3GPP技术趋势-5G-Advanced发展趋势(他山之石）-1

一、文档摘要（AI生成）

探讨 5G 先进版（5G-Advanced）作为 5G 网络的演进方向，其所带来的进步和关键特性。首先介绍了 3GPP 在连接性和通信发展方面所扮演的角色。

重点介绍了 3GPP Release-17 (Rel-17) 为现有应用带来的增强功能，包括 NR 的 MIMO 技术、改进的上行链路覆盖、增强的侧链通信、定位增强、UE 节能、URLLC/IIoT 增强、集成接入和回程 (IAB) 以及非地面网络 (NTN)。它还讨论了 5G-Advanced 中的关键技术用例，例如元宇宙演进、RedCap 设备、集成通信和传感 (ICAS) 以及环境物联网。

此外，白皮书还探讨了人工智能 (AI) 和机器学习 (ML) 在基于 3GPP 的无线网络中的作用、3GPP 中的频谱和空中接口以及可持续发展。

结论强调了 3GPP 对全球技术趋势和可持续发展的承诺。

主要要点：

3GPP 简介和 5G-Advanced 的演进

• 3GPP Rel-17 对现有应用的增强概览

• 5G-Advanced 中的关键技术用例：元宇宙演进、RedCap、ICAS、环境物联网

• 人工智能和机器学习在基于 3GPP 的无线网络中的作用

• 3GPP 中的频谱和空中接口

• 关注可持续发展和能源效率

二、介绍

在不断发展的电信领域中，第三代合作伙伴计划（3GPP）在连接和通信的创新与进步中扮演着重要角色，使世界更加互联。虽然5G网络已经开始为全球许多人带来变革性的体验，但3GPP的成员们不知疲倦地致力于通过开发5G-Advanced将这些网络提升到更高的水平。5G-Advanced作为5G的自然继任者，标志着我们连接体验的非凡演进。具有更快的数据速度、更低的延迟和超高可靠性，5G-Advanced承诺为行业、消费者和更广泛的生态系统开启广泛的机遇。这份白皮书深入探讨了5G-Advanced的核心，阐明了即将到来的无线通信时代的关键技术、特性和用例。

在2022年6月，引入了3GPP Release (Rel)-17，为现有应用带来了显著增强，补充了数据速度、降低延迟和超高可靠性的进步。这些增强包括5G New Radio (NR)的多入多出（MIMO）、增强上行覆盖、增强侧链通信、定位增强、UE节能、超高可靠低延迟通信（URLLC）/工业物联网（IIoT）增强、集成接入与回程（IAB）和非地面网络（NTN）。这些增强共同推动了5G网络的全面发展，在MIMO技术、功率效率、通信可靠性、定位能力以及对非地面网络的支持等领域取得进展。此外，为增强覆盖而扩展频谱利用也促使了一个更多功能、更高效的5G生态系统的出现，3GPP Rel-17功不可没。5G NR引入了增强网络能力和功能的关键特性，使3GPP Rel-17成为蜂窝网络演进的重要里程碑。在本文中，我们将互换使用术语NR Rel-17、3GPP Rel-17和Rel-17。

3GPP技术趋势的演进继续，Rel-18探讨了元宇宙等前沿主题。元宇宙是数字技术领域的一个动态概念，提供了无缝连接人、地方、物体和实时信息的沉浸式数字体验，超越了物理世界的限制。除了元宇宙，RedCap（Reduced Capability）设备也在3GPP Rel-17中首次引入，支持各种用例，并为NR RedCap的额外规范工作奠定基础。这项工作包括可穿戴设备（例如智能手表、可穿戴医疗设备、增强现实（AR）/虚拟现实（VR）眼镜、工业无线传感器和视频监控）等应用。计划在3GPP Rel-18中增强RedCap设备的功能，拓展至新领域，包括智能电网技术。3GPP Rel-18还涉及联合通信和感知（JCAS）等功能，将通信和感知功能集成在同一系统或网络中。

