详细介绍：25年11月通信基础知识补充1：3GPP R15-R18的演进
关于第三代合作伙伴项目（3GPP） Release 15、16、17、18的演进过程一直都很模糊，因此在本篇blog的第一部分简要整理了各版本的主要特性、演进重点与差异，方便后续学习。
【通信基础知识补充】：3GPP R15-R18的演进
1. 3GPP Release 15（5G Phase 1）
1.1 时间与定位
- Release 15 是 5G NR（New Radio）标准化的第一步，2017年3月批准了第15版的初始软件包，标志“5G 开端”。
- 它主要解决的是增强型移动宽带（eMBB）场景 + 初步支持 5G 核心 + 新无线空口。
- 架构上包括“非独立组网（NSA）”模式，即5G基于4G LTE承载＋5G NR空口；以及“独立组网（SA）”模式即5G完全脱离4G。
1.2 关键特性
- 无线空口（NR）引入：支持新频段（毫米波 FR2）、新的子载波间隔（SCS）、新的帧结构等。
- SA 架构：5G 核心网络（5GC）+ NG‑RAN 接入，实现网络脱离 LTE。
- 支持 eMBB：更高速率、更大带宽、更好的频谱利用。
- 初步支撑 URLLC／mMTC，但特点还是聚焦于 eMBB。
- 架构成熟度较基础，更偏“建立平台”阶段。
1.3 局限／演进需求
- 虽然支持 URLLC／mMTC，但其能力（例如超低时延、超高可靠性）尚未充分覆盖到工业自动化等垂直场景。
- 垂直行业（车联网、工业 IoT、非公开网络 NPN、卫星 NTN 等）机制尚在后续 Releases 中展开。
- 空口、系统、网络架构仍有优化空间。
2. 3GPP Release 16（5G Phase 2／增强版）
2.1 时间与定位
- Release 16 是在 Release 15 基础上的“第二步”5G演进，增强了 eMBB，同时开始深入支持垂直行业场景。
- 能力（latency, reliability, new access方式）提升。就是它的特点是“5G Phase 2”——不仅是速率的提升，而
2.2 关键增强特性
空口／无线方面
- 多输入多输出 (MIMO)、波束成形增强、CSI 反馈改进、multi‑TRP（多个传输点）加 uplink 多天线发送。
- 动态频谱共享 (DSS) 扩展，增强 LTE＋NR 同载波共享。
- 支持 NR 在免许可频谱（NR‑U）及无线回传（IAB，Integrated Access and Backhaul）场景。
- 更强的设备节能机制（如唤醒信号等）。
新部署场景／垂直行业帮助
- URLLC（超可靠低时延通信）与 IIoT 帮助增强（例如工业控制、自动化等）。
- 车联网 (V2X) 进一步扩展，包括 NR 边链路（sidelink）支持。
- 定位服务增强（R16引入了新的定位参考信号PRS，基于UE收到来自多个基站的PRS计算到达时间差异，从而利用这些信息实现位置估计；并在R15的基础上进一步扩展了探测参考信号SRS的定位方法，基站通过接收到的 SRS 信号来测量到达时间、接收功率和到达角度，并报告给定位服务器；此外R16支持在全球导航卫星系统（GNSS）信号不可靠或不可用的环境中，借助基站和定位服务器的配合，提供可靠的定位服务）。
- 支持非公共网络 (NPN) 和私有网络场景。
2.3 应用意义
- 对 RIS、语义通信中低时延场景（比如工业自动化、车联网、智能天线部署）而言，Release 16为“可靠、低延迟＋大规模天线”提供了更坚实基础。
- 支持 IAB 无线回传也意味着灵活部署变得更可行，对于边缘部署、工厂移动场景有意义。
3. 3GPP Release 17（5G 扩展版／纵深化）
3.1 时间与定位
- Release 17 承前启后，是 5G 演进中“纵深化”与“扩展新领域”阶段。 (5G Training and 5G Certification)
- 其目标是扩大 5G 能力至更多使用场景（如卫星、非公共网络、低能力设备等），以及提高整体系统效率。
3.2 关键新增／增强特性
eMBB 功能增强
| 特性 | 描述 |
|---|---|
| IAB (集成接入与回传) | - 增强了对网络拓扑变化的支持 - 改进了接入链路和回传链路的双工（例如，子链路和父链路的同时运行） - 路由增强 |
| MIMO (多输入多输出) | - 基于商业网络的经验，主要关注频率范围2（FR2），支持多TRP部署、SRS、CSI测量和报告的改进 |
| DSS (动态频谱共享) | - 跨载波调度增强 - 其他调度增强 |
| 覆盖范围 | - 增强了FR1和FR2的广域覆盖（待研究） - 关注移动宽带和语音服务应用场景，但不包括低功率广域使用场景 |
| 多无线电双连接 | - 更高效的激活/停用辅助小区的机制 - 条件性主次小区切换/添加 |
| UE（用户设备）省电 | - 改进了在断续接收和盲解码控制信道中的机制 |
| 数据收集 | - 简化了自组织网络（SON）的部署和改进了数据收集机制以协助SON和最小化驱动测试 |
| QoE 管理与优化 | - 为各种5G应用场景提供了QoE测量收集和配置的通用框架 |
URLLC 功能增强
| 特性 | 描述 |
|---|---|
| IIoT 和 URLLC 支持 | - 改进了对工厂自动化和URLLC的拥护，包括物理层反馈增强和对时间同步的支撑 - 针对受控环境下的URLLC/IIoT操作的增强 |
