质量。这是迈向完全分布式MIMO（D-MIMO） 系统的重要一步。

通过支持CPE设备中的八个发射天线，固定无线应用（FWA）的数据速率得到了提高。

为了提高移动用户的服务质量，MIMO框架得到了改进，根据用户移动性信息基站可以在波束赋形方法之间进行自适应转换。

在 Release 19，大规模MIMO将支持超大规模的天线阵列，从而提供更高的增益和更灵活的波束赋形。这将提高链路和网络性能，对6 – 7 GHz 范围内的新频段至关重要。

Release 19 还将引入增强功能以实现具有成本效益的分布式发射器。这是迈向大规模部署D-MIMO的又一步。

最后，Release 19 将允许UE发起的测量报告，从而加快5G波束管理程序。此功能将允许更快的波束选择，这与移动用户高度相关。

移动性

与MIMO一样，移动性是高性能 5G 网络的核心组成部分。在 5G Advanced 中，3GPP引入了一种减少服务中断时间的新切换程序，称为 L1/L2 触发的移动性（LTM）。

LTM适用于所有频段，并且也可以应用于使用载波聚合的UE。在 Release 18 中，一个gNB的不同服务小区之间支持LTM。

在 Release 19 中，LTM框架将得到扩展，以支持不同gNB的服务小区之间的切换。LTM框架将增加对跨 FR1 和 FR2 的 NR-NR 双连接的支持。

Release 19 还将探索使用人工智能和机器学习（AI/ML）来提高移动性。例如，AI/ML可用于预测未来最佳服务小区。

3GPP的研究项目将综合考虑AI/ML性能和复杂性，其结论将作为 Release 20 移动性性能的规范依据。

动态频谱共享

动态频谱共享（DSS）是 5G 中的一项关键部署功能，它允许4G和5G载波共享相同的频率，从而促进从4G向5G迁移。基于DSS方案，一个基站可以在相同频谱中为4G和5G终端提供服务。

DSS是在5G的第一个版本中引入的，并在 后续多个版本中得到了改进。Release 18 支持对来自4G 邻小区强干扰的处理，并提高了下行控制信道的容量和覆盖范围。

DSS经过从 Release 15 到 Release 18 持续改进之后，已经相对完善，在 Release 19 中没有对DSS 进行进一步增强的需求。

支持新的消费者和企业服务

5G Advanced 增强了对多种新的消费者和企业服务的支持，使通信服务提供商能够差异化其网络。其中包括云游戏、沉浸式现实、室内定位和工业传感器网络。

扩展现实

扩展现实 (XR) 是一个概括性术语，涵盖虚拟现实 (VR)、增强现实 (AR) 和云游戏等广泛应用领域的用例。不同类型的 XR都有严格的时延要求，即较低且限定在一定范围内的端到端时延。

此外，市场趋势表明终端设备的外形尺寸越来越小，这限制了可用功率和计算资源。

在 Release 18，3GPP引入了5G无线接入网（RAN）和核心网侧对XR的增强功能。为了满足严格的延迟要求，引入了低延迟低损耗可扩展吞吐量（L4S）。

L4S通过调整应用数据速率来减少网络中的数据包排队。Release 18 还引入了媒体单元的抽象概念，它由一组数据包组成，例如有助于视频帧的渲染。这使得 接入网可以执行主动队列管理（AQM），在丢弃数据包的同时，最大限度地减少对体验质量的影响。

此外，Release 18 还引入了专为XR设备设计的省电功能。为了支持这些功能的应用， 接入网侧的标准引入了XR感知。通过新的信令机制，XR应用信息（如数据包周期和QoS要求）可以从5G核心网络传递到接入网。

这项工作将在 Release 19 继续。包时延信息可用来提升上下行调度，从而提高XR容量。利用未使用的测量间隙进行数据传输，以减少测量间隙对数据速率的影响。

室内定位

AI和ML为提升特定场景的定位性能提供了新的可能性。Release 18 研究了使用AI/ML来提高基于5G的定位精度，这是一项有价值的服务，尤其对于室内环境。

在室内，如在工厂或办公室中，可能无法使用全球导航卫星系统（如 GPS）。3GPP研究项目的重点是使用人工智能识别gNB和UEs之间的视距链路（LOS），因为在视距条件下的定位可提供高精度。

基于 Release 18 的研究项目，3GPP将在 Release 19 中标准化AI/ML驱动的定位，以提高定位精度。

物联网

Release 17 引入了低复杂度NR RedCap终端（Reduced Capability）,有助于降低设备价格，支持工业无线传感器网络、可穿戴设备和无线摄像头。RedCap终端可以配备单个接收通道，以支持更小尺寸的可穿戴设备。

Release 18 规定了定位和更低的峰值数据速率 10 Mbps。数据速率的降低进一步降低了RedCap终端的复杂度。RedCap剩下的部分将会在 Release 19 讨论，即支持卫星通信，以实现真正无处不在的NR IoT覆盖。