在Rel-17中，扩展了ML（机器学习）覆盖，描述了由ML启用的RAN智能的原则，Rel-18将AI/ML的规范扩展到了新的无线空口。对无线空口的重点放在了需要网络基础设施与用户设备之间交互的ML解决方案上。未来AI/ML用例将在无线空口、RAN和系统架构中得到处理，而Rel-20将研究6G，并将AI/ML作为系统的一个组成部分。先进技术，如分布式学习，与深度嵌入的AI结合使用，将显著提升性能和可用性，使6G成为第一代数据驱动移动网络。

随着3GPP技术趋势的不断演进，频谱和可持续性也成为焦点。频谱仍然是至关重要的需求，新的频谱频段承诺不仅能够启用创新应用，还能增强5G-Advanced领域内现有应用的能力。为5G-Advanced蜂窝部署分配的频谱通常位于7.125 GHz到24.25 GHz的中高频段，具有大带宽和适合广泛地理覆盖的优势。在本白皮书中突出显示的指定的“FR3”频谱对于增强定位和感知能力具有潜力。

最后，3GPP认识到通过认真关注联合国可持续发展目标来应对气候变化的重要性。3GPP努力致力于与能源效率、资源效率、循环利用和社会责任相关的标准。这一全面的方法强调了3GPP在引领全球技术趋势方面的承诺，同时在连接、系统和各种通信模式方面进行创新。他们的方法对于减少资源使用、限制网络运营的环境影响以及提高全球资源效率产生了广泛的影响。

三、Release-17 和迈向 5G-Advanced 的征程

3.1 进展和5G及5G-Advanced的路线图：推动连接和标准化

5G已经成为一项变革性技术，彻底改变了连接方式，使得各种创新服务得以实现。为了进一步推动5G的能力，第三代合作伙伴计划（3GPP）引入了一个新的划分，即5G-Advanced，它包括从Rel-18版本开始的新计划的3GPP发布。这一演进建立在以前版本奠定的基础上，引入了新的增强和功能，以进一步推动5G网络的发展。

5G和5G-Advanced的发展进展得益于3GPP内的协作努力和标准化。一个多元化的利益相关者群体，包括网络运营商、设备制造商、技术提供商和垂直行业合作伙伴，共同努力制定了一个统一且全球公认的标准。目标是确保5G网络的互操作性、可扩展性和未来性。

图1. 5G向 5G-Advanced 演进：3GPP 概览

3GPP 采用并行工作流程系统，同时开发多个版本。就 5G-Advanced 而言，计划跨越多个版本，首先将 Rel-18 作为第一个目标版本。Rel-18 无线接入网 (RAN) 的范围界定，特别是针对 5G-Advanced 的范围界定，已于 2021 年下半年开始，核心规范预计将于 2023 年底完成。

核心规范预计将于 2023 年底完成。这一时间表不包括 RAN4 中的性能部分或 RAN5 中的 UE 一致性测试规范工作。

3.2 Rel-17 网络和设备改进概述

3GPP Release 17除了之前提到的增强功能之外，还对现有应用进行了重大改进，包括：

• NR 的 MIMO: 进一步改进NR的MIMO 技术，以提高频谱效率和无线通信的鲁棒性。Rel-17中引入的技术包括统一传输配置指示器 (TCI) 框架、多传输接收点 (TRP) 传输、探测参考信号 (SRS) 增强以及针对高速通信 (例如高铁) 的优化。

• 改进的上行链路覆盖: 通过增强控制和数据信道，利用增强重复、解调参考信号 (DMRS) 时域捆绑以及跨多个时隙的上行数据传输块分配等技术进行改进。

• 增强的侧链通信: 侧链通信的节能措施和可靠性改进。这些改进包括部分感知、不连续接收 (DRX) 增强、UE 间协调、广播/组播/单播的侧链 DRX 以及对侧链中继的支持。