| 定位 | - 提供更高的精度（水平和垂直），特别是针对IIoT应用场景 |
| 侧链 | - 关注V2X、公共安全和商业应用场景 - 资源分配增强 - 侧链断续接收 |
| RAN 切片 | - 为UE提供快速访问支持的机制，用于切换和支持服务连续性 - 支持跨无线接入技术的技术切换中的服务中断 |
| mMTC 特性 | - 在非活跃状态下减少连接建立的开销 - 用例包括保持活动消息、可穿戴设备和各种传感器 |
mMTC 特性增强
| 特性 | 描述 |
|---|---|
| 小数据传输（非活跃状态） | - 减少连接建立时的开销 - 用例包括保持活动的消息、可穿戴设备和各种传感器 |
eMBB 功能扩展
| 特性 | 描述 |
|---|---|
| 支持 NR 从 52.6GHz 到 71GHz | - 扩展了NR频率范围，允许更多频谱的利用，包括60GHz和未授权频段的支持 |
| 多播和广播服务 | - 主要针对V2X、公共安全、物联网（IoT）等应用场景 |
| 支撑多SIM设备 | - 支持避免分页冲突 - 在设备切换网络时，供应网络通知 |
| 支持非地面网络 | - 支持低地球轨道和静止轨道卫星，作为提供覆盖的附加手段 |
| 侧链中继 | - L2与L3中继的比较 - 场景包括单跳、UE到UE和UE到网络的中继 |
| XR（扩展现实）评估 | - 在同时提供非常高的数据速率和低延迟方面的需求评估 - 旨在承受各种增强现实（AR）和虚拟现实（VR）形式，统称为XR |
URLLC 功能扩展
| 特性 | 描述 |
|---|---|
| XR（扩展现实）评估 | - 评估在同时提供十分高数据速率和低延迟时，如何以高效资源方式进行操作 - 旨在支持各种形式的增强现实和虚拟现实应用 |
| mMTC（中等能力设备）支持 | - 针对机器类型通信（MTC）应用，如工业传感器、视频监控、可穿戴设备等，提供对低复杂度、低功耗设备的支持 - 解决复杂度降低、设备电池寿命增强等问题 |
- 引入 “RedCap”（Reduced‑Capability）设备／NR‑Light：支持成本／复杂度更低的 5G 设备，填补 eMBB 与 mMTC 之间的空缺。 ([Telit Cinterion][10])
- 加强非地面网络 (NTN) 协助（包括卫星接入） (5G Training and 5G Certification)
- 支持多播／广播服务（MBS） (arXiv)
- 进一步提升定位精度（如 20–30 cm 级） (arXiv)
- 支持更多垂直领域（公共安全、无人机 UAS、私有网络、网络切片、网络自动化等）
3.3 应用意义
- 对工业、车联网、精准定位、低能力 IoT 设备而言，Release 17 扩展了标准的适用范围。
- 对于 RIS／语义通信，如果考虑到大规模低成本终端、卫星/空中平台的覆盖、非公共网络部署，这一版本具有重要意义。
- 定位精度的提升也对高精度测向、通信定位融合可能有启示。
4. 3GPP Release 18（5G Advanced／迈向6G）
4.1 时间与定位
- Release 18 被视为 “5G Advanced” 的起点，是从 5G 到未来 6G 过渡的核心阶段。
- 它既囊括无线空口的重大增强，也涵盖网络架构、AI/ML 驱动、自适应能力、以及更广泛的应用场景。
4.2 关键演进方向
- 在无线空口方面：支持更灵活频谱启用（比如低于 5 MHz 带宽的 NR 部署）、更高频段扩展、能效优化、增强的定位、侧链定位 (sidelink) 等。
- 在系统／网络方面：引入 AI/ML 驱动网络优化、无线‑有线融合、边缘智能、自组织网络、网络切片增强、节能设计、智能基础设施等。
- 新用例：扩展现实 (XR)、车载中继、智能能源网、空天地一体化、低功耗高精度工业定位、卫星回传 (satellite backhaul) 等。
4.3 应用意义
- 对于未来 5G／6G 领域：如果关注的是语义通信、RIS 融合、高级星地/空中平台、AI 驱动通信体系，这个版本是要重点关注的。
- 在“RIS 动态星座图／语义通信” 等前沿研究中，Release 18 中提出的 AI/ML、灵活频谱、极低延迟与高可靠性将是重要基础。
- 虽然商用部署可能稍后，但标准化方向已经明确：5G 不仅仅是速率提升，而是 “智能化、内嵌化、赋能垂直行业” 的通信平台。
5. 对比总结表
下面是四个 Release 的核心区别对照：
| Release | 主要定位 | 核心增强 | 重点场景／垂直行业 |
|---|---|---|---|
| Release 15 | 5G 基础（Phase 1） | eMBB、5G NR空口、SA/NSA 架构 | 增强移动宽带、网络起步 |
| Release 16 | 5G 增强（Phase 2） | MIMO/beam、DSS、NR‑U、IAB、URLLC/IIoT、V2X、NPN | 工业自动化、车联网、私网 |
| Release 17 | 5G 扩展 | RedCap（低能力设备）、NTN（卫星）、更强定位、多播／广播、UAS、更多垂直 | IoT大连接、空天地网络、低成本终端 |
| Release 18 | 5G Advanced（迈向6G） | AI/ML驱动、极致频谱灵活、能效优化、高精度定位、XR、智能基础设施 | 智能交通、智慧工厂、沉浸式体验、卫星/空中/地面融合 |
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