省电功能对于物联网设备非常重要。在 Release 18 中，3GPP研究了低功耗唤醒信号（LP-WUS）的优点。低功耗、低成本唤醒接收器 （WUR）接收LP-WUS，该装置的唯一目的是在检测到 LP-WUS 存在时唤醒设备中的主接收器。Release 19 的标准将支持 LP-WUS 和 WUR。

非地面网络

在 Release 17 中，NR经过调整以支持非地面网络（NTN）中的卫星通信。Release 18 包括NR NTN上行链路覆盖增强功能，以促进稳定可靠的语音和消息连接。为了实现地面和非地面网络之间更紧密的集成，这两种网络拓扑之间的移动性过程在 Release 18 中得到了加强。

NR NTN 演进将在 Release 19  中持续进行。

• 目标之一是提升卫星的下行覆盖。

• 3GPP 将研究是否需要对 5G 架构进行改变才能在卫星上安装完整的gNB。

• 将引入高输出功率的终端。

• 最后，正如上一节中已经提到的，将支持RedCap终端。

网络节能

5G在设计之初就定位于满足日益增长的流量需求，并同时限制移动网络的功耗。随着 5G Advanced 的推出，网络节能得到了越来越多的关注。

Release 18 定义了一个网络能耗模型，以识别可以提高网络能效的时机，并规定了一些方法以便gNB可以动态调整其天线的激活部分和发送功率。

在 Release 18 的基础上，Release 19 将进一步引入额外的节能功能，包括：

• 按需的辅小区SSB传输

• 按需的面向空闲态UE的SIB1传输

  
  

这两种技术都将基于一个新的触发机制，用于按需传输。

此外，在 Release 18，AI/ML领域还进行了网络节能的相关工作。

智能的网络自动化

人工智能和机器学习有能力通过分析从网络中收集的数据，来解决复杂和非结构化的网络问题。对一些特定的用例，3GPP已经研究如何将人工智能和机器学习应用于5G RAN和物理层。

用于下一代RAN增强的人工智能和机器学习

Release 18 中关于人工智能/机器学习的工作集中在三个用例上：

• AI驱动的网络节能

• 负载均衡

• 移动性优化

通过NR接口上的信令增强（如UE到gNB无线接口、gNB之间的Xn接口），AI的应用在这些用例中得以实现。3GPP已经同意不对AI模型进行标准化，来确保厂商之间的良性竞争、激励和创新。

针对新用例的研究将在 Release 19 进行。一个新的用例是AI辅助的动态小区成形，也可以说是，AI辅助的覆盖和容量优化。

用于物理层增强的人工智能和机器学习

在 Release 18，3GPP已经研究了如何通过人工智能/机器学习来提升5G空口的功能和性能。研究是由三个用例驱动的。

• 定位

• 波束管理

• 信道状态信息上报

此外，还包括一些关于人工智能生命周期管理的研究，包括性能检测和测试。

基于 Release 18 研究的结论，Release 19 将会为人工智能/机器学习应用于空口定义一个整体框架，并将为人工智能/机器学习在如定位和波束管理的用例进行相关标准化工作。

此外，3GPP 还将继续探索人工智能/机器学习在其它用例的可用性，比如移动性。

迈向6G的桥梁

在 Release 19 的时间范围内， 我们预计对 6G 的用例和服务要求的研究项目将会在服务和系统方面工作组1 （SA1）开始。

一个深入的技术研究项目将在随后的Release 20中进行，涵盖6G无线接入网设计。Release 21 将标准化6G无线接入网，为2030年6G商用发布做准备。

在我们看来，通过本文中提到的很多项目，Release 19 将提供从 5G Advanced 到6G的桥梁。

XR将逐步演变成人机交互的沉浸式通信，并将提出 6G应满足的新要求，以提供更好的用户体验。

人工智能和机器学习将在未来发挥重要作用，预计从第一天起就将成为重要的6G构建模块。

5G Advanced 中的网络能效增强将为6G时代的可持续网络设计提供基准。

Release 18 和 Release 19 中引入的 D-MIMO 解决方案将引领 6G 的 D-MIMO。 

此外，Release 19中将有两项研究课题侧重于信道建模，为未来的工作奠定基础：

• 通感一体的信道建模（ISAC），一种使能通信网络同时支持通信和环境感知的技术

•  验证 7-24 GHz 范围内的3GPP信道模型，尤其研究厘米波范围内新的6G频谱

  
  

结论

Release 18 的结束标志着 5G Advanced 的引入。在3GPP Release 15、16 和 17的基础上，5G Advanced 体现了自2018年起5G演进的总体成果，必将进一步提升5G的商业价值。

作为 5G Advanced 的延续，Release 19 将专注于促进对5G商业部署持续投资的解决方案，以提高性能并满足关键需求。

同时，Release 19 将作为通往 6G 的桥梁，其中的许多解决方案将为未来的 6G 系统提供基准。