• 定位增强: Rel-17侧重于提高水平和垂直方向的定位精度，降低请求和响应的延迟，并提高网络和设备级别的效率。

• UE 节能: 闲置和连接模式下的节能增强。这些节能增强包括减少寻呼误报率、活动带宽部分 (BWP) 扩展，物理下行控制信道 (PDCCH) 跳过、放松无线链路监控 (RLM) 测量以及 Rel-16 中指定的其他节能改进。

• URLLC/IIoT 增强: 增强混合自动重复请求确认 (HARQ-ACK) 反馈，用于半持久调度 (SPS) HARQ-ACK 延迟、类型 3 HARQ-ACK 和物理上行控制信道 (PUCCH) 小区切换。Rel-17 扩展了未许可频段中的 URLLC 操作，并支持不同流量优先级的 HARQ-ACK/SR/信道状态信息 (CSI) 和 PUSCH 之间的复用行为。针对时序敏感网络引入了传播延迟补偿增强。

• 集成接入和回程 (IAB): Rel-17中的 IAB 增强功能使 NR 小区的部署更加灵活和密集，同时减少了对有线传输基础设施的需求。这些增强改善了鲁棒性、负载均衡、频谱效率、多跳延迟和端到端性能。

• 非地面网络 (NTN): Rel-17 针对非地面网络（例如低地球轨道 (LEO) 和地球静止轨道 (GEO)）的长传播延迟、大多普勒效应和移动小区进行了增强。包括隐式兼容性，以支持涉及高空平台站 (HAPS) 和空对地 (ATG) 通信的场景。

3GPP Rel-17 中的这些增强功能有助于5G网络的全面发展，在MIMO、覆盖、功率效率、通信可靠性、定位以及对非地面网络的支持等方面取得了进步。

3.3 3GPP Rel-17中的新网络和设备功能

NR Rel-17为5G领域带来了显著的进展，引入了一系列关键特性，增强了网络的能力和功能。这些特性旨在满足不断发展的行业需求，支持新的用例，并扩展5G技术的覆盖范围。从扩大频谱利用到提高覆盖范围和专用设备功能，NR Rel-17为一个更多功能、更高效的5G生态系统奠定了基础。让我们探讨一些使NR Rel-17成为蜂窝网络演进中关键里程碑的关键特性。

NR Rel-17 关键特性：

• 扩展频谱范围：NR Rel-17 将 NR 的工作频谱扩展到更高频段，从 52.6 GHz 延伸至 71 GHz。这一扩展解锁了新的许可和非许可频段，为 5G 部署提供了更多频谱可用性。

• 降低功能的NR设备： 基于 3GPP 的全球蜂窝网络得到广泛采用，连接着各个行业，并使物与物、物与人之间的跨境通信成为可能。凭借 5G NR 的灵活性和可扩展性，及时引入增强功能可以满足新用例并扩展 5G 生态系统，将更多设备连接到网络。消费电子、汽车、铁路、采矿、公用事业、医疗、农业、制造和交通运输等行业都受益于蜂窝物联网 (IoT)。

3GPP Rel-17 引入了对降低能力 (RedCap) NR 设备的支持，以进一步加快工业转型和数字化。这些设备设备可满足当前 NR 规范无法充分满足的目前的 NR 规范无法充分满足的用例。RedCap大规模机器型通信（mMTC）的宽松要求与机器类型通信（mMTC）的宽松要求与之间的鸿沟。通信（URLLC）之间的差距，如图 2 所示。

图 2. Rel-17 RedCap 可满足介于eMBB、mMTC 和 URLLC 之间的需求。

Rel-17通过引入对RedCap UE2的支持，扩展了NR的用例范围。RedCap UE提供了与Rel-8 LTE UE相当的性能，但提供了额外的优势，如改进的延迟和在高达52GHz的NR频段中运行的能力。RedCap UE设计得比常规NR UE更简化，具有减少的无线接收（RX）天线分支数量、减少的RX和无线发射（TX）带宽，并以半双工模式运行。这种降低的复杂性预计将导致更具经济实惠的设备价格，支持在工业传感器网络等新应用中使用NR。此外，支持单天线分支使设备形状更为紧凑，这在流行的可穿戴应用中，如智能手表中至关重要。

• 增强动态频谱共享 (DSS)：NR Rel-17 改进了动态频谱共享 (DSS) 技术，支持在相同频段同时高效运行 4G LTE 和 5G NR 网络。这些改进优化了频谱资源利用率，实现了更灵活、高效的频谱共享。

• 增强上行链路覆盖：NR Rel-17 旨在改善上行链路覆盖，确保在复杂环境中也能提供可靠的连接。这些改进扩展了上行链路传输的范围，提升了整体用户体验。

• 多 SIM 卡设备：NR Rel-17 支持多 SIM 卡设备，可容纳多个 SIM 卡。此功能使用户能灵活选择不同的网络运营商或服务，并实现无缝地在网络之间切换。

• 先进的侧链通信：Rel-17 增强了侧链通信功能，使附近设备之间能够进行高效、可靠的直接通信。这些增强功能支持设备间协调、基于位置的服务以及协作用例。

• 小数据传输 (SDT) 功能：NR Rel-17 致力于优化小数据包的传输，提高效率和可靠性。这些功能适用于物联网 (IoT) 应用、传感器网络和其他频繁传输小数据有效载荷的用例。

• NR 内的广播/组播服务：Rel-17 能够使用 NR 技术提供广播和组播服务。此功能可以高效地向许多用户同时提供实时电视、空中软件更新和物联网 (IoT) 解决方案等内容。

• 支持非地面网络 (NTN)：Rel-17 中引入了非地面网络 (NTN)，这为 3GPP 规范带来了重大进步。这些网络利用高空平台、低地球轨道 (LEO) 卫星和地球静止轨道卫星来扩展网络覆盖范围，覆盖地面网络无法到达的偏远地区。NTN 与 NR、窄带物联网 (NB-IoT) 和 LTE 机器类型通信 (LTE-M) 结合使用，使能够从 Rel-17 版本开始实施基于 NTN 的移动宽带 (MBB) 和大规模物联网服务。

这些特性旨在满足不断变化的行业需求，支持新兴用例，并扩展 5G 技术的应用范围。NR Rel-17 为更加灵活、高效的 5G 生态系统奠定了基础，推动各行业数字化转型和创新。

继 Rel-15 和 Rel-16 的早期研究之后，Rel-17 着力解决与 NTN 相关的特定挑战。这些挑战主要围绕卫星的移动性和轨道高度。高空会增加路径损耗和更大的往返时间 (RTT)。对于低轨卫星 (LEO) 而言，它们的移动性会在无线电链路上引入明显的多普勒偏移，并需要所有涉及设备频繁切换服务节点。Rel-17 引入了基于 NR、NB-IoT 和 LTE-M 技术的 NTN 所需的基本机制和规范，以应对这些挑战。

在 Rel-17 中纳入 NTN 增强了网络功能，并为全球连接开辟了新的可能性。通过利用高空平台、低轨卫星和地球静止轨道卫星，NTN 可以为传统地面网络无法覆盖的地区提供网络覆盖。这一发展为改善移动宽带服务并实现各种物联网设备的无缝连接铺平了道路。随着 3GPP 规范的不断发展和扩展，Rel-17 在弥合地面网络和非地面网络差距方面树立了重要的里程碑。

NR Rel-17 代表了 5G 演进的一大飞跃，引入了众多功能，增强了网络能力并扩展了其在各个行业和用例中的适用性。从扩展频谱范围到引入专用设备和优化数据传输，NR Rel-17 赋能 5G 生态系统满足新兴需求并连接日益增长的设备数量。这些进步为更加多样化、高效和包容性的 5G  landscape 铺平了道路，推动各行业数字化转型和创新。

3.4 Release 17 中的安全增强和功能（待续）

---